畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）經(jīng)濟(jì)型掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)

1、摘 要 采煤綜合機(jī)械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工 業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕笨重 的體力勞動(dòng)，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機(jī)械化采煤 方法中最重要的設(shè)備之一。 液壓支架主要由以下幾個(gè)基本部分組成：頂梁，掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)，側(cè)護(hù)板，底 座，立柱，千斤頂。設(shè)計(jì)要遵從支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等原則。 在掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)過程中，整體伸縮式頂梁和立柱的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。本論文介 紹了液壓支架的結(jié)構(gòu)，類型，工作原理，特點(diǎn)，目的及要求，對支撐掩護(hù)式液壓支架作 了詳盡的分析和介紹，講述了這種支

2、架的方案和用途。 關(guān)鍵詞：液壓支架； 支護(hù)； 四連桿機(jī)構(gòu)； 目 錄 第一章第一章 緒緒 論論.5 5 1.1 液壓支架的工作原理 .5 1.2 液壓支架的工作過程 .5 1.3 支架組成 .7 1.4 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用 .7 1.4.1 頂梁.7 1.4.2 掩護(hù)梁.7 1.4.3 底座.8 1.4.4 前后連桿.9 1.4.5 推移機(jī)構(gòu).10 1.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件 .11 1.6 支架的設(shè)計(jì)特點(diǎn) .11 第二章第二章 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).1111 2.1 主要原始設(shè)計(jì)參數(shù) .12 2.2 液壓支架的選型 .12 2.2.1 不同結(jié)構(gòu)類型的液壓支架比較.13

3、 2.2.2液壓支架的架形選擇原則.14 2.2.3影響架形選擇的因素.14 2.3 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) .14 2.3.1 支架的高度和伸縮比.15 2.3.2 支架間距.15 2.3.3 底座長度.15 2.4 四連桿機(jī)構(gòu)的作用和四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .15 2.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用.15 2.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)定位尺寸和極限參數(shù)的確定.16 2.4.3 四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計(jì)法.18 2.5 液壓支架的總體布置 .30 2.5.1 設(shè)計(jì)要求 .30 2.5.2 支架整體機(jī)構(gòu)尺寸的確定.31 第三章第三章 支架的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算支架的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算.3636 4.1 支架的工作狀態(tài)

4、 .36 4.1.1 頂板狀態(tài) .36 4.1.2 支架工作狀態(tài) .36 4.1.3 支架受力 .36 4.2 支架載荷的確定 .36 43 支架的受力分析 .37 4.3.1 鉸接式頂梁掩護(hù)支架受力分析.37 4.3.2各主要參數(shù)的影響.38 4.3.3主要部件的強(qiáng)度校核.40 4.4 頂梁載荷分布 .43 4.5 支護(hù)強(qiáng)度和底座接觸比壓 .44 4.5.1 支護(hù)強(qiáng)度 .44 4.5.2 底座接觸比壓 .44 4.5.3 支護(hù)效率.45 46 立柱強(qiáng)度驗(yàn)算 .45 4.6.1 油缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算 .45 4.6.2 活柱強(qiáng)度驗(yàn)算 .46 4.6.3 缸體強(qiáng)度校核.47 4.6.4 機(jī)械加長桿強(qiáng)

5、度校核. 47 參參 考考 書書 目目.4949 前 言 著名詩人陸游說過“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行！”作為當(dāng)代的大學(xué)生，特 別是象我們這樣實(shí)踐性很強(qiáng)的工科專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的本科生，我想大 家都深深理解這句話的含義。我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義也在如此。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們大學(xué)四年所學(xué)知識的系統(tǒng)總結(jié)和綜合運(yùn)用，同時(shí)也是對我們分析 問題和決絕問題的能力的檢驗(yàn)。它是我們大學(xué)生活的最后一環(huán)，也是我們大學(xué)學(xué)習(xí)最為 重要的一環(huán)。因此，認(rèn)真的作好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，無論是對于我們步入社會(huì)，投身于生產(chǎn) 一線；還是以后繼續(xù)深造都有著非常重要的意義。 畢業(yè)設(shè)計(jì)，是我們大學(xué)?？粕畹耐昝澜Y(jié)束，也是我們美好新生活的開

