【采煤作業(yè)液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（論文）11000字】

IV采煤作業(yè)液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要液壓支架是礦井挖掘中，必定會(huì)用到地機(jī)械，他的作用就是在工人工作時(shí)支撐煤層，保證工人的工作安全，減少煤礦瓦斯和透水事故的發(fā)生，來保證煤炭開采效益和效率的機(jī)械。在本文中，設(shè)計(jì)了液壓支架的主要零部件，支架的型號(hào)，主要支撐部件和液壓系統(tǒng)，以及防止支架出現(xiàn)事故的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)支架工作時(shí)上升和下降的過程，來設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)保證支架的穩(wěn)定性。再根據(jù)支架支撐部件的受力來設(shè)計(jì)并校核支架的頂梁，立柱，底座等部件，最后在容易機(jī)械疲勞的部位增加鋼板，增加剛度和支架的支撐強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)支架時(shí)，需要對(duì)支架進(jìn)行分析，包括支架承重時(shí)的受力分析，支架在上升和下降時(shí)的運(yùn)動(dòng)分析，以及在工作過程中的姿態(tài)分析，確保在怎樣的環(huán)境范圍下，支架不會(huì)因外部大環(huán)境的變換而發(fā)生事故，最后再確定一個(gè)最合理的方案，本論文主要是在支架的工作原理之上，進(jìn)行支架的設(shè)計(jì)和主要部件的校核。關(guān)鍵詞：液壓支架，設(shè)計(jì)，姿態(tài)，穩(wěn)定性目錄TOC\o"1-3"\h\u12373摘要 2250901緒論 519421.2國內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 5143721.3本課題的研究目的和意義 625682液壓支架基本理論分析 7213452.1液壓支架的組成 7156742.2液壓支架的分類 7259082.3液壓支架的工作原理 7223132.3.1液壓支架立柱工作階段 8133892.4設(shè)計(jì)液壓支架的基本要求 9291302.5液壓支架選型的潛在影響因素 9124912.5.1液壓支架架型的選擇 9273403液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11326163.1支架高度等相關(guān)參數(shù)的確定 1117069一支架高度 1123238二支架的調(diào)高比 1132046三支架間距 1125739四支架底座長度，寬度的確定。 11221833.2四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 123048一四連桿機(jī)構(gòu)的作用 1231955二液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的基本參數(shù) 1276113.3頂梁的相關(guān)設(shè)計(jì) 1312030一頂梁類型的選擇 1329298二頂梁長度計(jì)算 1322503.4支架支護(hù)強(qiáng)度及立柱的設(shè)計(jì) 134184一支護(hù)面積 135084二支護(hù)強(qiáng)度 133316三立柱設(shè)計(jì) 1424626四底座比壓計(jì)算 153736五立柱得特點(diǎn)及布置 158181六千斤頂?shù)膮?shù)確定 165986七支架受力 17273894液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20197644.1控制方式 20121374.2電液自動(dòng)控制 20200744.3閥的選擇 21163724.4乳化液泵站的選擇 21249295結(jié)論 2313804參考文獻(xiàn) 241緒論中國是人口第一世界大國，每一天都在消耗著很大量的能源來供給基礎(chǔ)設(shè)施，來保證社會(huì)秩序的穩(wěn)定，化石能源是主要的能源供給，縱然新能源的比重在逐步上升，但是煤炭資源依舊是能源供給的主要方式。當(dāng)下社會(huì)的主要的能源都是靠開采煤炭，為了能及時(shí)地供給煤炭資源，就必須保證煤炭能夠穩(wěn)定的被開采出來，想要開采出煤炭，那么就必須借助機(jī)械的幫助，在機(jī)械化程度很高的今天，煤炭的開采已經(jīng)有了相當(dāng)成熟的設(shè)備，這樣就能進(jìn)行更大，更加全方位的開采，稱為綜合開采，他從破碎機(jī)開始，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有機(jī)械輔助，在保證開采效率的同時(shí)，還能減輕開采人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，杜絕了瓦斯泄露和透水事故的發(fā)生，提升了煤礦開采的整體的連續(xù)性，提升了生產(chǎn)效益。