1、摘 要中位放頂煤液壓支架的放煤口位于支架高度的中部，即掩護梁上。工作面為雙輸送機，一前一后分別運輸采煤機的落煤和放落的頂煤。由于工作面有兩套獨立的出煤系統，采煤和放煤間干擾較少，可以實現采、放平行作業，提高工作面生產率。中位放頂煤液壓支架是當前我國應用數量較多，分布面較廣的綜放支護設備。它已不僅是一種單純維護工作面空間的支護設備，還是一種依靠礦山壓力破碎煤體，具有放煤功能的綜采設備。本次設計的四連桿中位放頂煤液壓支架ZFS10000/25/45，有頂梁、底座、掩護梁、立柱、前后連桿等幾部分組成。放煤口設在掩護梁上，采用兩部輸送機，架型為支撐掩護式，適用于厚煤層的開采。由于該支架采用了四連桿機構

2、，因而受力狀態好，抗扭能力強。因此，該四連桿型式的放頂煤支架適合于傾角較大煤層的放頂煤開采。此支架具有受力狀態好，抗扭能力強，不易倒架，不易損壞且煤塵較小等優點，其不足之處為：（一）后輸送機置于底座上，擋煤板與架間浮煤易損壞中部槽，人工清理浮煤勞動強度大，效率低；（二）由于掩護梁不能擺動，僅靠放煤機構對跨落下來的大塊煤進行二次破煤的能力欠佳。關鍵詞：四連桿； 中位放頂煤； 液壓支架ABSTRACTThe position puts against the coal powered supports to put the coal mouth to be located in the middl

3、e of supports, on the caving shield.The working surface has two conveyors, tandem separately transport the loader to fall the coal and to put against the coal.Because the working surface has two set of independent coal systems, mining coal and puts the coal room disturbance to be few, may realize pi

4、ck and put on parallel operations, enhances the working surface productivity.The position puts against the coal powered supports are now adopt most in our country, the distribution are abroad synthesis of support and protect equipments. Not only it was already one kind of pure maintenance work space

5、 of support and protection equipments, one kind of dependence underground pressure broken pulverized coal body, had puts the coal function the synthesis to pick the equipment.In this design four-bar the position puts against coal powered support ZFS10000/25/45. It consists of canopy, base plate, cav

6、ing shield, hydraulic legs, front and rear lemniscate bars and so on. The coal mouth is located in the caving shield, uses two conveyors, the support type is chock shield, is suitable in thick seam mining.Because the support has used four-bar mechanism, the stressful condition is good, has stable to

7、rsional ability. Therefore, the four-bar type puts against the coal support to suit in the big inclination angle coal puts against coal mining.This support has the good stressful condition , has stable torsional ability, not easy to lose face, not easy to damage also the coal dust is small and so on

8、,.Its deficiency is: (1) Back conveyor puts base plate, keeps off the coal board and the bay floats the coal easily to damage the trough, the hand cleaning floats the coal labor intensity to be big, the efficiency is low; (2) Because caving shields are not able to swing, only depends on put the coal

9、 organization to the big lump coal which cross falls down to carry on two times broken coal abilities unsatisfactory.Keywords：Four-bar; put the coal in the middle of supports; powered supports目 錄1 序論 1 1.1 國內外液壓支架的現狀1 1.1.1 國外液壓支架現狀1 1.1.2 國內液壓支架技術現狀2 1.2支護設備的用途和種類3 1.3液壓支架工作原理3 1.4液壓支架的分類61.5液壓支架結構

10、91.5.1支撐式支架91.5.2掩護式支架101.5.3支撐掩護式支架111.5.4放頂煤液壓支架12 1.6 液壓支架的設計目的、要求和基本參數141.6.1設計目的141.6.2對液壓支架的基本要求141.6.3設計液壓支架必需的基本參數152 液壓支架的結構設計15 2.1 液壓支架的主要尺寸的確定15 2.1.1液壓支架以及配套設備的型號152.1.2支架高度和伸縮比162.1.3支架間距的確定172.1.4頂梁尺寸的確定172.1.5底座尺寸的確定192.1.6立柱布置19 2.2四連桿機構的確定19 2.2.1四連桿機構的作用19 2.2.2四連桿機構的設計要求20 2.2.3四