6、始！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的： 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們能夠達(dá)到以下目的： 1， 培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用和鞏固擴(kuò)展所學(xué)知識，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力； 2， 培養(yǎng)我們收集、閱讀、分析和運(yùn)用各種資料，手冊等科技文獻(xiàn)的能力； 3， 使我們更加熟練的運(yùn)用 autocad、word 等計(jì)算機(jī)辦公軟件，提高計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 的能力； 4， 訓(xùn)練和提高機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論和技能； 5， 培養(yǎng)獨(dú)立思考，獨(dú)立工作的能力； 6， 培養(yǎng)我們的團(tuán)隊(duì)合作意識。 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是關(guān)于經(jīng)濟(jì)型掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)。液壓支架是綜合機(jī)械化采煤的 關(guān)鍵設(shè)備，對于提高采煤效率，降低成本，改善作業(yè)環(huán)境，減少笨重的體力勞動(dòng)具有舉 足輕重的作用。其中，掩護(hù)式液

7、壓支架是日本在引進(jìn)英國垛式支架和蘇聯(lián)掩護(hù)式支架的 基礎(chǔ)上，結(jié)合我國特點(diǎn)于 1968 年首先研制成功的。它保留了垛式支架支撐力大，切頂性 能好，工作空間寬敞的優(yōu)點(diǎn)，采用單排立柱支撐頂梁（或頂梁于掩護(hù)梁）的結(jié)構(gòu)；具有 防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的長處，采用堅(jiān)固的掩護(hù)梁以及側(cè)護(hù)板將支架于老塘完全隔開， 并用雙紐線連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)掩護(hù)梁和支架底座。因此，加深掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)和研究 具有深遠(yuǎn)的意義。 整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，我們所忙碌的成果即將接受檢驗(yàn)。我相信，有耕耘，定 有收獲；有付出，定會(huì)有回報(bào)。 最后，感謝各位評閱老師在百忙之中評閱本文。由于時(shí)間倉促，本人水平有限，難 免有錯(cuò)誤和不足之處，敬請各位老師指

8、正與賜教。 緒 論 液壓支架作為煤礦長壁綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，近年來得了迅速地發(fā)展，它與綜采 系統(tǒng)中的“三機(jī)” （ 刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)）配合使用，是煤礦開采技術(shù)現(xiàn) 代化的重要標(biāo)志。液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，近 10 年來主要的發(fā)展趨勢是向 兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù) 向高工作阻力、大中心距(175m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強(qiáng)度鋼材， 支架的壽命和可靠性大大提高。 在綜合機(jī)械化采煤過程中，液壓支架擔(dān)當(dāng)著極其重要的角色，其主要功能不僅用于 支撐管理頂板，隔離采空區(qū)，維護(hù)采煤作業(yè)空間，并能自行前移，推進(jìn)采煤工作面輸

9、送 機(jī)和采煤機(jī)。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關(guān)鍵因素之一。另外， 合理的選用采煤設(shè)備并結(jié)合先進(jìn)的采煤工藝，可解決采煤工作面的采煤支護(hù)運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn) 環(huán)節(jié)之間的矛盾，可有效地提高工效增加成本減少損耗保護(hù)生產(chǎn)人員和設(shè)備的安全，以 及減輕笨重的體力勞動(dòng)，可為煤礦獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。 1.1 液壓支架的工作原理 液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液（這里采用水包油型乳化液）作為動(dòng)力， 由液壓操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，液壓油缸和金屬構(gòu)件組成。來自泵站的高壓乳化液，經(jīng)主 進(jìn)液管送到工作面，并與每架支架的進(jìn)液截止閥相連導(dǎo)入支架，再經(jīng)過組合操縱閥配液 到各液壓缸，以完成支架所需的各項(xiàng)動(dòng)作。從支架回流的低