1.2國內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展自十七世紀(jì)末期，英國人瓦特改良了蒸汽機(jī)之后，人們對(duì)能量的利用效率大大提升，而這時(shí)英國的煤礦開采也進(jìn)入了黃金期，在蒸汽機(jī)的刺激下，煤炭的需求量就大大提升，而靠平時(shí)的人力開采已經(jīng)無法供應(yīng)，而且早期的開采都是人力支護(hù)，很容易就會(huì)發(fā)生礦難，直到二十世紀(jì)，這樣的現(xiàn)象導(dǎo)致每年都死去很多無辜的人，英國煤炭局就主張放棄這種人力的方式，使用機(jī)械來代替人力的支護(hù)方式，在二十世紀(jì)五十年代，英國煤炭局在政府的支持下，開發(fā)出了垛式液壓支架結(jié)束了以前需要人力和木材的支護(hù)方式，不但耗費(fèi)人力物力還容易引發(fā)事故，這一革命性的技術(shù)為煤礦開采開辟了新的道路，之后的幾十年之內(nèi)，西歐國家爭相對(duì)支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)和支架材料的更新和換代，而在七十年代，英國煤炭局再一次提出了在液壓支架中加入液壓系統(tǒng)來控制液壓支架，這一項(xiàng)技術(shù)不但減少了人工控制的必要的人數(shù)要求，同時(shí)還加大了煤炭的開采效率，于是這一項(xiàng)技術(shù)在接下來的時(shí)間內(nèi)迅速成熟，并且先后在美國和澳大利亞得到驗(yàn)證。而對(duì)于中國而言，在新中國成立后，國內(nèi)重工業(yè)程度很低，不具備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)大型的開采機(jī)械地能力，只有輕工業(yè)稍微發(fā)達(dá)一些，只能滿足國內(nèi)的一些日常用品的需要，直到上世紀(jì)七十年代，在中央的特批下，從國外引進(jìn)了液壓支架，一方面進(jìn)行礦山開采工作，另一方面國內(nèi)的沈陽所等機(jī)幾家大型機(jī)械廠家，自發(fā)組織研發(fā)人員對(duì)國外支架進(jìn)行拆解研究，在學(xué)習(xí)到國外支架的優(yōu)勢(shì)的情況下，結(jié)合國內(nèi)的煤礦開采的地質(zhì)環(huán)境，希望研發(fā)出適合國內(nèi)開采環(huán)境的支架，直到1984年，在三大廠家的聯(lián)合研發(fā)之下，成功的研發(fā)出了我國的第一套放頂煤液壓支架，在工業(yè)性實(shí)驗(yàn)中，支架能穩(wěn)定運(yùn)行，支護(hù)能力也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，在這之后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)又開發(fā)出了真正最具代表性的QY系列和ZY系列支架。在這樣的成功之下，國內(nèi)的液壓支架發(fā)展迎來了井噴式的發(fā)展，逐漸開始追趕國際水平，在九十年代，隨著我國的煤礦開采數(shù)量大幅增加，國內(nèi)的液壓支架的性能和參數(shù)都得到了大幅的提升，同時(shí)有更多的液壓支架被開發(fā)出來，尤其是放頂煤開采技術(shù)在我國的成功應(yīng)用，加速了我國的液壓支架的發(fā)展，直到現(xiàn)在，我國的液壓支架的設(shè)計(jì)和制造水平也在以極快的速度向世界水平追趕。1.3本課題的研究目的和意義液壓支架是煤礦綜合機(jī)械化開采的支護(hù)裝置。鑒于現(xiàn)代社會(huì)需要在確保安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上提高拆卸效率，盡可能地減少生產(chǎn)成本，完成利益的最大化，像液壓支架這樣的大型自動(dòng)化和機(jī)械化的綜采設(shè)備是必不可少的，但是因?yàn)槊簩臃植疾煌瑫?huì)出現(xiàn)不同的地質(zhì)，在不同的環(huán)境下工作時(shí)，為了提高液壓支架的可靠性，支架的載荷和工作條件不同，相應(yīng)的力學(xué)特性也不同，在前期的設(shè)計(jì)過程中需要用現(xiàn)代的理論和設(shè)計(jì)方法對(duì)液壓支架的各部分構(gòu)件進(jìn)行分析，在分析之后就可以掌握不同型號(hào)的支架的構(gòu)件所存在的缺點(diǎn)和不足，再針對(duì)這些缺點(diǎn)和不足，對(duì)支架進(jìn)行優(yōu)化來完善支架的支護(hù)性能。同時(shí)現(xiàn)在社會(huì)日常運(yùn)作的主要能量的來源依舊是煤炭帶來的能量進(jìn)行的轉(zhuǎn)化，社會(huì)對(duì)能源的需求日益增加，所以想要增加煤炭的開采量就必須結(jié)合現(xiàn)代的機(jī)械化設(shè)備，才能最大限度地增加經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)，通過了解液壓支架的基本結(jié)構(gòu)，和支架的運(yùn)行方式，再結(jié)合自己的一些相關(guān)的知識(shí)，根據(jù)開采的地質(zhì)環(huán)境，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案，并且對(duì)重要部件進(jìn)行必要的校核，對(duì)自己機(jī)械方面相關(guān)知識(shí)進(jìn)行深化，同時(shí)還能發(fā)現(xiàn)一些自己在這方面的不足。