11、連桿機構設計方法的選擇21 2.2.4求解過程23 2.3支架在工作面的通風斷面積驗算26 2.4各部件結構選擇27 2.4.1頂梁27 2.4.2立柱29 2.4.3掩護梁和四連桿機構31 2.4.4底座31 2.4.5側護板34 2.4.6千斤頂35 2.5液壓支架性能參數的確定372.5.1支護強度372.5.2支護面積382.5.3支架的有效工作阻力382.5.4確定立柱的技術參數382.5.5泵站壓力的確定392.5.6千斤頂參數的確定393 液壓支架的強度設計393.1概述393.1.1液壓支架工作狀態393.1.2計算載荷的確定403.2液壓支架受力分析與計算413.2.1支架整

12、體受力分析433.2.2頂梁的受力分析與計算433.2.3掩護梁的受力分析與計算463.2.4底座的受力分析與計算483.3頂梁載荷分布493.4底座接觸比壓504 液壓支架的強度計算534.1強度條件534.2液壓支架的強度校核544.2.1前梁強度校核544.2.2主頂梁強度校核584.2.3底座強度校核644.2.4 掩護梁的強度校核694.2.5 前梁千斤頂的強度驗算734.2.6立柱強度校核754.2.7 前連桿強度校核及對應銷軸 824.2.8 后連桿強度校核及對應銷軸 845 液壓支架的液壓系統 85 5.1立柱和千斤頂865.2支架液壓閥875.2.1液控單向閥875.2.2安

13、全閥875.2.3操縱閥885.3液壓支架液壓原理圖885.4液壓支架的控制方式895.4.1手動控制895.4.2自動控制895.5液壓系統安裝、調試、保養895.5.1安裝895.5.2調試925.4.3保養93結論94參考文獻95翻譯部分英文原文96中文譯文102致謝1071 緒論液壓支架是在摩擦支柱和單體液壓支柱等基礎上發展起來的工作面機械化支護設備。它與滾筒采煤機、可彎曲刮板輸送機、轉載機及膠帶輸送機等形成了一個有機的整體，實現了包括采、支、運等主要工序的綜合機械化采煤工藝，從而使長壁采煤技術進入了一個新的階段。液壓支架能可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區，防止矸石竄入工作

14、面，保證作業空間，并且能夠隨著工作面的推進而機械化移動，不斷地將采煤機和輸送機推向煤壁，從而滿足了工作面高產、高效和安全生產的要求。液壓支架的總重量和初期投資費用占工作面整套綜采設備的60%-70%左右，因此液壓支架成了現代采煤技術中的關鍵設備之一。 我國于70年代初，首先研制成功了垛式、節式等支撐式支架，以及關鍵的液壓元部件。70年代中期，研制成功了掩護式與支撐掩護式支架。由于這種架型的優良性能，很快就獲得了推廣，并逐步取代了早期的垛式和節式支架。在引進、消化國外支架的基礎上，我國已經形成了一支有一定規模的從事液壓支架的設計、研究、制造和檢驗的專業隊伍，積累了豐富的經驗，已經開發研制了多種適

15、合我國煤礦不同生產地質條件的液壓支架。支架最大高度已達5m，最小高度為0.5m；適應最大傾角可達55度；最大工作阻力達10000KN。不僅有用于一般工作面的液壓支架，還有用于放頂煤采煤、分層鋪網采煤等條件下的特種用途液壓支架。 1.1國內外液壓支架的現狀 1.1.1國外液壓支架現狀80 年代以來, 世界主要采煤國家一直圍繞減面提產、減人提效、降低成本、實現礦井集中生產做努力, 他們積極開發和應用新技術, 致力于高性能、高可靠性的新一代重型液壓支架的研制。新型液壓支架普遍具有微型電機或電磁鐵驅動的電液控制閥,推移千斤頂裝有位移傳感器, 采煤機裝有紅外線傳感裝置,立柱缸徑超過400mm。為減少割煤

