掩護(hù)式液壓支架說明書47頁

1、前言經(jīng)過近30 年的發(fā)展和努力, 我國液壓支架的設(shè)計、制造水平在不斷提高, 特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗, 架型已基本趨于成熟、完善, 在品種和質(zhì)量方面與國際先進(jìn)水平相比差距越來越小。但在控制元件和控制系統(tǒng)方面, 與先進(jìn)國家的產(chǎn)品相比還有較大差距。所以, 今后除應(yīng)繼續(xù)針對我國國情和煤層具體條件, 開發(fā)一些新架型、新品種外, 還應(yīng)在改進(jìn)支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。近年來, 我國采煤綜合機械化的水平有所提高, 隨著綜合機械化采煤技術(shù)的不斷發(fā)展和新型大功率采煤機、工作面輸送機的出現(xiàn), 要求支架與之相配套, 但若支架的控制系統(tǒng)不作相應(yīng)的改進(jìn), 是滿足不了這

2、一要求的。到目前為止, 我國國產(chǎn)液壓支架的控制方式仍然停留在跟機手把單向鄰架控制或本架控制水平。這種控制方式, 雖然具有控制系統(tǒng)簡單、制造容易、造價較低和對煤層地質(zhì)條件變化適應(yīng)性較強的優(yōu)點, 但它存在嚴(yán)重缺點: 工人勞動條件差, 安全性差; 移架速度慢, 影響采煤機效率的發(fā)揮; 通風(fēng)條件差,支架故障率高; 支架支護(hù)效能的發(fā)揮程度與操作人員的經(jīng)驗多少和技能高低有密切關(guān)系。液壓支架實現(xiàn)自動控制后, 就可有效地克服上述缺點, 實現(xiàn)對支架的電液控制, 而且有多種控制方式可供選擇, 人員可在較安全的地方集中對整個工作面的支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或程序控制1.液壓支架的概述1.1液壓支架的組成液壓支架由頂梁、底座

3、、掩護(hù)梁、立柱、推移裝置、操縱控制系統(tǒng)等主要部分組成。1.2液壓支架的用途在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工作人員安全和各項作業(yè)正常進(jìn)行，必須對頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，他能實現(xiàn)職稱、切頂、移動和推移輸送機等一套工序。實踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強度高、移架速度快 安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤機組成綜合機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效 措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、

4、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。1.3液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作時利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。 圖1-1 液壓支架的工作原理Fig .1-1 Hydraulic pressure support principle of work1) 升柱 當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時，高壓乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。2) 降柱 當(dāng)需要降柱時，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。3) 支架和輸送機前移

5、支架和輸送機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成的。當(dāng)需要支架前移時，先將柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機時，支架支撐頂板后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。1.4.液壓支架架型的分類按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分 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。目前使用的液壓支架在分三類即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架。1.4.1 支撐式支

6、架支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式。如圖1-2，前梁較長，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來保證。因此底座堅固定，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板，維護(hù)工作空間。頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。這類支架具有較大的支撐能力和良好的切頂性能，適用于頂板堅硬完整，周期壓力明顯或強烈，底板較硬的煤層。a b圖1-2 a垛式 b節(jié)式Fig.1-2 acorduroy bdivisiona1.4.2掩護(hù)式支架掩護(hù)式支架有插腿式和非插腿式兩種型式。如圖1-3所示頂梁較短，對頂板的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運動的能力強；防護(hù)性能好調(diào)高范圍大，對煤層厚度變化適應(yīng)性強

7、；但整架工作阻力小，通風(fēng)阻力大，工作空間小。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。a b c圖1-3 a插腿式支架 b立柱支在掩護(hù)梁上非插腿式支架c立柱支在頂梁上非插腿式支架Fig.1-3 asupport bleg pieceon support cleg piece on support1.4.3支撐掩護(hù)式支架支撐掩護(hù)式支架架型主要用：四柱支在頂梁上；二柱支在頂梁；一柱或二柱支在掩護(hù)梁上。支柱兩排，每排1-2根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護(hù)梁和四連桿機構(gòu)。它的支撐力大，切頂性能好，防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價貴，不便于運輸。這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定

8、，老頂有明顯或強烈的周期來壓，瓦斯儲量較大的中厚或厚煤層中。1.5液壓支架設(shè)計目的、要求和設(shè)計支架必要的基本參數(shù)1.5.1設(shè)計目的采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)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(chǎn)綜合機械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機械化采煤工作面。而每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機械性質(zhì)等的不同，對液壓的要求也不用。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因