2液壓支架基本理論分析2.1液壓支架的組成液壓支護(hù)設(shè)備是由液壓元件和其他金屬構(gòu)件組成，并利用高壓液體的壓力與液體可壓縮性極小的特性來支撐工作面頂板，以達(dá)到維護(hù)作業(yè)空間的一種裝置。支架頂梁直接與頂板接觸承受頂板壓力載荷，并為立柱和掩護(hù)梁提供連接點(diǎn)。掩護(hù)梁與采空區(qū)冒落巖石接觸并阻擋其涌入工作空間，承受冒落巖石的重量載荷和來自頂板的水平推力載荷。掩護(hù)梁上部與頂梁相接，下部與前后，后連桿相鉸接。底座直接坐落在底板上，將來自頂板的各種載荷傳給底板。推移千斤頂裝設(shè)在底座中間。立柱上下端分別鉸接于頂梁與底座上，直接承受頂板壓力載荷，踏實(shí)液壓支架的主要部件。2.2液壓支架的分類一支撐式液壓支架他的主要特征是利用液壓支柱產(chǎn)生的縱向的支撐力來支撐頂梁防止頂部的煤層下落，利用前伸梁完成對(duì)需要開采的煤層的臨時(shí)支撐，當(dāng)在側(cè)邊有支撐條件的情況下收回前伸梁，支架系統(tǒng)向前移動(dòng)，更換為頂梁支撐，接下來以此循環(huán)完成設(shè)備的前移這種支架適用于直接頂板穩(wěn)定、主頂板周期性壓力明顯或較強(qiáng)、水平力較小的情況。但支撐式支架相比于垛式支架可以提供更強(qiáng)的支撐力，而且作用點(diǎn)也轉(zhuǎn)移到了支架的后部，相比于垛式支架的節(jié)點(diǎn)式支撐，擁有更好的切頂性，但是抵抗水平載荷的能力很差，穩(wěn)定性不是很強(qiáng)，防矸能力也很差，煤層上掉落的矸石很容易竄進(jìn)工作空間干擾甚至是砸傷工人，威脅工人的安全工作，但是他能帶來更大的工作空間和通風(fēng)斷面。二掩護(hù)式支架最主要的體現(xiàn)就是防護(hù)梁的設(shè)計(jì)主要防止了已開采區(qū)域的矸石下落而其前梁設(shè)計(jì)和交替支撐推進(jìn)原理和支撐式支架相同。掩護(hù)式支撐支架通過和支撐式支撐支架使用側(cè)重點(diǎn)的不同進(jìn)行比較，支撐式支撐支架僅著重于提升支護(hù)的支撐強(qiáng)度，而掩護(hù)式支撐支架則著重于掩護(hù)，提升了整個(gè)掩護(hù)梁的寬度，雖然知是加寬了一個(gè)掩護(hù)支護(hù)梁的寬度，但更大更高效的防止了煤礦開采重點(diǎn)區(qū)域的煤礦矸石的大量下落而為進(jìn)入工作區(qū)域的工作人員保留跟多空間，而屏蔽梁跟頂梁鉸接，其下端通過連桿與支架底座相連形成四連桿機(jī)構(gòu)。不僅保持穩(wěn)定得梁端距，還能保證穩(wěn)定的水平推力。三支撐掩護(hù)式支架在支撐式支架和掩護(hù)式支架都成熟的條件下，工程師結(jié)合了兩種類型的支架的優(yōu)缺點(diǎn)研發(fā)了新型的支撐掩護(hù)型支架，支撐掩護(hù)型支架結(jié)合之前兩種支架結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，支撐掩護(hù)型支架的頂梁分為兩個(gè)部分，分別由前梁和頂梁組成，因?yàn)榇嬖谇傲汉晚斄?，所以增加了立柱，兩根變?yōu)樗母?，布置于頂梁和底座之間，分為兩派可根據(jù)不同的需要進(jìn)行前傾或者后傾的布置，屏蔽梁通過鉸鏈連接到頂部梁的尾端底座通過連桿連接到下端，這樣的支架防護(hù)性好，工作面積和通風(fēng)面積大，很快就在國內(nèi)的煤礦中廣泛應(yīng)用。2.3液壓支架的工作原理液壓支架在工作時(shí)主要依靠高壓液體，立柱和相應(yīng)的動(dòng)力千斤頂來實(shí)現(xiàn)支架的升架，降架，推溜，移架四個(gè)基本動(dòng)作。一升架由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)過液控單向閥進(jìn)入立柱下腔，立柱上腔的液體通過操縱閥回流，立柱外伸支架生氣二推溜支架在支撐狀態(tài)下時(shí)，高壓液體經(jīng)過操縱閥進(jìn)入推移千斤頂，千斤頂活塞桿伸出，將工作面輸送機(jī)推向煤壁。三降架高壓液體經(jīng)過操縱閥流入立柱上腔，并同時(shí)打開液控單向閥，立柱下腔液體經(jīng)過液控單向閥，操縱閥回流，立柱回縮，支架高度降低。四移架支架卸載或者部分卸載后，高壓液體進(jìn)入千斤頂，千斤頂缸體帶動(dòng)支架移動(dòng)。2.3.1液壓支架立柱工作階段初階段當(dāng)升降柱從頂板接觸到頂部梁時(shí)，在較快的液壓腔處上升的柱上升，停止泵站壓力，此階段的拉桿柱的前期階段，在這個(gè)階段結(jié)束時(shí)，支撐柱和頂板支架的力就是所設(shè)定的載荷承載階段垂直支撐完成之后，進(jìn)入支撐階段，在承重階段，支柱有增阻和恒阻階段，如果支柱腔體和溢流閥連接，當(dāng)支撐力大于阻力設(shè)定值時(shí)，腔室中液體的壓力通過溢流閥流出，來保證支架支撐力的最大值。卸荷階段控制閥保持高壓室和低壓室回路的連接，在工作阻力和另一側(cè)壓力的連接下，推動(dòng)液壓缸反方向。