16、時間,一般采用0. 81m 的截深。支架還采用屈服強度8001000MPa 的鋼板,既有較高的強度、硬度和韌性, 又具有良好的冷焊性能。隨著長壁工作面的不斷增加, 為適應快速移架的需要, 國外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站, 其額定壓力為4050MPa , 額定流量400500L / min , 可實現工作面成組或成排快速移架,達到68s/ 架。美國是世界上最先進的采煤國家, 早在1990年就已采用額定壓力50MPa 、額定流量478L / min的乳化液泵站, 以實現支架快速推進, 移架速度達68s/ 架。美國的高產高效工作面采用兩柱掩護式支架, 使用壽命8 10 年, 可用率高達95 %9

17、8 % 。支架平均工作阻力6470kN ( 最大為9800kN) , 支架寬度普遍增大, 中心距達到1. 75m ,并向2m 發展,增大架寬有利于減少工作面架數、縮短移架時間、增加有效工作時間和提高單產。如洛斯公司20 英里礦在250 5280m 長壁綜采面用工作阻力為2 8565kN 電液控制兩柱掩護式支架, 1997 年6 月產商品煤90. 43 萬t , 成為世界上首次月產商品煤近百萬噸的工作面; 1995 年9 月, 糜鹿礦用工作阻力為8900kN 電流控制的兩柱掩護式支架,月產煤達到60. 11 萬t 。美國綜采工作面最高日產超7 萬t ,最高工效1336t / 工。澳大利亞也基本上

18、采用一井一面的高度集中化生產, 使用兩柱掩護式支架, 支架的平均工作阻力為7640kN 。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護式支架,在1995 年8 月8 日創下澳大利亞有史以來日產3. 41 萬t 的最高記錄, 班產一直保持在50006000t 。英國也在大力發展兩柱掩護式支架, 工作阻力有了很大提高,達到60008000kN 。1.1.2國內液壓支架技術現狀我國在1964 年由太原分院和鄭州煤機廠設計70 型邁步式自移支架, 從此開始了液壓支架的國產化道路。1984 年,北京開采所、沈陽所、鄭州煤機廠在沈陽蒲河礦進行我國第一套放頂煤液壓支架的工業性試驗,繼而研制了多種低位、中位和高位放頂煤支架,

19、 成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水平分層工作面使用。1990 年后, 國產液壓支架得到了全面的發展,到1998 年止,全國已建成88 處高產高效礦井,其中14 處礦單個工作面的單產達15. 72 萬t / 月, 原煤生產人員效率達9. 16t / 工, 綜采機械化水平達49. 32 % ,達到了世界先進水平。1.1.3我國液壓支架與國外液壓支架存在的差距及今后的發展趨勢我國液壓支架經過20 多年的發展, 盡管取得了顯著成績, 在雙高礦井建設中出現過日產萬噸、甚至班產超萬噸的記錄, 但總體水平與世界先進采煤國家仍存在一定差距。在支架架型功能上我國與國外相差無幾, 有些地方特別是特厚煤層用的放

20、頂煤支架、鋪網支架、兩硬煤層的強力支架、端頭支架還有獨到之處, 但國產液壓支架技術含量偏低, 電液控制閥可靠性差,所用鋼材一般為16Mn ,最好的屈服極限才700MPa , 液壓系統壓力在35MPa 以下,流量在200L / min 以內,供液管2532mm ,回液管2550mm , 最快移架速度1012s/ 架 (井下實際應用有時在20s 以上) , 工作阻力更是相對較低。今后10 年, 我國的液壓支架將朝技術含量大、鋼板強度高、移架速度快(68s/ 架) 和電液控制閥的方向發展, 對有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力, 盡量采用整體可靠推桿和抬底座機構,并減少千斤頂的數量。另外,將普