10、壓乳化液通過組合操縱閥與 回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環(huán)使用。 支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。頂板壓力 作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度及 撐在支架頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當(dāng)頂板壓力超過立柱安全閥限定壓力時(shí)， 安全閥開啟釋放出立柱中的液體進(jìn)行讓壓，當(dāng)頂板壓力下降到立柱工作阻力時(shí)，安全閥 關(guān)閉進(jìn)行保壓承載。 1.2 液壓支架的工作過程 液壓支架對頂?shù)淖饔眠^程主要取決于流體靜力學(xué)原理工作的立柱工作過程?，F(xiàn)以圖 1-1 所示的典型立柱控制系統(tǒng)來說明支架的工作過程。 支架操作的基本功作過程為：急增阻階段

11、，緩增阻階段，恒阻階段，無作用階段四 個(gè)階段。 圖立柱控制系統(tǒng) 立柱；安全閥；液控單向閥；操縱閥； p高壓管路；o回液管 （1）泵壓撐頂，支架對頂板急增阻階段 操縱閥手把置于 a 位，從泵站來的壓力液經(jīng)高壓管路 p，打開液控單向閥 3 進(jìn)入立柱 下腔，立柱上腔與回液管 o 連通，因而活柱伸出使支架升起接頂，對頂板產(chǎn)生支撐力。 支架接頂后，泵壓使下腔內(nèi)的液體壓強(qiáng)迅速上升，支架對頂板支撐力急劇增加。這就是 支架對頂板的急增阻階段。 （2）閉鎖承載，支架對頂板緩增阻階段 操縱閥手把放回零位后，立柱下腔內(nèi)的壓力液被液控單向閥閉鎖，不能流出，從而 使支架保持對頂板的支撐狀態(tài)。隨著頂板逐漸下沉，立柱下腔內(nèi)

12、的液體受到進(jìn)一步壓縮， 壓強(qiáng)逐漸增高，使直接對頂板產(chǎn)生更大的支撐力，力圖阻止或延緩頂板下沉，一般情況 下，頂板下沉比較緩慢，支架對頂板的支撐力增長也就相應(yīng)緩慢，所以這個(gè)階段被稱為 支架對頂板緩增阻階段。 （3）溢流承載，支架對頂恒阻階段 頂板繼續(xù)下沉，立柱下腔內(nèi)的壓強(qiáng)繼續(xù)升高，當(dāng)達(dá)到立柱安全閥的調(diào)定值時(shí)，安全 閥便開啟溢流，使立柱下腔內(nèi)的壓強(qiáng)保持定植，從而支架對頂板的支撐力不變，即支架 處于對頂板恒阻階段。 （4）解鎖降柱，支架與頂板無作用階段 采煤機(jī)截煤后，欲將支架移到新的位置，首先把操縱閥手把置于 b 讓從泵站來的壓 力液進(jìn)入立柱上腔，同時(shí)作用于液控單向閥的頂桿活塞，迫使液控單向閥開啟，解

13、除對 立柱下腔液體的閉鎖，允許其回到回液管。這時(shí)，活柱縮回，支架降落離開頂板，支架 對頂板無壓力。在這一階段如要保證頂梁平行下降需協(xié)調(diào)操縱平衡千斤頂操縱閥。 需要說明，目前為了防止破碎頂板漏頂，掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架可以采用擦頂帶 移架方式，即支架頂梁實(shí)際并不脫離頂板，在移架過程中仍保持約每柱五噸左右的支撐 力。因而，對于擦頂帶壓移架方式，此階段應(yīng)是解鎖卸載，支架對頂板仍有輕微作用力。 1.3 支架組成 液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。 （1）金屬結(jié)構(gòu)件主要有頂梁、掩護(hù)梁、前梁、前連桿、后連桿、底座、側(cè)護(hù)板、護(hù) 幫板等。 （2）油缸主要有立柱、推移千斤頂、平衡千斤頂、