9、此其設(shè)計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。經(jīng)過近30 年的發(fā)展和努力, 我國液壓支架的設(shè)計、制造水平在不斷提高, 特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗, 架型已基本趨于成熟、完善, 在品種和質(zhì)量方面與國際先進(jìn)水平相比差距越來越小。但在控制元件和控制系統(tǒng)方面, 與先進(jìn)國家的產(chǎn)品相比還有較大差距。所以, 今后除應(yīng)繼續(xù)針對我國國情和煤層具體條件, 開發(fā)一些新架型、新品種外, 還應(yīng)在改進(jìn)支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫1.5.2對液壓支架的基本要求1) 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)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

10、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，薄煤層一般為100KN150KN，中厚煤層一般為150KN250KN，厚煤層一般為300KN400KN。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(fēng)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(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈?) 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。8) 支架穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)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

11、量。11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。12)液壓元件要可靠。1.5.3設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)1).頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進(jìn)行選型。2).最大和最小采高根據(jù)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(hù)強度。3).瓦斯等級根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，險算通風(fēng)斷面。4).底板巖性及小時涌水量根據(jù)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(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。6).煤層傾角根據(jù)煤層傾角，決定是否用防倒放滑裝置。7).井筒罐籠尺寸根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。8).配套尺寸根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計算頂梁長度詳細(xì)DWG圖 紙 請

12、加：三 二 1爸 爸 五 四 0 六全套資料低價拾元起2液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定2.1原始條件 掩護(hù)式液壓支架，煤層厚度為2.32.9m，老頂為2級，直接頂為1類2.2基本技術(shù)參數(shù)1）支架的高度 ??；式中 支架最大高度； 支架最小高度； 支架最高位置時的計算高度； 支架最低為之時的計算高度； 掩護(hù)梁上鉸點至頂梁頂面之距；取100mm； 后連桿下鉸點至底座底面之距；取200mm； 煤層最大厚度（最大采高）； 煤層最小厚度（最小采高）； 考慮偽頂、煤皮冒頂落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度，取250mm； 頂板最大下沉量，取150mm； 移架時支架的最小可靠量，一般取50mm； 浮矸石、浮煤厚度

13、，一般取50mm.2）支架伸縮比 3）支護(hù)強度 = =362.6式中：當(dāng)支架最大采高為時，支架應(yīng)有的支護(hù)強度； 在架型選擇表2-1中與低于但與之相鄰的采高相對應(yīng)的支護(hù)強度； 在架型選擇表2-1中與高于但與之相鄰的采高相對應(yīng)的支護(hù)強度； 所對應(yīng)的采高； 所對應(yīng)的采高。4）支架間距所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離。用bc表示。支架間距bc要根據(jù)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(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)刮板輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定，我國刮板運輸機溜槽每節(jié)長度通常為1.5 m，千斤頂連接位置在刮板槽槽幫中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，

14、支架間距一般為1.5米，本設(shè)計取bc=1.5 m5）底座長度所謂底座，就是將頂板壓力傳遞到底板的穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮以下幾個方面：支架對底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護(hù)式支架的底座長度取3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撐掩護(hù)式支架對底座長度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本次設(shè)計底座為2.240m表2-1適應(yīng)不同類級頂板的架型和支護(hù)強度Tab 2-1 Adaptive diffent cap of roof and model holding str

15、ength老頂級別直接頂類別12312312344架型 掩護(hù)式掩護(hù)式支撐式掩護(hù)式掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支撐式支撐掩護(hù)式支撐掩護(hù)式支撐或支撐掩護(hù)式支撐或支撐掩護(hù)式采高2.5m時用支撐式采高2.5m時用支撐掩護(hù)式支護(hù)強度KN/M支架采高m12941.32941.62942294應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)2343（245）1.3343(245)1.634323433441(343)1.3441(343)1.644124414539(441)1.3539(441)1.65392539注：（1）表中括號內(nèi)數(shù)字系統(tǒng)掩護(hù)式支架頂梁上的支護(hù)強度。（2）1.3、1.6、2為增壓系數(shù)。3四連桿機構(gòu)的設(shè)計