21、遍采用額定壓力為40MPa 、額定流量為400L / min 的高壓大流量乳化液泵站, 以適應快速移架的需要; 系統采用環形或雙向供液, 保證支架有足夠的壓力達到初撐力,保證支架接頂位置準確。ZY 兩柱掩護式支架的比重將大大增加, 缸徑將增至360mm , 端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。1.2支護設備的用途和種類回采工作面支護設備用于支撐工作面頂板、阻擋頂板冒落的巖石竄入作業空間，以保證工作面內機器和人員安全生產。目前回采工作面使用的支護設備有金屬摩擦支柱、單體液壓支柱和自移式液壓支架，它們與采煤機和工作面輸送機分別組成“普采”、“高檔普采”和“綜采”。金屬摩擦支柱和單體液壓支柱與金屬

22、鉸接頂梁配套使用（統稱單體支護設備），它們的支撤和移動都靠人工操作，故勞動強度大、安全性較差、支撤速度慢、工作面產量和效率較低。近年來新發展的切頂支柱和滑移頂梁支架為進一步改善普采工作面的勞動條件和技術經濟效益提供了途徑。液壓支架是以高壓乳化液作為動力，使支架的支撐、切頂、移架和輸送機推移等工序全部實現了機械化。因而大大改善了回采工作面的作業環境，使礦工們從笨重的體力勞動中解放出來，有效地提高了勞動安全性，并為工作面實現自動化創造了條件。同時也大大提高了回采工作面的技術經濟效益。但液壓支架的初期投資較大。木支柱在機械化采煤工作面僅用于臨時性輔助支護，如處理頂板事故等。 1.3 液壓支架工作原理

23、液壓支架的主要動作有升架、降架、推移輸送機和移架。這些動作是利用乳化液泵站提供的高壓液體，通過液壓控制系統控制不同功能的液壓缸來完成的。每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯，形成各自獨立的液壓系統（圖11），其中液控單向閥和安全閥設在本架內，操縱閥可設在本架內，前者為本架操作，后者為鄰架操作。圖11 液壓支架工作原理1-頂梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤頂；5-安全閥；6-液控單向閥；7、8-操縱閥；9-輸送機；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管（一）支架升降支架的升降依靠立柱2的伸縮來實現，其工作過程如下：1.初撐操縱閥8處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體經液控單向閥6進

24、入立柱的下腔，同時立柱上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達到泵站的工作壓力后，操縱閥置于中位，液控單向閥6關閉，從而立柱下腔的液體被封閉，這就是支架的初撐階段。此時，支架對頂板產生的支撐力稱為初撐力。支架的初撐力為 (1-1)式中：D立柱的鋼徑，m； Pb泵站的工作壓力，MPa； n每架支架的立柱數；立柱對頂板垂線的傾斜度。2.承載支架初撐后，進入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產生彈性擴張，這一過程就是支架的增阻過程。下腔液體的壓力超過安全

25、閥5的動作壓力時，高壓液體經安全閥5泄出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動作壓力時，安全閥關閉，停止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過程。此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調定壓力決定的。支架的工作阻力為 (1-2)式中 支架安全閥的調定壓力，Mpa。3.卸載當操縱閥8處于降架位置時，高壓液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥6，立柱下腔排液，于是立柱（支架）卸載下降。由以上分析可以看出，支架工作時的支撐力變化可分為三個階段，即：開始升柱至單向閥關閉時的初撐增阻階段t0，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段t1，以及安全閥出現脈動卸載時的恒阻階段t2，

26、這就是液壓支架的阻力時間特性(圖1-2)。它表明液壓支架在低于額度工作阻力下工作時，具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用；在達到額定工作阻力時，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向閥和立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實現，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個重要元件。圖12液壓支架的阻力-時間特性（二）支架移動和推移輸送機支架和輸送機的前移，由底座3上的推移液壓缸4來完成。需要移架時，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進入推移液壓缸4的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機為支點，

27、缸體前移，把整個支架拉向煤壁。需要推移輸送機時，支架支撐頂板，高壓液體進入推移液壓缸4的活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點，活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。 1.4液壓支架的分類按液壓支架在采煤工作面的安裝位置來劃分，有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。中間液壓支架按其結構形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護式和支撐掩護式。支撐式支架又有垛式和節式之分。圖13為垛式，圖14為節式。圖13 垛式支架圖14 節式支架圖15 插腿式支架掩護式支架有插腿式和非插腿式之分。圖1