降柱移架當(dāng)液壓支柱移動(dòng)時(shí)，必須先將支撐架向下，將控制閥放在機(jī)架為止高壓液體從千斤頂?shù)娜橐和茥U腔進(jìn)入泵站，活塞腔和液體返回。這種情況下支撐件與傳送帶一起作為支點(diǎn)向前移動(dòng)。移動(dòng)機(jī)架后，抬起支架使支架支撐頂板。2.4設(shè)計(jì)液壓支架的基本要求1液壓支架應(yīng)具有足夠的初始強(qiáng)度和耐久性，以有效控制頂板并確保充分降低2煤石的預(yù)防和排放性能好，支撐系統(tǒng)和其他設(shè)備需要大量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來參與，并且碎屑無法侵入組織來干擾設(shè)備運(yùn)行。3支架要具有足夠的剛度和強(qiáng)度，特別是頂梁，立柱，底座這樣的主要承載部件，并且還要具備機(jī)械裝置必須具有的抗疲勞性。4在滿足上面的情況下，盡可能地去減輕支架的重量，一方面是減輕生產(chǎn)成本，另一方面也方便支架的移動(dòng)和損壞時(shí)的維修。5支架的工作范圍要想多大一些，保證開采工作人員的安全工作空間，以及事故時(shí)的通風(fēng)面積。2.5液壓支架選型的潛在影響因素煤層厚度支架的類型有很多，適用于不同環(huán)境下的煤層狀況，不同的煤層厚度，支架在工作時(shí)受到的阻力和推力也不相同，甚至有的煤層的開采工作需要支架還要帶有一定的防護(hù)裝置，所以煤層厚度的不同，意味著選用的支架的類型也不同。煤層的傾斜角度在煤礦開采時(shí)，除了煤層的厚度的影響之外，煤層的傾斜角度也會(huì)影響支架的型號(hào)的選擇，如果煤層的傾斜角度大，在開采時(shí)，支架的姿態(tài)也會(huì)發(fā)生變化，如果煤層的傾斜角小于15°，那選取的支架就需要給支架裝配防滑和調(diào)整姿態(tài)的裝置，防止支架在工作時(shí)，因?yàn)樽藨B(tài)的變化發(fā)生支架傾倒的事故。底板性質(zhì)支架的底板承受了來自支架的所有的向下的載荷，煤層狀況的不同，底板巖土情況也不同，所以不同的煤層，底板的土質(zhì)狀況不同，選用的支架也需要進(jìn)行挑選，同時(shí)支架的底座還得具有一定的適應(yīng)性，能適應(yīng)底板土質(zhì)的小的不平整性。地下水或瓦斯的涌出量在煤礦開采前，要對(duì)煤層周圍的地質(zhì)情況進(jìn)行勘探，如果發(fā)現(xiàn)周圍存在地下水或者瓦斯，在支架選型時(shí)，就需要考慮到工作人員的安全工作空間和通風(fēng)的面積，結(jié)合這些去選擇支架類型。2.5.1液壓支架架型的選擇支架設(shè)計(jì)基本條件，煤層的厚度為1.7-3.0米，煤層傾角小于25°，頂板中等穩(wěn)定，底板較平整?，F(xiàn)有的低放頂煤的支架，有兩種常見的形式，一是將整個(gè)屏蔽梁作為插入版，二是在屏蔽梁中，上部的鉸接式尾梁套在插入版上。即讓煤層具有與自身匹配的支架結(jié)構(gòu)，還使掩護(hù)梁尾部鉸接的掩護(hù)面積變小，這樣做不但設(shè)計(jì)合理，還降低了生產(chǎn)成本，減輕了支架的自身重量。之后梁可以旋轉(zhuǎn)，就支撐了靈活地放煤空間，還增加了支架在不同大環(huán)境下的實(shí)用性和適用性，所以在結(jié)構(gòu)上采用掩護(hù)式液壓支架，而掩護(hù)式動(dòng)力支架分為兩根立柱和四根立柱的區(qū)別，現(xiàn)代的大型煤礦許多采用四柱動(dòng)力液壓框架支撐，但由于支架的前后立柱之間受力不均勻，導(dǎo)致動(dòng)力液壓框架支柱受力失效，從而導(dǎo)致事故的礦難事故經(jīng)常發(fā)生，而兩柱式和掩護(hù)式動(dòng)力液壓支架的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性小，自動(dòng)化管理的難度小，日常維護(hù)的工作量小，所以選擇兩柱掩護(hù)式液壓支架作為本次設(shè)計(jì)的支架。3液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1支架高度等相關(guān)參數(shù)的確定一支架高度支架的最小高度指立柱完全縮回后支架的垂直高度。Hmin=Mmin?s?g?e（式3.1)Hmin即支架最小高度Mmin即煤層最小開采厚度s即立柱下沉量g即浮矸厚度e即移架的最小回縮量支架的最大高度指立柱完全伸出后支架的垂直高度。Hmax=Mmax+(200~300)（式3.2)Hmax即支架最大高度Mmax即煤層最大開采厚度200~300，為防止矸石冒落預(yù)留處所需要增加的高度。在本次設(shè)計(jì)中采高為1.7~3.0米，所以支架高度為1.5~3.5米二支架的調(diào)高比支架的最大高度和最小高度之比稱為液壓支架的調(diào)高比，他反映了支架對(duì)煤層開采厚度變化的適應(yīng)能力。i=Hmax/Hmin（式3.3)代入數(shù)據(jù)得i=2.33三支架間距對(duì)于國外引進(jìn)的液壓支架，因?yàn)橹Ъ苄吞?hào)的不同，會(huì)有不同的中心距進(jìn)行匹配，在我國對(duì)國外的支架進(jìn)行引進(jìn)之后，在對(duì)相關(guān)的支架設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的研究設(shè)計(jì)后，因我國現(xiàn)有的輸送機(jī)中部槽固定長度為1.5m，且支架推移所用到的千斤頂需要連接到中部連接器的槽上，所以國內(nèi)的支架間距普遍為1.5米，所以在本次設(shè)計(jì)中支架的間距也取1.5米。