16、3.1四連桿機構(gòu)的作用四連桿機構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要部件之一。其作用概括起來主要有兩個，其一是當(dāng)支架由高到低變化時，借助四連桿機構(gòu)使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。下面通過四連桿機構(gòu)動作過程的幾何特征進(jìn)一步闡述其作用。這些幾何特征是四連桿機構(gòu)動作過程的必然結(jié)果。1）支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖3-1所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70mm，最好在30mm以下。2）支架在最高位置和最低位置時,頂梁與掩護(hù)梁的夾角P后連桿與底平面的夾角Q，如圖3-1所示

17、,應(yīng)滿足如下要求: 支架在最高位置時,P=520620,Q=750850;支架在最底位置時,為有利矸石下滑,防止矸石停留在掩護(hù)梁上,根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知,要求tgPW,如果綱和矸石的摩擦系數(shù)W=0.3,則P=16.70.而Q角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離,防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降，一般去Q=250300，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下絞點的高度。3）從圖3-1可知掩護(hù)梁與頂梁絞點e和瞬時中心O之間的連線與水平的夾角Q。設(shè)計時，要使Q角滿足tgQ的范圍，其原因是角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 圖3-1四連桿機構(gòu)幾何特征Fig.3-1 Four l

18、ink motion gears geometry characteristic4）頂梁前端點暈運動軌跡雙鈕線向前凸的一段為支架最佳工作段，如圖3-1所示的h段。其原因是頂板來壓時，立柱讓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時底板阻止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減少，所以減輕了掩護(hù)梁外負(fù)載。從以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計四連桿機構(gòu)的運動軌跡時，應(yīng)盡量使e值減少。當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長度后，

19、在設(shè)計時只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構(gòu)，如圖3-2所示（實際上液壓支架四連桿機構(gòu)屬雙搖桿機構(gòu)）圖3-2掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)Fig.3-2 Shields Liang Hehou the connecting rod constitution crank slideorganization3.2四連桿機構(gòu)與附加力的影響3.2.1附加力對液壓支架受力的影響由于掩護(hù)式和支掩式液壓支架有四連桿機構(gòu)，所以使支架在承載過程中承受附加力，附加力越大，對支架受力越不力。為此，在液壓支架設(shè)計中對此力要有足夠的認(rèn)識，現(xiàn)在對此作如下分析。液壓支架實際受載情況很復(fù)雜，為簡單計算，把支架簡化成一個平面

20、桿系結(jié)構(gòu)。同時為偏于安全，按集中載荷進(jìn)行計算。圖3-3頂梁分離受力分析Fig.3-3 Top-beam separation stress analysis圖3-4掩護(hù)梁分離受力分析Fig.3-4 Shields Liang to separate the stress analysis取 (3-1)取 (3-2) 取 。 (3-3)式中 支架立柱的工作阻力， 支架立柱的傾角， 支架支護(hù)阻力， 頂板和頂梁之間的摩擦系數(shù)， 頂梁和掩護(hù)梁鉸點水平力， 頂梁和掩護(hù)梁鉸點垂直分力。由上式有： (3-4)將該式變成通式為: (3-5)立柱向后傾時，立柱的工作阻力取+；瞬心O點在頂梁和掩護(hù)梁鉸點水平線以下

21、的取+；摩擦力向后取+。反之都取。將上通式分解如下： (3-6) 式中 支架立柱工作阻力的垂直分力， 支架承受的附加力。由(3-6)可見 當(dāng)時，附加力與立柱傾角和摩擦力有關(guān)。（1） 立柱傾角對附加力的影響 圖3-5立柱后傾的頂梁分離受力分析Fig.3-5 Column to after top-beam separation stress analysis當(dāng)瞬心在下、立柱后傾時，由受力分析可看出,當(dāng)瞬心在下時，立柱向后傾，附加力為正，立柱前傾，附加力為負(fù)。當(dāng)瞬心在上時，結(jié)論正好相反。（2） 摩擦力對附加力的影響圖3-6 頂梁前端雙紐線軌跡Fig.3-6 Front end top-beam t

22、wo Niu line path如圖3-6所示，當(dāng)支架由高到低頂梁前端的運動軌跡由a向b點運動時，瞬心點在下，值為正，且由大到小，一直到b為0 ；在這一段內(nèi)，當(dāng)支架在承受讓壓過程中，頂梁有向前運動的趨勢，從而使頂板給頂梁的摩擦力方向向后，摩擦力為正，附加力為正。當(dāng)支架由高到低頂梁前端運動軌跡由a向b點運動時，瞬心點在上，值為負(fù)其絕對值由小變大到c點為最大，再由c點向d點由大到小一直到d點為0；在這一段內(nèi)，當(dāng)支架在承載讓壓過程中，頂梁有向后運動的趨勢，從而使頂板給頂梁的摩擦力方向向前，摩擦力為負(fù)，附加力為正。 由以上分析可知：摩擦力引起的附加力都為正，附加力的大小與角的正負(fù)無關(guān)，與角的大小有關(guān)，