14、側(cè)護(hù)千斤頂、前梁千斤頂?shù)取?（3）液壓控制元件主要有液壓控制閥、操縱閥、雙向鎖、安全閥、截止閥等及液壓 輔助元件等。 1.4 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用 1.4.1 頂梁 頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負(fù)荷，是支架的主要承載部件之一， 由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，以滿足強(qiáng)度和剛度要求。結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示： 圖12頂梁 其主要作用是： （l）承接頂板巖石及煤的載荷； （2）反復(fù)支撐頂煤，可對比較堅(jiān)硬的頂煤起破碎作用； （3）隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。 本支架采用分段組合式頂梁結(jié)構(gòu)（剛性頂梁鉸接式前梁） ，強(qiáng)度高，對頂板維護(hù)較 好；另外，在頂梁前部還布置有起吊耳，可方便

15、吊掛較小的機(jī)件。 1.4.2 掩護(hù)梁 1 3 2 4 5 1煤塵控制裝置； 2側(cè)護(hù)板；3前連桿耳座； 4后連桿耳座； 5側(cè)推千斤頂； 圖13掩護(hù)梁 掩護(hù)梁分別與頂梁和前、后連桿連接，其主要作用有： (1) 承受上部頂板傳給的水平分力和側(cè)向力，增強(qiáng)支架的抗扭性能； (2) 掩護(hù)梁與前后連桿、底座形成四連桿機(jī)構(gòu)，保證支架的穩(wěn)定性； (3) 阻擋后部落煤，維護(hù)工作空間。 1.4.3 底座 底座是將頂板承受的壓力通過立柱傳遞到底板并穩(wěn)定支架的主要結(jié)構(gòu)件。該支架設(shè) 計(jì)為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓。該型底座的缺點(diǎn)是在 推移機(jī)構(gòu)外易積存浮煤碎矸，要求及時(shí)清理。 底座結(jié)構(gòu)如圖 1-3

16、 所示 1推移千斤頂耳座； 2立柱銷孔；3前連桿銷孔； 4后連桿銷孔； 5側(cè)板； 圖14底座 其主要作用是： (1) 將上方載荷傳遞給底板，為立柱、推移裝置及其他輔助裝置提供安裝空間； (2) 給工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境； (3) 保證支架的穩(wěn)定性。 1.4.4 前后連桿 前、后連桿分別與掩護(hù)梁和底座鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件， 鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜等，以免降低強(qiáng)度，嫌少使用壽命。鑄后要進(jìn)行淬火和 高溫回火，以降低硬度，增加強(qiáng)度和韌性。對于后連桿，由于不僅受到冒落矸石的載荷， 還要承受頂板的水平推力，所以要求它有較大的強(qiáng)度，這里采用整體式。前后連桿的結(jié) 構(gòu)如圖 15，

17、圖 16。 圖15前連桿 8、9 a a 10 8、9 6、7 53 4 2 1 1連桿 2側(cè)護(hù)板 3彈簧導(dǎo)向裝置 4千斤頂螺釘 5壓縮彈簧 6、8銷 7、9彈簧銷 10千斤頂 圖16后連桿 其主要作用是： （l） 使支架在調(diào)高范圍內(nèi)，頂板平穩(wěn)地升降，并使頂梁前端與煤壁的距離(梁端距) 變化盡可能小，更好地支護(hù)頂板。 （2） 承受頂板的水平分力和側(cè)向力，使立柱不受側(cè)向力。 本支架采用正四連桿機(jī)構(gòu)，為使冒落矸石不從連桿處涌入支架內(nèi)，后連桿為整體式， 前連桿為分體式。均為鋼板焊接的箱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的抗拉、抗壓和抗扭性能。 1.4.5 推移機(jī)構(gòu) 圖17推移框架 支架的推移機(jī)構(gòu)包括推桿、連接頭

18、、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸送機(jī) 和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機(jī)相連，另一端通過推移千斤頂與底座 相連，推移連桿除承受推拉力外，還承受一定的側(cè)向力防止底座的下滑 1.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件 支架液壓系統(tǒng)由乳化液泵站、主進(jìn)、主回液膠管、各種液壓元件、立柱及各種千斤頂 等組成。支架操縱方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。 由乳化液泵站輸出的高壓乳化液經(jīng)主進(jìn)液管 支架進(jìn)液截止閥過濾器 操縱閥立柱或各千斤頂架液截止閥 主回液膠管乳化液泵站。 1.6 支架的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 結(jié)合首采工作面及礦區(qū)此類地質(zhì)構(gòu)造條件下，使用 zy2400/17/30 二柱掩護(hù)式支架的 成功