四支架底座長度，寬度的確定。液壓支撐基座時(shí)另一個(gè)主軸承構(gòu)件，也是構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)的部件之一，通過支柱來傳遞負(fù)載，再在地板上散開，而且底座需要安裝在合適的通道上，所以要求底座要有足夠的剛度和強(qiáng)度，對(duì)底板的起伏適應(yīng)性較強(qiáng)，比與底板的平均接觸壓力要小。通常，盾構(gòu)支撐架底座的長度是位移步長的3.5倍（鏡架位移增量為0.6m），即約為2.1m，本設(shè)計(jì)為2.1m，而當(dāng)咬合架移位在此前提下，應(yīng)盡可能加寬以提高支架的側(cè)向穩(wěn)定性?；恐行木嚯x減去寬度通常為100?150毫米。當(dāng)其中心距離為1500mm時(shí)，底座的寬度為1350?1400mm，因此底座的寬度在本設(shè)計(jì)中為1.4m。3.2四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一四連桿機(jī)構(gòu)的作用當(dāng)支撐柱升起時(shí)，上梁的前端將圍繞掩護(hù)支架和底座之間的交點(diǎn)擺動(dòng)，導(dǎo)致梁線隨支撐高度的變化而變化，支架支撐高度小，梁端距小，支撐高度大，梁端距大，在大采高時(shí)將嚴(yán)重影響液壓支架對(duì)頂梁前端頂板的支護(hù)效果。在發(fā)現(xiàn)這一系列的問題之后工程師在液壓支架上增加了四連桿機(jī)構(gòu)，而液壓支架上的四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)，他的特征是以運(yùn)動(dòng)構(gòu)件中最短件的對(duì)邊的固定件，工作時(shí)為搖桿只做擺動(dòng)而不是做圓周運(yùn)動(dòng)，他的功能是在搖桿擺動(dòng)期間，連接兩個(gè)搖桿的連桿上任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡均為雙紐線。因此只要各個(gè)構(gòu)件之間的結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇及安裝的合適則連桿的運(yùn)動(dòng)軌跡中有一段近似于直線，有了四連桿機(jī)構(gòu)才使液壓支架具有了承受來自頂板或者是下落矸石的水平載荷，從而提高了支架的水平穩(wěn)定性。為了規(guī)劃液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)中的空間，在液壓支架結(jié)構(gòu)上規(guī)劃四級(jí)連接的空間時(shí)，前連接一般采用分體式鋼板焊接箱形結(jié)構(gòu)，后連接一般采用整體箱形結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)不僅增加了整個(gè)支架的剛度，還增加了支架下的工作面積，同時(shí)給液壓管路的鋪設(shè)帶來了便利。二液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)（1）支架在最高位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角一般在52°至62°，而底座與連桿的夾角一般為75°至85°支架在最低位置時(shí)，保證頂梁與掩護(hù)梁的夾角要不小于25°（2）后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架在0.45至0.61;（3）前后連桿上絞點(diǎn)之距與掩護(hù)梁的比值為在0.22至0.3。（4）頂梁頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度mm以下。圖3.1四連桿機(jī)構(gòu)簡圖根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)要求，選定支架頂梁與掩護(hù)梁的夾角為52°，底座與連桿的夾角為75°，即上圖中a4=52°，a2=75°，令圖中掩護(hù)梁的長度為y，連桿的長度為x，根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)，后連桿與掩護(hù)梁的比值在0.45~0.61之間即X/Y=0.45~0.61，取為0.5，圖中支架在最高位置時(shí)可以得到算式H=xsina4+ysina2（式3.4)前面已知支架的最高位置的高度為3.5米，先掩護(hù)梁長度，即y=h/(x/y)sina4+sina2（式3.5)已知x/y=0.5代入數(shù)據(jù)可得：x=1.25米，y=2.5米，即掩護(hù)梁的長度為2.5米，連桿的長度為1.25米。3.3頂梁的相關(guān)設(shè)計(jì)一頂梁類型的選擇頂梁是液壓支架支撐頂板，直接承載地構(gòu)件。除滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，頂梁對(duì)底板的覆蓋率要高，要盡可能地適應(yīng)頂板凹凸不平的變化。