23、角大附加力就大，反之則小。結(jié)論：通過以上立柱傾角和摩擦力對附加力影響的分析，得出如下結(jié)論：值的大小對附加力影響很大，值大，支架承受的附加力大，對支架受力不利。所以在優(yōu)化四連桿機構(gòu)時，盡可能使值小些。為此，可以令支架由高到低時，頂梁前端運動軌跡近似直線為目標(biāo)函數(shù)，從而可以使角變小，值和附加力都變小。而且頂梁前端點運動軌跡的變化寬度也可以較小，有利支控頂板。值方向與摩擦力引起的附加力無關(guān)，而與立柱傾角引起的附加力有關(guān)，在立柱前傾時：當(dāng)瞬心點在下時，值為正，附加力為負(fù)；當(dāng)瞬心點在上時，值為負(fù)，附加力為正。所以在優(yōu)化時，為減少附加力，盡可能使支架的工作段，在ab段。3.2.2掩護(hù)梁上鉸點至頂梁頂面之距

24、和后連桿下鉸點至底座底面之距對支架受力的影響增加掩護(hù)梁上鉸點至頂梁面之距和后連桿下鉸點至底座底面之距，都可以使角減小，附加力減小，反之，角增加，附加力也增加。詳細(xì)DWG圖 紙 請 加：三 二 1爸 爸 五 四 0 六全套資料低價拾元起3.2.3后連桿與掩護(hù)梁長度比值對支架受力的影響圖3-7 四連桿示意圖Fig.3-7 Four connecting rods schematic drawings當(dāng)夾角、和的比值不變，改變或不變延長后連桿長度等方法，來增加的比值，可以使角減小，附加力減小，對支架受力有利；當(dāng)改變角使的比值增加，對角變化不大，所以適當(dāng)增加的比值，可以減少掩護(hù)梁長度和對支架受力有利。

25、在掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架中，后連桿和掩護(hù)梁長度的比值，關(guān)系到掩護(hù)梁的長度，對支架的重量和受力有著直接的影響，所以在設(shè)計時，應(yīng)盡量在滿足支架工作需要情況下，縮短掩護(hù)梁長度，減輕支架重量，減少支架受力。4、前后連桿上鉸點與掩護(hù)梁長度比值對支架受力影響改變的比值，對角影響很大，如果這個比值適當(dāng)，可使角減小，值減小，附加力減小，掩護(hù)梁和前后連桿受力也減小。的比值一般在0.220.3之間比較合適。3.3四連桿機構(gòu)的幾何作圖法3.3.1掩護(hù)梁和后連桿長度的確定 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如圖3-8所示。圖3-8 掩護(hù)梁和后連桿計算圖Fig.3-8 caving lock pieceand a

26、fter rod map設(shè)： G-掩護(hù)梁長度（mm）A 后連桿長度（mm）其中：P1 支架最高位置時，掩護(hù)梁與頂梁夾角(度)P2支架最低位置時，掩護(hù)梁與頂梁夾角(度)Q1 支架最高位置時，后連桿與底平面夾角（度）Q2支架最低位置時，后連桿與底平面夾角（度） 按四連桿機構(gòu)的幾何特征要求，選定，由于支架型式不同，對于掩護(hù)式支支架,一般A/G的比值按以下范圍來?。篈/G=0.450.61,取A/G=0.58。支架在最高位置時有： 因此掩護(hù)梁長度為： =2076.77mm 后連桿長度為：A=G(A/G) = 1204.53mm取整得： 3.3.2幾何作圖法作圖過程用幾何作圖法確定四連桿機構(gòu)的各部尺寸，