19、經(jīng)驗(yàn)，本架型應(yīng)有如下特點(diǎn)： （1）支架型式為：帶機(jī)械加長的兩柱掩護(hù)式薄煤層液壓支架； （2）對支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，梁端距變化應(yīng)??；頂梁前部較薄強(qiáng)度、剛度應(yīng)充分 保證； （3）支架的四連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要從考慮梁端距變化量控制著手，并能與其它構(gòu)件形成 剛性好、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的整體結(jié)構(gòu)； （4）整體頂梁和掩護(hù)梁帶單側(cè)活動(dòng)長側(cè)護(hù)板，能實(shí)現(xiàn)對護(hù)頂?shù)膰?yán)密調(diào)整； （5）封底底座，減小底座比壓、增大底座剛度、強(qiáng)度； （7）采用雙紐線連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)掩護(hù)梁和支架底座，以增加支撐力，增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。 第二章 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 主要原始設(shè)計(jì)參數(shù) 架型 ：zy2000/14/26 經(jīng)濟(jì)型液壓支架 頂板條件：老

20、頂級，直接頂 i 類 工作阻力：2000kn 支架高度：1.42.6m 推溜力：100kn 拉架力：150kn 泵站壓力：32mpa 適應(yīng)煤層傾角：15 度 2.2 液壓支架的選型 2.2.1 不同結(jié)構(gòu)類型的液壓支架比較 根據(jù)以往液壓支架設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，考慮到不同架型和機(jī)構(gòu)的支架圍巖力學(xué)相互 作用、支撐力矩、底板比壓等特點(diǎn)，可以對掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。 （1）液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表 2-12） 表 21 不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較 支架型式結(jié)構(gòu)特征主要力學(xué)特性 支掩式 二支柱掩護(hù)式支架承載力較小，底板比壓均勻，主動(dòng)水平力較大 掩護(hù)式 支頂 式 二柱支頂掩護(hù)式 支架承載力大，

21、穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對頂板 的主動(dòng)水平力較大，前端支撐力大 支頂支 掩 四柱（或三柱）穩(wěn)定性好，抗水平力強(qiáng)，比壓均勻，但支柱能力利用率低 支撐掩護(hù)式 支 頂 式 四柱 x 型頂梁合力調(diào)節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高 （2）支架選型要素及簡要評價(jià)。 液壓支架結(jié)構(gòu)選型必須考慮的要素及對各類型支架的評價(jià)（見表 22） 表 22 支架類型評價(jià)（見下頁） 支架類型支撐式 要素插底掩護(hù) 式 一般掩護(hù) 式 支撐掩 護(hù)式垛式節(jié)式 直接頂冒落傾向優(yōu)良良差差 基本頂周期來壓差良優(yōu)優(yōu)良 底板壓入傾向良差優(yōu)優(yōu)優(yōu) 防煤壁片幫優(yōu)良優(yōu)差差 通風(fēng)斷面差良良差差 頂梁前端支撐力優(yōu)良良差差 頂梁后段切頂性差良優(yōu)優(yōu)優(yōu) 對頂板

22、遮蓋率優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差 隔絕采空區(qū)能力優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差 橫向穩(wěn)定性良優(yōu)優(yōu)差差 對采高適應(yīng)性良優(yōu)優(yōu)差差 支撐效率差良優(yōu)優(yōu)優(yōu) 支護(hù)強(qiáng)度良良優(yōu)優(yōu)優(yōu) 支架圍巖適應(yīng)性 對傾角適應(yīng)性良優(yōu)良良差 2.2.2液壓支架的架形選擇原則 在選擇液壓支架時(shí)既要保證對工作面頂板實(shí)現(xiàn)可靠的支撐，又要避免過大的設(shè)備投 資，導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。因此，液壓支架的正確選型對于工作面經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系重大。 液壓支架架形的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)性能是否適用礦井的頂?shù)装鍡l件 和其它地質(zhì)條件。在同時(shí)允許選用幾種架形時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架，支承式支 架最便宜，其次為掩護(hù)式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩護(hù)式支架適合于中等穩(wěn)定和 一般破碎的頂板。