28、5為插腿式，圖l6為立柱支在掩護梁上非插腿式，圖17為立柱支在頂梁上非插腿式。圖16 立柱支在掩護梁上非插腿式支架圖17 立柱支在頂梁上非插腿式支架支撐掩護式支架又有四柱支在頂梁上和兩柱支在頂梁，一或兩柱支在掩護梁之分。圖18為四柱平行支在頂梁上；圖19為四柱交叉支在頂粱上；110為兩柱支在頂梁兩柱支在掩護梁上。圖18 四柱平行支在頂梁上支架圖19 四柱交叉支在項梁上支架圖l10 兩柱支在頂梁兩柱支在掩護梁上支架1.5液壓支架結構1.5.1支撐式支架支撐式支架的結構以Dl一24022型支架為例如圖111所示。它由前探梁、后梁、前梁短柱、立體、擋矸簾、操縱閥、控制閥、復位千斤頂、推移千斤頂、底座

29、箱等組成。Dl一24022型支架的液壓系統由泵站、四根立柱、兩個千斤頂、一個前梁短柱、個操縱閥、五個控制閥和管路等組成。泵站供給的高壓液體經主進油管通向各架的操縱閥。各架的回液經主回液管返回泵站。圖111 Dl一24022型支架1-前探梁；2-后梁；3-前梁短柱 ； 4-立柱； 5-加長桿； 6-擋矸簾7-操縱閥；8-控制閥；9-復位千斤頂；10-推移千斤頂；11-底座箱；12碰塊1.5.2掩護式支架 掩護式支架的結構以QY250-13/32型支架為例如圖1-12所示，它由前梁、主梁、掩護梁和側護板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、立柱、平衡千斤頂、推移千斤頂、操縱閥、控制閥等組成。圖112 QY

30、250-13/32型支架QY250-13/32型支架的液壓系統采用本架控制，有兩種供液壓力 (高壓Pb32MPa，低壓Pb=15MPa)，立柱、下衡千斤頂、前梁千斤頂的活塞腔用高壓，其余的活塞腔用低壓。在操縱閥上加一個配液板，通過該二個單向閥可使升柱時高低壓同時供液，使升柱速度加快，初撐力大，有效地防止頂板離層。在推溜液路上末設液控單向閥，可使系統簡單，為了避免移架時將輸送機拉向采空區側，操作時應將鄰架的推移操縱閥放在推溜位置上，以克服移架時的反作用力。平衡千斤頂前、后兩腔都設控制閥，使前后腔都成為承載腔。側推千斤頂兩腔油路上都有節流孔，這是因為該千斤頂行程較短，節流孔可使其動作平緩。但沒有控

31、制閥，這是因為它不需要承載。在總回液路上有一個單向閥，起背壓作用，使各動作平穩。操縱閥為組合式片閥，可以同時操作。1.5.3支撐掩護式支架支撐掩護式支架的結構以ZY-35型支架為例，如圖113所示。它由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。圖113 ZY-35型支撐掩護式支架1防片幫千斤頂； 2前梁； 3短柱；頂梁；掩護梁；底座；推移千斤頂；立柱；機械加長桿1.5.4放頂煤液壓支架放頂煤液壓支架按放煤高度劃分，可分為高位放頂煤、中位放頂煤和低位放頂煤液壓支架三類。（1）高位放頂煤液壓支架高位放頂煤支架在國內外已的到推廣和應用。綜合目前所生產使用的高位放頂煤支架可分為兩

32、大類，如圖114所示。 插底式支架的特點是支架底座的前部插到輸送機下部，而輸送機放在其拖座上面; 不插底式放頂煤液壓支架和輸送機的關系與一般支架相同。（2）.中位放頂煤液壓支架中位放頂煤液壓支架是指放煤口設在掩護梁上，并采用兩部輸送機且后部輸送機置于支架底座上的液壓支架。中位放頂煤液壓支架是我國當前應用數量較多，分布較廣的綜放支護設備，還是一種依靠礦山壓力破碎頂煤，具有放煤功能的綜采設備。中位放頂煤液壓支架按其結構形式可分為兩類：單絞點中位放頂煤液壓支架和四連桿中位放頂煤液壓支架。 圖114 ZYF400017/32型支架（3）低位放頂煤液壓支架 低位放頂煤液壓支架的放煤口位于支架掩護梁的下方