27、具體作法如圖3-9所示。 具體作圖步驟如下：1)確定后連桿下鉸點O點的位置，使它比底座面略高2002)過O點作與底座面平行的水平線HH線。3)過O點作與HH線的夾角為Q1的斜線。4)在此斜線截取線段，長度等于A,a點為支架在最高位置時后連桿與掩護(hù)梁的鉸點。5)過a點作與HH線有交角P1的斜線，以a點為圓心，以G點為半徑作弧交些斜線一點e此點為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點。6)過e點作HH線的平行線，則HH線與FF線的距離為H1，為液壓支架的最高位置時的計算高度。7)以a點為圓心，以0.22G長度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點b,為前連桿上鉸點的位置。8)過O點作與HH線夾角為Q2的斜線。9)在此斜線上截取

28、線段. 的長度等于A，a點為支架降到最低位置時，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點。10)過a點作與HH線有交角P2的斜線，以a點為圓心，以G為半徑作弧交些斜線一點e，此點為支架在最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點。11)以a為圓心以0.22G長度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點b，為支架在最低位置時前連桿上鉸點的位置。12)取線之間一點e為液壓支架降到此高度時掩護(hù)梁與頂梁鉸點。13)以O(shè)為圓心，為半徑圓弧。14)以e點為圓心，掩護(hù)梁長為半徑作弧，交前圓弧上一點a，以點為液壓支架降到中間某一位置時，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點。15)以連線，并以a點為圓心，ab長為半徑作弧，交上一點b點。則b， b,b三點為液壓支架在三個

29、位置時 ，前連桿上鉸點。16)由b， b,b三點確定的圓心C，為前連桿下鉸點位置。17)過C點HH線作垂線，交點d，則線段,和為液壓支架四連桿機構(gòu)。18)按以上初步求出的四連桿機構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點e的運動軌跡，只要逐步變化四連桿機構(gòu)的幾何尺寸，便可以畫出不同的曲線，再按四連桿機構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機構(gòu)尺寸。圖3-9 液壓支架四連桿機構(gòu)的幾何作圖法Fig .3-9 hydropost fore rod is geometrymap method結(jié)論：后連桿長度A=1205mm 掩護(hù)梁長度G=2077mm 前連桿長度C=1148mm 前后

30、連桿下鉸點底座投影距離E=599mm 前連桿下鉸點高度D=533mm3.4四連桿機構(gòu)的計算機設(shè)計法3.4.1、目標(biāo)函數(shù)的確定根據(jù)附加力對液壓支架受力影響的分析，為減少附加力，必須使U=TAN(THETA)有較小值。同時，為有效地支控頂板，要求支架由高到低變化時，頂梁前端點與煤壁距離的變化要小。而支架在某一高度時的THETA角，恰好是頂梁前端點的雙紐線軌跡上的切線與頂梁垂線間的夾角。所以，只要令支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡似成直線為目標(biāo)函數(shù)，這兩項要求都能滿足。3.4.2、四連桿機構(gòu)的幾何特征四連桿機構(gòu)的幾何特征如下圖3-10所示。支架在最高位置時：P1=0.91- 1.08弧度；Q1

31、=1.31- 1.48弧度。后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為I=0.45- 0.61.前后連桿上鉸點之距與掩護(hù)梁的比值為I1=0.22-0.3.E點的運動軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運動的最大寬度E70MM最好在30MM以下。支架在最高位置時的TAN(THETA)的值應(yīng)小于0.35，在優(yōu)化設(shè)計中，對掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于0.16。圖3-10 四連桿機構(gòu)幾何特征圖Fig.3-10 Four link motion gears geometry characteristic chart3.4.3、四連桿機構(gòu)各部尺寸的計算后連桿與掩護(hù)梁長度的確定當(dāng)支架在最高位置時的H1值確定后，掩護(hù)梁長度G

32、為：G=H1/（SIN（P1）+I*SIN（Q1）；后連桿長度為：A=I*G；前,后連桿上鉸點之距為:B=I1*G;前連桿上鉸點至掩護(hù)梁之矩為:F=G-B;對各變量規(guī)定相應(yīng)的步長:P1的步長為0.034弧度;Q1的步長為0.034弧度;I1的步長為0.02弧度;I的步長為0.032弧度;(2)后連桿下鉸點至坐標(biāo)原點之距 E1=G*COS(P1)-A*COS(Q1);(3)前連桿長度及角度的確定 為使頂梁上鉸點的運動軌跡最大寬度和THETA角盡量小,我們將支架在最高和最低以及后連桿與掩護(hù)梁成90度角時頂梁上鉸點的坐標(biāo)定在一條垂直的直線上。（下面B1，B2，B3分別為此3點對應(yīng)的前連桿與掩護(hù)梁的鉸