23、支承掩護(hù)式支架適合于周期來壓強(qiáng)烈，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定頂板。 在綜采工作面支架選型時(shí)，還應(yīng)注意下述四點(diǎn)原則： (1) 對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護(hù)式支架。但在底板極松軟條 件下，必須嚴(yán)格驗(yàn)算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強(qiáng)度。 在此條件下，通常應(yīng)避免使用重型支架。 (2) 對于非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強(qiáng)烈和十分強(qiáng)烈的頂板，應(yīng)優(yōu)先 考慮選取四柱支撐掩護(hù)式支架。 (3) 眾所周知，三點(diǎn)決定一個(gè)平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對 頂板的實(shí)際支撐力很低，因而二柱式掩護(hù)支架支撐能力利用率高于四柱式。即二柱式支 架對頂板的實(shí)際支撐力高于同樣名義額定

24、阻力的四柱式支架，特別是對機(jī)道上方頂板的 支護(hù)強(qiáng)度。 （4）在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應(yīng)注意對機(jī)道上方的頂板控制，包括增加 前任阻力及可伸縮前梁等。 2.2.3影響架形選擇的因素 液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件的限制，因此，以上因素 都會(huì)影響到支架的選型。 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級別，由表 3-1-5 見綜采技術(shù)手冊 （上冊）中直接選出架型。 （1）煤層厚度 當(dāng)煤層厚度超過 2.5m，頂板有側(cè)向推力和水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架， 一般不用支承式支架,而采用掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式液壓支架。 當(dāng)煤層厚度達(dá)到 2.5m2.8m 以

25、上時(shí)，需選擇帶有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支承掩護(hù) 式支架。 煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式，帶有機(jī)械加長桿或雙伸縮立 柱的支架。 假頂分層開采，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。 （2）煤層傾角 煤層傾角18時(shí)，應(yīng)選用同時(shí)帶防滑防倒裝置的支架。 （3）底板強(qiáng)度 驗(yàn)算比壓，應(yīng)使支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓。 為使移架容易，設(shè)計(jì)時(shí)要使支架底座前部比后部的比壓小。 (4) 瓦斯含量 對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并選用通風(fēng)端面較大的支承式 或支承掩護(hù)式支架。 (5) 煤層硬度 當(dāng)煤層為軟煤層時(shí)，支架最大采高一般2.5m；中硬煤層時(shí)，支架最大采高一般 3.5m；硬煤層時(shí)，支架最大采高

26、1.6,故應(yīng)選雙伸縮立柱 或帶機(jī)械加長桿的單伸縮立柱?？紤]到伸縮比不太大，以及設(shè)備成本擬選擇機(jī)械加長桿 的單伸縮立柱。 2.3.2 支架間距 支架間距 b 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(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來 確定，我國刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度為 15m，千斤頂連接塊的位置在溜槽中長的中間， 所以除節(jié)式相邁步式支架外，支架架間距一般為 15m。 2.3.3 底座長度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長度時(shí)，應(yīng) 考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立

27、柱液 壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn)定性等。 通常，掩護(hù)式支架的底座長度是 35 倍的移架步距(一個(gè)移架步距為 o6m)，即 21m 左右。故初選底座長度為 2.1m。 2.4 四連桿機(jī)構(gòu)的作用和四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 具有四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架從問世以來，經(jīng)過長期的實(shí)踐考驗(yàn)，顯示出巨大優(yōu)越性， 并從根本上克服了支撐式支架穩(wěn)定性和力學(xué)持性的缺陷，成為液壓支架技術(shù)發(fā)展史上的 一個(gè)重要里程碑。 四連桿機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代液壓支架的主要穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，其主要作用是保證支架的縱向和橫向穩(wěn) 定性；承受和傳遞外載；保持支架的整體剛度。因此，對液壓支架的研究常常離不