頂梁在大類中分為兩大類，一是整體化的頂梁，這樣的頂梁，結(jié)構(gòu)簡單，梁的長度長，但是對(duì)于頂板凹凸不平的適應(yīng)力很差，所以逐漸淘汰，二是分段組合式的頂梁，在這其中又分為伸縮式的活動(dòng)前梁，和鉸接式活動(dòng)前梁，在本次設(shè)計(jì)中，為貼合支架的四連桿機(jī)構(gòu)，在計(jì)算時(shí)，考慮到支架的整體運(yùn)動(dòng)軌跡大致為一條直線，而前梁的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為一條雙扭線，所以在本次設(shè)計(jì)中，選用鉸接式的活動(dòng)前梁。同時(shí)為了增加頂梁結(jié)構(gòu)的整體的剛性，減輕整體的重量，所以對(duì)頂梁進(jìn)行由鋼板焊接而成的整體的箱式結(jié)構(gòu)，在保證剛性的同時(shí)，還在箱蓋之間焊接了加強(qiáng)筋板，來保證強(qiáng)度。二頂梁長度計(jì)算在頂梁的長度計(jì)算時(shí)，涉及到支架相配套的運(yùn)輸機(jī)等的相關(guān)尺寸，底座長度，以及前面提及的掩護(hù)梁和連桿長度。令運(yùn)輸機(jī)的配套長度的相關(guān)尺寸為w，底座長度為s，掩護(hù)梁為y，連桿長度為x，在本次設(shè)計(jì)中選擇了能與大部分支架相配合的普通的輸送機(jī)類型，為采煤機(jī)：MXA-300/3.5，刮板輸送機(jī)：SGZ-730/320。再查找相關(guān)《礦山機(jī)械》資料，找到相關(guān)的配套尺寸即w=1000mm，頂梁長度為L。即L=(w+s+xcosa2)?(ycosa4+300+e)+100（式3.6)將個(gè)數(shù)據(jù)帶入算式可得到頂梁長度L=1710mm式中e即為頂梁頂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大運(yùn)動(dòng)距離，一般在70mm之下，在本式中取65mm.3.4支架支護(hù)強(qiáng)度及立柱的設(shè)計(jì)一支護(hù)面積支架的支護(hù)面積有相對(duì)應(yīng)的公式，如下s=b(L+?公式中：b代表支架的間距，?為移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離，一般這個(gè)數(shù)值取0.3。帶入數(shù)據(jù)計(jì)算可得支架的支護(hù)面積為5.034平方米。二支護(hù)強(qiáng)度在本次支架設(shè)計(jì)以zy200014/31為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，所以在基礎(chǔ)的工作阻力方面沿用原支架的工作阻力等原數(shù)據(jù)。所以在支架的支護(hù)強(qiáng)度方面可以利用公式q=F/S該支架的工作阻力為1900kN，帶入數(shù)據(jù)得q=377kN/m^2三立柱設(shè)計(jì)首先需要確定立柱的直徑，可利用以下公式（式3.8）DdF1ndPa—安全閥調(diào)整壓力Am—立柱最大傾角帶入數(shù)據(jù)可得立柱的直徑為D=167mm，根據(jù)綜采手冊(cè)，選擇立柱的直徑為170mm。在確定立柱的直徑之后需要確定立柱的工作阻力，首先利用安全閥調(diào)定壓力的計(jì)算公式MPa（式3.9）工作阻力計(jì)算公式為（F1m為理論支護(hù)阻力）kn（式4.0）式中—支架在最高位置時(shí)立柱傾角取15°帶入數(shù)據(jù)可得式中F1為984kn，在計(jì)算出立柱的工作阻力之后，再計(jì)算安全閥的調(diào)定壓力，額定的壓力為50mpa，帶入數(shù)據(jù)可得調(diào)定壓力為43.4mpa立柱工作阻力為kn（式4.1)式中pa以額定壓力值帶入，將數(shù)據(jù)全部帶入可得p2=1134.3kn。接下來計(jì)算缸底的厚度，借用公式（式4.2）計(jì)算出缸底的厚度，p是缸內(nèi)的最大壓力為50mpa,σ為材料的需用應(yīng)力，這里選用鑄鋼為材料，他的許用應(yīng)力為100mpa。最后在查表之后確定立柱直徑為170mm，工作阻力1900kn，額定工作壓力50mpa，泵站壓力32mpa。四底座比壓計(jì)算該支架的接觸比壓可利用以下公式計(jì)算Pn=F/bl（式4.3)在該公式中F為支架的工作阻力，b為支架的寬度，l為支架的長度。帶入數(shù)據(jù)可得Pn=0.646mpa。五立柱的特點(diǎn)及布置液壓支架的立柱因支架類型的不同而有不同的結(jié)構(gòu)形式，但是立柱具有很多共同的特點(diǎn)，（1）立柱的缸體的缸底和活柱頂端大部分都是球面結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)因支架支撐高度的變化而出現(xiàn)的不平整的狀況，使立柱具有很強(qiáng)的自調(diào)位支撐性能。