33、點，C為前連桿下鉸點）B1點坐標(biāo)：X1=F*COS（P1） YI=H1-F*SIN（P1）B2點坐標(biāo)：X2=F*COS（P2） Y2=B*SIN（P2）+A*SIN（Q2） 其中，Q2=0.436 P2由幾何關(guān)系求出。B3點坐標(biāo)：X3=F*COS（P3） Y3=B*SIN（P3）+A*SIN（Q3）其中P3=Q3=C點坐標(biāo)：XC=（M*（Y2-Y3）-N*（Y3-Y1）/T YC=（N*（X3-X1）-M*（X2-X3）/T 其中，M=X3*X3-X1*X1+Y3*Y3-Y1*Y1N=X2*X2-X3*X3+Y2*Y2-Y3*Y3T=2（X3-X1）（Y2-Y3）-(Y3-Y1)(X2-X3)

34、 (4)前連桿下鉸點的高度D和前，后連桿下鉸點在底座上的投影距離：D=YC E=E1-XC3.4.4、四連桿機構(gòu)的優(yōu)選前，后連桿的比值范圍：C/A=0.9-1.2。前連桿的高度：DH1/5。E的長度:EH1/4.5。TAN（THETA）0.16。TAN（THETA）=S/L其中，L=X6 S=H1-Y6X6，Y6為掩護(hù)梁在頂點速度瞬心的坐標(biāo)，通過幾何關(guān)系可求出3.4.5、求掩護(hù)梁上鉸點軌跡坐標(biāo) X=-A*COS（Q4）+G*COS（P4） Y=A*SIN（Q4）+G*SIN(P4) 其中，Q4為后連桿與底座夾角，P4為掩護(hù)梁與頂梁夾角。 P4=ARCCOS（Z）； P4=arcCOS（Z）；

35、Z= J=2ABsinQ4-2BD K=2EB+2ABcosQ4 R=A2+B2+D2-C2+E2+2AEcosQ4-2ADsinQ43.4.6、語言程序編制1）程序框圖圖3-11 程序框圖Fig.3-11 Flow chart2）源程序#include#includemain()float h1,h2,p1,q1,i,i1,g,a,b,c,d,e,f,a1,q2,o1,l,s,xc,yc,x4,y4,x5,y5,xx,xi,ex,gg;float o,u,c1,q3,q4,k,j,r,z,x,y,e1,x1,y1,p2,x2,y2,p3,x3,y3,m,n,t,k1,k2,x6,y6;flo

36、at p4;scanf(%f,%f,&h1,&h2); /*輸入h1,h2*/for(p1=0.91;p1=1.08;p1=p1+0.034)/*設(shè)p1,q1,i,i1*/for(q1=1.31;q1=1.48;q1=q1+0.034)for(i=0.45;i=0.61;i=i+0.032)for(i1=0.22;i10.3;i1=i1+0.02)g=h1/(sin(p1)+i*sin(q1);/*計算g,a,b,f*/a=i*g;b=i1*g;f=g-b;e1=g*cos(p1)-a*cos(q1);/*計算b1,b2,b3,c點坐標(biāo)*/x1=f*cos(p1);y1=h1-f*sin(p1

37、);q2=0.436;gg=g*g-(e1+a*cos(q2)*(e1+a*cos(q2);if(gg0)gg=-1.0*gg;p2=atan(sqrt(gg)/(e1+a*cos(q2);x2=f*cos(p2);y2=b*sin(p2)+a*sin(q2);p3=3.14/2.0-atan(a/g)-atan(e1/sqrt(g*g+a*a-e1*e1);q3=3.14/2.0-p3;x3=f*cos(p3);y3=b*sin(p3)+a*sin(q3);m=x3*x3-x1*x1+y3*y3-y1*y1;n=x2*x2-x3*x3+y2*y2-y3*y3;t=2.0*(x3-x1)*(y

38、2-y3)-(y3-y1)*(x2-x3);xc=(m*(y2-y3)-n*(y3-y1)/t;yc=(n*(x3-x1)-m*(x2-x3)/t;c=sqrt(x1-xc)*(x1-xc)+(y1-yc)*(y1-yc);/*計算c,d,e*/o=c/a;if(o1.2)continue;d=yc;e=e1-xc;x4=e1+a*cos(q1);/*計算a1,q2,q1點坐標(biāo)*/y4=a*sin(q1);x5=e1;y5=0.0;k1=(y1-yc)/(x1-xc);c1=atan(k1);k2=(y4-y5)/(x4-x5);x6=(k1*x1-y1-k2*x4+y4)/(k1-k2);y