28、開對 四連桿機(jī)構(gòu)的研究和認(rèn)識。下面通過對液壓支架的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)一步分析四連桿機(jī)構(gòu)的特 性和作用。支架升降時(shí)頂梁的運(yùn)動(dòng)軌跡是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，即由頂梁與掩護(hù)梁交點(diǎn) e 的軌跡所決定。根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，e 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡一般為一條雙紐線，如圖 21 所示。合理設(shè)計(jì)四連桿參數(shù)，即可控制 e 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，改善支架支 護(hù)性能，減少連桿受力。 圖21支架四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡 支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，e 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈 3 種形式：雙向擺動(dòng) (abcd 段)、單向向后擺動(dòng)(bc 段)和單向向前擺動(dòng)(ab 段和 cd 段)。選擇不同的四連桿 參數(shù)可以使 e 點(diǎn)軌跡處于上述 3 種曲線段。支架工

29、作時(shí)，受到頂板載荷的作用，有下 縮趨勢。當(dāng) e 點(diǎn)軌跡處于 ab 段時(shí)，頂梁相對于頂板有向煤壁移動(dòng)的趨勢，頂板對頂粱 的摩擦力指向采空區(qū)側(cè)。當(dāng) e 點(diǎn)軌跡處于 bc 段時(shí)，頂梁相對于頂板有向采空區(qū)移動(dòng)的趨 勢，此時(shí)頂板對頂梁的摩擦力指向煤壁。當(dāng)頂板運(yùn)動(dòng)趨勢超過支架運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)，頂梁與 頂板間的摩擦力方向?qū)⑷Q于頂板的運(yùn)動(dòng)趨勢。 從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動(dòng)比頂梁向采空區(qū)方向移動(dòng)有利。前者對 于保持粱端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導(dǎo)致頂板產(chǎn)生離層或斷裂，造成頂板斷 裂線前移或梁端冒頂。因此，合理設(shè)計(jì)四連桿參數(shù)使支架工作段內(nèi)，e 點(diǎn)軌跡處于 ab 段比較理想，但對于調(diào)高范圍大的支架，要

30、達(dá)到要求是困難的。然而，由于四連桿銷孔 間隙的作用，使 e 點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與上述理論軌跡不完全相同。為了保持支架梁端距的 穩(wěn)定，一般應(yīng)控制梁端擺動(dòng)幅度 3070mm。液壓支架的縱向穩(wěn)定性完全是由四連 xe 桿機(jī)構(gòu)決定的，而不取決于立柱的多少。 液壓支架實(shí)際受力狀態(tài)十分復(fù)雜，經(jīng)常受到非對稱載荷和橫向載荷的作用，保持支 架橫向穩(wěn)定性和整體剛性十分重要。如圖示支架立柱為二力構(gòu)件，不具有承受較大橫向 載荷的能力。支架的橫向載荷只能靠四連桿機(jī)構(gòu)承受。 2.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)定位尺寸和極限參數(shù)的確定在設(shè)計(jì)四 連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特性來確定。其四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特性如下： (1) 支架從最高高度

31、降到最低高度時(shí)，如下圖所示頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 e 應(yīng) 小于或等于 70mm,最好為 30mm 以下。 圖22四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖 (2) 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)到頂梁頂面之距離 h 和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距 y 如圖 0 22 所示，當(dāng)支架高度確定后，要用作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)，首先要根據(jù)配套尺寸 l (此處 l 3130mm)。初步確定頂梁長度 l 和底座長 l 然后確定頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn) aafe 相對于后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離，該鉸點(diǎn)至頂梁頂面距 h 和后連桿下鉸點(diǎn)的高度 y 。 0 h 一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，在根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定， 2 一般支架距 h 150200