（2）立柱的活柱直徑較大，在支架下降時(shí)，由于頂梁與活柱的自重的原因，不需要支架施加很大的迫降力，所以應(yīng)該盡量增大活柱直徑用來保證立柱的足夠的剛度和強(qiáng)度，但在保證剛度和強(qiáng)度的同時(shí)還要減輕支架的重量，現(xiàn)在多采用高強(qiáng)度的空心管材來制作立柱的活柱部分，（3）為了防止立柱的活頭在長時(shí)間的工作過程中出現(xiàn)磨損，在活柱表面涂有復(fù)合材料形成的鍍層，一般在活柱的表面都會(huì)鍍上一些銅鎳鉻的合金，在降低磨損的同時(shí)，還減少了支架的維修，降低了維修成本。對(duì)于立柱而言，傾斜的盾構(gòu)支撐裝置克服了一些水平力，一般來說立柱軸線上部之間的夾角，小于兩條垂線，但可以在既定的高度范圍內(nèi)盡量地增大角度，立柱得上橫梁越短，立柱的傾斜角度越大，從而使套筒在橫梁上的位置向前移動(dòng)，增加了橫梁在前端的承載能力。如下圖所示，圖3.2頂梁受力分析圖（式4.2）式中：x－立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁F1－支架支護(hù)阻力；q－支架最大支護(hù)強(qiáng)度；Lg－頂梁長度；pth1－頂梁和掩護(hù)梁h2α－立柱在最高位置時(shí)的傾角；w取0.3；帶入數(shù)值計(jì)算可得立柱的布置位置在x=0.790米的位置六千斤頂?shù)膮?shù)確定1推移千斤頂推移千斤頂主要在支架推移時(shí)提供作用力來使支架移動(dòng)的裝置。在本次設(shè)計(jì)中選用框架式的推移裝置，首先可以用以下公式計(jì)算千斤頂?shù)母淄仓睆?。（?.3）式中--－推移千斤頂?shù)耐屏Γ琋，在本次設(shè)計(jì)中式對(duì)中厚式煤層的設(shè)計(jì)所以推力選擇150kn，將數(shù)據(jù)代入公式可得推移千斤頂?shù)母淄仓睆綖?20.4mm，查找手冊(cè)，確定標(biāo)準(zhǔn)直徑為121mm，行程為750mm。2平衡千斤頂根據(jù)液壓支架的千斤頂缸與活塞桿的匹配關(guān)系表，選定平衡千斤頂?shù)母讖綖?60mm，推力為640kn，拉力為460kn。但是在工作時(shí)為了保證平衡千斤頂和掩護(hù)梁不會(huì)發(fā)生把碰撞而相互影響，所以需要將平行千斤頂和支架的掩護(hù)梁布置成相互平行的樣子，所以千斤頂?shù)牟贾酶叨葹椋ㄊ?.4）Be—掩護(hù)梁厚度；Db—平衡千斤頂外徑；h1=0.16+0.11+0.08+0.03=0.38米七支架受力該支架整體受力如圖所示，和已知，求、及作用點(diǎn)位置。圖3.3支架受力圖圖3.4頂梁受力圖（式4.5）再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體：對(duì)點(diǎn)取矩，可求得的表達(dá)式，解出（式4.6）圖3.5掩護(hù)梁受力圖由頂梁分離體寫出力系平衡方程，再由此解出頂梁與掩護(hù)梁交點(diǎn)的內(nèi)力（式4.7）（式4.8）取掩護(hù)梁為分離體，寫出力系的x方向和y方向平衡方程解出、。（式4.9）（式5.0）計(jì)算后得（式5.1）X=0.891米4液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1電液自動(dòng)控制一系統(tǒng)的組成電液自動(dòng)控制系統(tǒng)最主要的是中央控制器，他是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，主要是用來協(xié)調(diào)和控制全工作面支架的工作秩序以及狀況的檢測(cè)和記錄，或是向地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)和支架的工作狀況。支架控制器是下一級(jí)的微機(jī)，他通過分線盒和傳感器以及電磁操縱閥相連，操作人員通過分機(jī)控制器發(fā)出控制命令。壓力傳感器的作用是將有關(guān)部位的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過對(duì)電信號(hào)的測(cè)量確定壓力的大小。位移傳感器是將頂梁等相關(guān)的部件的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，分為直線位移傳感器和角位移傳感器，一個(gè)用于支架的推移等，另一個(gè)用于對(duì)前梁的狀態(tài)的測(cè)量。二系統(tǒng)的工作原理對(duì)于單個(gè)支架，支架和中央控制器在控制器發(fā)出命令時(shí)，打開相應(yīng)的電磁閥，連接到液壓缸的液體供應(yīng)，從而使液壓缸工作，將哪些工作條件提供給控制器然后，控制器通過壓力傳感器和位移傳感器確定電動(dòng)液壓閥是否根據(jù)傳感器提供的信號(hào)進(jìn)行操作。在系統(tǒng)方面，每個(gè)機(jī)架控制器和中央控制器的所有站點(diǎn)都通過該網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)集體，每個(gè)機(jī)架控制器和中央控制器都由一個(gè)較大的整體組成，其中被選作控制臺(tái)的每個(gè)控制器都可以發(fā)出命令固定在任何一個(gè)支架上，并且支架可以在正常工作狀態(tài)下控制，也可以不反饋給中央控制器。