39、6=k1*(x6-x1)+y1;l=x6; /*計算l,s*/s=h1-y6;u=s/l;if(u0.16|u0.2*h1|eh1/4.5)continue;printf(u=%f,q1=%f,a=%f,b=%f,c=%f,d=%f,e=%fn,f=%f,g=%f,p1=%f,c1=%f,s=%f,l=%fn,u,q1,a,b,c,d,e,f,g,p1,c1,s,l);xx=0;xi=3000;for(q4=1.48;q4=0.436;q4=q4-0.0348)x1=a*cos(q4);k=2.0*e*b+2.0*a*b*cos(q4);j=2.0*a*b*sin(q4)-2.0*b*d;r=

40、a*a+b*b+d*d-c*c+e*e+2.0*a*e*cos(q4)-2.0*a*d*sin(q4);if(k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j)=h1|yxx)xx=x;if(xxi)xi=x; 3）輸入值及結(jié)果2.9,1.7u=0.154265,q1=1.378000,a=1.192811,b=0.454011,c=1.099301,d=0.558861,e=0.566813,f=1.609676,g=2.063687,p1=0.910000,c1=1.081463,s=0.237309,l=1.538323x=1.038504,y=2.796892,x1=0.23135

41、7x=1.044041,y=2.751062,x1=0.271930x=1.047449,y=2.703728,x1=0.312174x=1.049153,y=2.654757,x1=0.352040x=1.049518,y=2.604010,x1=0.391480x=1.048865,y=2.551340,x1=0.430445x=1.047477,y=2.496585,x1=0.468890x=1.045606,y=2.439567,x1=0.506766x=1.043485,y=2.380083,x1=0.544029x=1.041326,y=2.317902,x1=0.580634x=

42、1.039329,y=2.252752,x1=0.616535x=1.037681,y=2.184306,x1=0.651689x=1.036564,y=2.112163,x1=0.686055x=1.036154,y=2.035823,x1=0.719589x=1.036625,y=1.954639,x1=0.752252x=1.038150,y=1.867754,x1=0.784005x=1.040905,y=1.773990,x1=0.814808x=1.045064,y=1.671653,x1=0.844624ex=0.013364ex=0.013364ex=0.013364ex=0.

43、013364結(jié)論：U=0.154值（掩護(hù)梁與頂梁鉸點至瞬心和底座平面夾角為）支架在最高位置時，后連桿與底座平面夾角A=1.193后連桿長度B=0.4540前、后連桿上鉸點之距C=0.5588前連桿長度E=0.5668前、后連桿上鉸點至掩護(hù)梁上鉸點之距F=1.6096前連桿上鉸點至掩護(hù)梁上鉸點之距G=2.0637掩護(hù)梁長度支架在最高位置時，頂梁與掩護(hù)梁夾角=1.0815支架在最高位置時，前連桿與底座平面夾角EX=0.0134頂梁前端運動軌跡的最大寬度前面所用的兩種方法求出的四連桿機構(gòu)的數(shù)值相近，由于計算機算法的精確度較高，故所選數(shù)據(jù)，均用計算機算法中所得的。4掩護(hù)式液壓支架部件設(shè)計4.1頂梁頂梁

44、是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強度要求以外，還要保證支護(hù)頂板的需要。4.1.1頂梁的作用及用途頂梁作用是支護(hù)頂板一定面積的直接承載部件，并為立柱、掩護(hù)梁、護(hù)頂裝置等提供必要的連接點。用途：a.用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板。b.承受頂板的壓力。c.將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。4.1.2頂梁的結(jié)構(gòu)型式的確定 圖4-1鉸接式頂梁Fig.4-1 Hinge type top-beam選擇鉸接式頂梁，頂梁1為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護(hù)梁4鉸接，取消了三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上，用平衡千斤頂8調(diào)節(jié)頂梁與頂板的接觸面積。OY型掩護(hù)式支架就采用此種結(jié)構(gòu)。4.1.3對頂梁長度

45、的影響1)支架工作方式對支架頂梁長度的影響支架工作方式對支架頂梁長度的影響很大，從液壓支架的工作原理可以看出，先移架后推溜方式（又稱及時支護(hù)方式）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（又稱滯后支護(hù)方式）要求頂梁長度較短。這是因為采用先移架后推溜的工作方式，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護(hù)。因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距，一般為600mm。2)配套尺寸對頂梁長度的影響設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長度有直接關(guān)系。為了防止當(dāng)采煤機向支架內(nèi)傾斜時，采煤機滾筒不截割頂梁，同時考慮到采煤機截割時，不一定把煤壁截割成一垂