33、，其后輸送機直接放在底板上或在底座的拖板上。隨著放頂煤綜采推廣應用，放頂煤支架的研制也迅速發展，特別是低位放頂煤液壓支架有了新的突破，解決了工作空間、強度、抗扭和穩定性問題。 低位放頂煤液壓支架發展很快，各種支架按四連桿機構的位置，基本可分為連接頂梁和底座的中四連桿機構及連接掩護梁和底座的后四連桿機構兩類。（a）中四連桿機構放頂煤支架的特點 支架的四連桿機構為單片式，鉸接在頂梁和底座間。掩護梁有千斤頂控制可進行擺動，放煤口位于掩護梁下部，由千斤頂控制插板調節放煤口大小，后輸送機位置空間較大；頂梁帶有側護板可防止漏碎煤并提高了橫向穩定性；中四連桿機構提高了支架在垂直于工作面方向上的穩定性；放煤口

34、大，放煤位置低，頂煤垮落下降量大易碎，煤層小；無脊背損失，回收率高；通過能力大，不易堵口。但由于四連桿機構為鉸接在頂梁、底座上的單片，四連桿機構所以穩定性和承受側向力的性能較差。 （b）后四連桿機構放頂煤支架的特點 該支架架型與一般四柱支撐掩護式支架相同，由于支架后部需要有較大的后部輸送機工作空間，因此采用了Y形前連桿和單片后連桿，而且前后連桿與掩護梁、底座的鉸接點都比一般支架偏高，偏前。在掩護梁下端鉸接一個帶插板式尾梁，由兩個尾梁千斤頂支撐，這就形成了放煤所需空間。根據支架工作高度不同，利用尾梁千斤頂及插板千斤頂控制、調節放煤口的開啟和大小。低位放頂煤液壓支架的主要結構低位放頂煤液壓支架的設

35、計要充分依據煤層的賦存條件，頂底板狀況，礦壓大小，工作面傾角，及煤層厚度、層理裂隙發育情況，硬度和開采方法等，支架總體技術參數的確定應滿足：（1）工作阻力、支護強度的要求 （2）穩定性好，抗扭能力強； （3）頂梁、掩護梁以及尾梁密封性能好； （4）拉架力大，走的動； （5）能放煤，出煤易控制； （6）液壓系統簡單合理； （7）噴霧降塵裝置可靠實用。 這樣在設計支架各個部件時，不僅要滿足強度要求，還要總體性能好。 低位放頂煤液壓支架的主要結構有前梁、頂梁、掩護梁、尾梁、前連桿、后連桿、底座推移裝置、立柱及各種千斤頂、液壓控制系統等組成。1.6液壓支架的設計目的、要求和基本參數1.6.1設計目的采

36、用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產量、提高經濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產綜合機械化采煤設備，迅速增加綜合機械化采煤工作面。1.6.2對液壓支架的基本要求1、為了滿足采煤工藝及地質條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。2、液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN左右；移架力按煤層厚度而定，對中厚煤層一般為150250kN。3、防矸性能要好。4、排矸性能要好。5、要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。6、為了操作和生產的需要，要有足夠寬的人行道

37、。7、調高范圍要大，照明和通訊方便。8、支架的穩定性要好，底座最大比壓要小于規定值。9、要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。10、在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。11、要易于拆卸，結構要簡單。12、液壓元件要可靠。1.6.3設計液壓支架必需的基本參數1.頂板條件根據老頂和直接頂的分類，對支架進行選型。2.最大和最小采高根據最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護強度。3.瓦斯等級根據瓦斯等級，按保安規程規定，驗算通風斷面。4.底板巖性及小時涌水量根據底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。5.工作面煤壁條件根據工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。6.煤層傾