圖4.1電液自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理圖4.2閥的選擇一控制閥控制閥是液壓支架的關(guān)鍵元件之一，由液控3單向閥和安全閥組成，一般的液控單向閥是用來閉鎖立柱或者千斤頂工作腔中的液體，對(duì)液控單向閥的基本要求為；（1）首先密封性要好，特別是立柱下腔油路上的液控單向閥，必須進(jìn)行長時(shí)間內(nèi)的絕對(duì)密封。（2）動(dòng)作要靈敏，要對(duì)給出的指令進(jìn)行靈活的反應(yīng)。（3）工作時(shí)間要足夠長。在本次設(shè)計(jì)中選擇KDF2型號(hào)的球面密封液控單向閥，在支架的工作過程中，當(dāng)支架上升時(shí)從操縱閥來的高壓液體進(jìn)入閥內(nèi)作用于閥內(nèi)鋼球的左側(cè)，使其產(chǎn)生向右地力，液體通過由壓力在鋼球周圍產(chǎn)生的環(huán)狀縫隙流入立柱活塞腔，當(dāng)停止供液時(shí)，鋼球在彈簧的作用下返回原位，阻斷了活塞腔內(nèi)的液體逆流，時(shí)支架支撐時(shí)更加穩(wěn)定，不易出現(xiàn)安全事故。安全閥在液壓支架中的作用是防止立柱或支架過載，保證支架安全的工作。他是支架具有恒阻特性和可縮性的關(guān)鍵元件。對(duì)安全閥的基本要求為：（1）關(guān)閉時(shí)必須完全密封。（2）動(dòng)作靈敏，準(zhǔn)確可靠。（3）能夠穩(wěn)定溢流。（4）使用壽命長。在本次設(shè)計(jì)中選用了YF4型的安全閥，在結(jié)構(gòu)上閥芯與閥體之間采用o型密封圈，工作時(shí)當(dāng)進(jìn)口液體的壓力小于彈簧的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)口壓力大于彈簧的調(diào)定壓力時(shí)安全閥開啟，開啟溢流。二操縱閥在液壓支架中，為了實(shí)現(xiàn)支架的各種各樣的動(dòng)作，裝設(shè)了很多的液壓缸，這些液壓缸都是由操縱閥來操縱，屬于方向操縱閥，在國產(chǎn)的操縱閥中有ZC型，BCF4型，CZF型，EZCF型，但在國內(nèi)支架上的使用時(shí)，大多都使用了ZC型的操縱閥。ZC型操縱閥是一個(gè)組合式片閥，它是由首片閥和尾片閥和許多的中片閥疊加而成的，其中首片閥和尾片閥在整個(gè)閥的最外的兩側(cè)。首片閥上有進(jìn)，回液管接頭與系統(tǒng)的主進(jìn)，回液管相連。每一個(gè)中片閥上都有兩個(gè)接頭同一旁的液壓缸的兩個(gè)工作腔相連，一個(gè)中片閥控制一個(gè)液壓缸動(dòng)作，在同一個(gè)內(nèi)對(duì)稱的位置裝有兩個(gè)進(jìn)液閥和兩個(gè)回液閥，并且同一軸線上的進(jìn)，回液閥構(gòu)成了一個(gè)二位三通閥，控制液壓缸同一腔體的液體的進(jìn)出。4.3乳化液泵站的選擇液壓支護(hù)設(shè)備在工作時(shí)需要大量的壓力液體，而這些液體的建立和輸送全靠乳化液泵站來完成，所以說泵站是液壓支護(hù)設(shè)備的動(dòng)力源。泵站一般由兩臺(tái)乳化液泵和一臺(tái)乳化液箱以及比較完善的控制裝置完成，目前國內(nèi)較為普遍的是XRB2B型和XRXTA型，在本次設(shè)計(jì)中選擇XRXTA型。相比于前者后者具有磁性過濾室，在礦下工作環(huán)境復(fù)雜，土壤中含有磁性的灰塵和雜質(zhì)，如果不進(jìn)行磁性過濾，那對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)將是災(zāi)難性的，而且后者的質(zhì)量相比于前者更加輕便，減輕了支架的整體重量所以選擇后者。泵站由乳液罐和卸料裝置組成。儲(chǔ)罐由鋼板焊接而成，分為三個(gè)腔室，一個(gè)沉淀腔室，一個(gè)電磁過濾腔室和一個(gè)工作室。從工作面或卸荷閥返回的液體首先進(jìn)入沉淀室，沉淀后進(jìn)入電磁過濾室，通過電磁過濾器除去液體中的磁性物質(zhì)，然后通過過濾網(wǎng)槽除去沉淀物。非磁性懸浮物，然后進(jìn)入工作室進(jìn)行抽水，同時(shí)在每個(gè)腔室底部還設(shè)有一個(gè)放液塞和清渣蓋，用于清理沉淀室的沉淀物。卸載裝置由卸載閥和吸液過濾器組成，由于工作面的液壓支護(hù)設(shè)備的狀態(tài)不是一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，所以對(duì)泵站就要求要能持續(xù)不斷的進(jìn)行供液，同時(shí)當(dāng)設(shè)備不需要壓力液體時(shí)，泵又處于空載狀態(tài)下運(yùn)行，所以就設(shè)置了卸載閥，當(dāng)壓力液體進(jìn)入卸載閥時(shí)，一路推進(jìn)單向閥從接頭流出，經(jīng)過主回路到各個(gè)用液處，當(dāng)液體壓力低于彈簧的調(diào)定壓力時(shí)先導(dǎo)閥關(guān)閉，閥前液體不流動(dòng)，節(jié)流孔兩端壓力相等，作用于主閥向下的液壓力和彈簧的合力大于主閥向上的液壓力主閥關(guān)閉，卸載閥不卸載，當(dāng)支架用液量減少或者不用時(shí)，泵排出的乳化液因液體的增多而壓力增大，當(dāng)增至卸載閥的開啟壓力時(shí)，先導(dǎo)閥開啟，乳化液經(jīng)過先導(dǎo)閥回液孔流回乳化液箱。在泵的吸液管和乳化液箱的連接之處，設(shè)置一個(gè)吸液過濾器，一個(gè)是為了對(duì)進(jìn)入