46、直平面，所以在設(shè)計時，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm，這個距離叫空頂距。另外在輸送機鏟煤板前也留有一定距離。一般為135150mm左右，也是為了防止采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機留有一定的距離。除此而外，所有配套設(shè)備包括采煤機和輸送機，均要在頂梁掩護(hù)之下工作，在此來計算頂梁長度。4.1.4頂梁斷面形狀頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。為加強結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，支撐掩護(hù)式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。對于支撐

47、掩護(hù)式支架，為了便于側(cè)護(hù)板能自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護(hù)板稍厚的鋼板，稱為頂板，如圖4-2所示，同時增強了頂梁的結(jié)構(gòu)強度。圖4-2 頂梁斷面Fig.4-2 Top-beam cross section4.1.5頂梁主要尺寸的確定1)頂梁長度Lg頂梁長度配套尺寸底座長度掩護(hù)梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（mm）2)梁面積AA=LgB 式中： Lg頂梁長度mm,B-頂梁寬度mm,在本次設(shè)計中頂梁寬度為1500mm,代入公式（2-11）得A=29611500=44441500mm2=4.4m23)支護(hù)面積FcFc = Bc(Lg)m2 (4-1) 式中：Fc支護(hù)面積 m2 ， 移架后頂梁前端

48、點到煤壁的距離 m,一般=0.3Bc支架間距（支架中心距），一般為1.5m代入公式(4-1)得：Fc = 1500(296130)=4486500mm2 =4.49m24)支架的理論支護(hù)阻力F1F1=Fcq 式中: F1支架的理論支護(hù)阻力，KN Fc支護(hù)面積 m2q支護(hù)強度 KN/M2支架在最高處的理論支護(hù)阻力為：F1=4.49362.6=1628.07（KN）5)頂板覆蓋率=A/Fc100% 式中： 頂板覆蓋率A頂梁面積 m2Fc支護(hù)面積 m2代入式中得=4.4/4.49100%=98.00%4.2側(cè)護(hù)板4.2.1、側(cè)護(hù)板的選擇頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種：1）一側(cè)固定另一側(cè)活動的側(cè)護(hù)板，由于

49、固定側(cè)護(hù)板與梁體焊接在一起，可節(jié)省原梁體的側(cè)板，既節(jié)省材料又可加固梁體。在設(shè)計時，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動側(cè)護(hù)板。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護(hù)板，下方為活動側(cè)護(hù)板?；顒觽?cè)護(hù)板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。但當(dāng)改換工作面開采方向時，活動側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，對調(diào)架、防倒等帶來不便，所以很少采用。2）兩側(cè)皆為活動側(cè)護(hù)板。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。本設(shè)計取兩側(cè)皆為活動側(cè)護(hù)板的類型。4.2.2、側(cè)護(hù)裝置的作用1)消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁間的間間隙，防止冒落矸石進(jìn)入支護(hù)空間；2)作為支架移架的傾倒；3)防

50、止支架的傾倒；4)調(diào)整支架間距4.2.3、側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式如圖4-3所示，這種型式克服了當(dāng)頂板被冒落矸石壓住時，影響側(cè)護(hù)板伸縮的缺點，但支架承受偏載時，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。圖4-3側(cè)護(hù)板的機構(gòu)形式Fig.4-3 Side protection board organization form4.2.4、側(cè)護(hù)板尺寸的確定頂梁側(cè)護(hù)板的側(cè)向?qū)挾?，按支架升降高度和推移步距來確定。即：考慮到當(dāng)一架升起，另一架降柱時，要保證相鄰兩架側(cè)護(hù)板不脫離接觸。同時考慮到支架降柱后要前移，為防止頂梁后部側(cè)護(hù)板脫離接觸，頂梁側(cè)護(hù)板后部要加寬，加寬的長度一般為頂架后部起大于一個步距，即大于600mm。掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的側(cè)面寬度，主要考慮移架步距，一般比一個步距大100mm，即相當(dāng)700mm。當(dāng)一架固定，另一架前移時，兩架之間能封閉，同時又考慮到降架前移時，原不動的掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板下部不致脫