38、角根據煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。7.井筒罐籠尺寸根據井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。8.配套尺寸根據配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。2 液壓支架的結構設計2.1液壓支架的主要尺寸的確定2.1.1液壓支架以及配套設備的型號液壓支架的型號：ZFS10000/25/45采煤機的型號：MG650/480-WD型(交流電牽引采煤機)參數： 采高：2.0-4.34 生產能力：2650t/h 截深：800mm 滾筒直徑：2.0m刮板輸送機的型號：SGZ-764/320參數： 輸送量：2700t/h 外形尺寸1.2支架的高度和支架的伸縮比1、支架高度支架高度的確定原

39、則，應根據所采煤層的厚度，采區范圍內地質條件的變化等因素來確定， 其最大與最小高度為： （2-1） （2-2）式中： Hm支架最大高度（mm），Hm=4500mm；Hn支架最小高度（mm），Hn=2500mm；hm煤層最大厚度（mm）；hn煤層最小厚度（mm）；考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200300mm，取S1=300mm 頂板最大下沉量，一般取100200mm,取S2=200mm；移架時支架的最小可縮量，一般取50mm；浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm；因此， 煤層的范圍為28004200mm，屬于厚煤層，應采用大采高支架。2.支架的伸縮比支架的伸縮比指最大

40、與最小支架高度之比值即： （2-3） 由于液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應具有較大的伸縮比。一般范圍是1.5至2.5，煤層較薄時選大值。但是考慮盡量減輕支架重量，降低造價，可搞系列化，加強指甲對頂底板的適應性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機械加長桿來增加調高范圍。該支架的伸縮比m=1.82.1.3支架間距的確定所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計算： （2-4）式中 bc支架間距（支架中心距）；每架支架頂梁總長度；相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙。n 每架所包含的組架的組數或框架數，整體自移式支架 n =1；整體邁步式支架n =2；節式

41、邁步支架，n =支架節數。支架間距bc要根據支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節溜槽相連，因此目前主要根據輸送機溜槽每節長度及槽幫上千斤頂連結塊的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節長度為1.5m,千斤頂連結塊位置在溜槽中長的中間，所以除節式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m。因此取本支架的間距bc=1.5m。2.1.4 頂梁尺寸的確定1. 頂梁長度 支架在工作面的相對位置關系如圖2-1所示。圖21 支架相對關系前排立柱上柱窩到頂梁前端的長度由下式計算： b= +k+d+i-Htg-c (2-5)式中 鏟煤板到煤壁間距離，一般為50150mm，取=150mm 輸送

42、機寬度（包含鏟煤板寬度和移架裝置寬度） 輸送機寬度為764mm，鏟煤板寬度為250mm，電纜槽的寬度為250mm，k=764+250+250=1264mm i底座前柱窩中心到底座前端的距離，取i=580mm 采煤機滾筒截深，d=800mm 頂梁前端到煤壁的距離 一般大采高支架梁端距應取350480mm，取c=350mm 立柱傾角，對于支撐掩護式支架，一般立柱與頂梁垂線夾角小于100，因此取立柱夾角=50 H支架高度，H=4500mm n前后排立柱在頂梁上柱窩之間的距離，通常n=0.91.2m 取n=1200mm u頂梁上后柱窩中心到鉸接點的距離,通常u=400800mm 取u=800mm因此,

43、頂梁長度l=b+n+u=2050+1200+800=4050mm2.頂梁寬度由煤礦支護手冊可知，有活動護板的支撐掩護式支架頂梁長度為1.41.6m，又已知兩支架的中心距為1.5m因此取頂梁寬度為1.4m2.1.5底座尺寸的確定1.底座長度 根據總體布置，取底座長度為3100mm2.底座寬度由煤礦支護手冊可知，中心距為1.5m的支撐掩護式支架底座長度可取1.11.35m，因此取1200mm2.1.6立柱布置 本支架采用雙伸縮式立柱。（1）立柱數 支撐掩護式支架的立柱數目為4。（2）支撐方式 支撐掩護式支架，根據結構要求呈傾斜布置，立柱與頂梁垂線夾角小于100，因此取前立柱與頂梁垂線夾角為50，后

44、立柱與頂梁垂線夾角為30。（3）立柱間距 立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。支撐掩護式支架的立柱沿走向方向一般為1.01.5m，取立柱間距為1.0m。2.2四連桿機構的確定四連桿機構設計是支架架體設計的核心，四連桿設計的好壞決定著頂梁運動軌跡，也影響連桿和掩護梁的受力情況，以及支架輪廓尺寸的變化和大小。2.2.1四連桿機構的作用(1)梁端護頂 鑒于四連桿機構可是托梁鉸接點呈雙紐線運功，故可選定雙紐線（圖22）的近似直線部分作為托梁鉸接點適應采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當梁端距處于允許值之內時，借此可以保證挑端頂板維護良好。保證支架在其工作高

45、度范圍內，頂梁與掩護梁的絞點在一定的水平差值下作近似直線運動，保證端面距的變動量最小，以防止頂板冒落，起護頂的作用。(2)擋矸 鑒于組成四連桿機構的掩護梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區內破碎巖石所賦予的載荷，掩護梁一般作成整體箱形構件，具有一定強度。由于它處在隔離采空區的位置，故可以起到良好的擋矸作用。(3)抵抗水平推力 觀測表明：采煤工作面頂板作用在液壓支架上的外載荷，不僅有垂直于煤層頂板和頂板的垂直分力，而且有沿巖層指向采空區(或指向煤壁方向的縱向水平分力)。這個水平機構由液壓支架的四連桿機構承受，從而避免了立柱因受水分力產生的彎曲變形。(4)提高支架的穩定性 鑒于四連桿機構將液壓

46、支架的其他構件聯結成為一個重量較大的整體，盡管它的移動過程中要克服自身的內力，但是在支架承載階段，其穩定性很高。這是支撐式支架不可比擬的。支架越高，越是穩定。四連桿機構）在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。首先，支架在工作過程當中，四連桿機構必須承受很大的內力，從而導致支架結構尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機構對頂板產生一個水平力(又稱水平支撐力)，因此對支架的工作性能將產生不良影響。圖22 液壓支架的雙紐線運動軌跡2.2.2 四連桿機構設計的要求1.對支架在調高范圍內梁端距的大小有重要影響。四連桿機構應能控制頂梁與掩護梁鉸接點運動軌跡(呈雙扭線)、使其在支 架調高范圍內的偏差一般

47、不大于70mm；2.影響支架支撐效率。一般在支架工作高度范圍內，四連桿機構瞬心距立柱的垂直距離越大越有利；3.雙扭線軌跡變化對支架垂直支撐力有重要影響；4.雙扭線軌跡影響連桿、掩護梁等連接部位的受力情況。通常認為軌跡曲線應向前偏擺，即支架由高位置降下時，軌跡曲線逐漸靠近煤壁；5.為保證支架的穩定性，后連桿的水平夾角Q一般不超過85度，最小角度應以連桿機構與底板不干涉為準；6.一般應盡可能加大掩護梁的背角。厚煤層支架取大值，薄煤層支架取小值。對支撐掩護式支架應加大背角。對堅硬難冒頂板的支架，掩護梁背角應盡可能大；7.掩護梁長度與掩護梁上前、后連桿鉸接點間距應保持一定的比例(4：116：1)，這不

48、僅對支架受力，而且對調高范圍也有影響，一般憑經驗選取。2.2.3 四連桿機構設計方法的選擇綜放支架設計的關鍵是合理選擇四連桿機構的結構參數，鉸鏈式四連桿機構可使支撐掩護型支架在工作過程中得到一個近似相等的梁端距。象這類復演直線軌跡的機構綜合問題，可以來用函數逼近理論(如插值法、平方逼近法和最佳逼近法)為基礎的解析法求解也可以來用布爾梅斯特爾理論為基礎的運動幾何學法和以設計經驗為基礎的作圖法等求解。國內外對此都進行了大量的試驗研究工作。我國液壓支架設計工程師設計四邊桿機構一般有三種方法：1直接求解法2解析法3作圖法本次設計采用幾何作圖法,示意圖如圖2-3所示。圖23四連桿機構作圖法示意圖四連桿機構設計的約束條件有：1 （雙紐線軌跡最大寬度）2 （支架最高位置）3 （支架最高位置）4 （支架最低位置）5 （支架最