32、mm，重型支架可取 h 210260mm。對于經(jīng)濟(jì)型液壓支架此 22 處取 h 2 =100mm. y 一般根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取 y 150250mm ，對中厚煤層支架 00 取 y 250450mm；對大采高支架取 y 450600mm。對于經(jīng)濟(jì)型液壓支架此處取 00 y0 =100mm. (3) 支架最大和最小高度時(shí)掩護(hù)梁與水平夾角 a和 a maxmin 掩護(hù)梁是掩護(hù)采面工作空間密封隔離采空區(qū)的重要梁體，它不直接支撐頂板，而是 作為重要的傳力構(gòu)件，把頂梁載荷傳遞到四連桿機(jī)構(gòu)，這對保持支架圍巖力學(xué)狀態(tài)的 穩(wěn)定有著顯著的作用。其主要表現(xiàn)是：掩護(hù)梁載荷參與頂梁的力矩平衡，提高了梁

33、端 承載能力；支架受到一個(gè)指向煤壁的水平推力，當(dāng)支架處于支護(hù)工況時(shí)，有阻止頂板 巖體向采空區(qū)移動(dòng)的作用，而當(dāng)處于移架工況時(shí)，有利于克服架體各方面的摩擦力，增 強(qiáng)架體運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。掩護(hù)梁水平投影過大，將增大掩護(hù)梁載荷，并承受頂板巖塊的沖 擊載荷，而掩護(hù)梁載荷過大將減小頂板支護(hù)強(qiáng)度，造成移架困難。一般掩護(hù)式支架取 a 52 62 ；支撐掩護(hù)式支架取 a 60 70 。 max max 在支架最小支護(hù)高度時(shí)，為有利于矸石能沿梁體下滑，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，即滿足 tan aw，其中 w 為巖石與鋼的靜摩擦因數(shù)，一般 min 為 0.150.3。一般為偏于安全取 w=0.3

34、。 (4) 掩護(hù)梁與后連桿長度比的確定 在用作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，桿長比主要根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定，一般應(yīng)保證 a 5 ，使后連桿在第一象限內(nèi)擺動(dòng)。根據(jù)近百種支架的統(tǒng)計(jì)，掩護(hù)梁與后連桿的長度 0 比（l l ）/l ，對兩柱掩護(hù)式支架一般為 0.91.2，對四柱支撐掩護(hù)式支架一般為 bcd 1.21.8。 掩護(hù)梁與前后連桿鉸點(diǎn)間的距離可根據(jù)支架高度及連桿銷子直徑確定，一般取 300500mm，前后連桿間夾角越大，連桿力越小。 5支架工作段要取曲線向前突的一端，如上圖所示的 h 段。其原因是當(dāng)頂板來壓時(shí)， 1 立柱讓壓而下縮。使頂梁有前移的趨勢防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩 擦力指向采空

35、區(qū)，同時(shí)底板阻止底座向后移動(dòng)。使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢， 從而增加了前梁斷部的支護(hù)力，防止頂梁前斷頂部冒落又可以使底座前端比壓減小，可 防止啃底，有利移架，水平力的合力也相應(yīng)的減小，由于支架所承受的水平力由掩護(hù)梁 來克服，所以減輕了掩護(hù)梁受力。 從以上的分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連機(jī)構(gòu)時(shí)曲線運(yùn)動(dòng)軌 跡應(yīng)盡量使支架的工作段要取曲線向前突的一段，所以當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿長度已知后， 從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，進(jìn)行作圖就可 以了。 2.4.3 四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計(jì)法 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

36、tg有較小值。 同時(shí)，為有效支控頂板，要求支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)與煤壁距離的變化要 小。而支架在某一同高度時(shí)的角，恰好是頂梁前端點(diǎn)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(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡近似成直線 為目標(biāo)函數(shù)，這兩項(xiàng)要求都能滿足。 四桿機(jī)構(gòu)的幾何特征如下圖 2-3 所示 2 圖 2-3 四桿機(jī)構(gòu)的幾何特征圖 （1）支架在最高位置時(shí)：p1=52-62,即 0.91-1.08 弧度;q1=75-85, 即： 1.31-1.48 弧度。 (2) 后連桿與掩護(hù)梁的比值,掩護(hù)式支架為 i=0.45-0.61;支撐掩護(hù)式支架為 i=0.61- 0.82。 (3)

37、前,后連桿上鉸點(diǎn)之距與掩護(hù)梁的比值為 i1=0.22-0.3。 （4）e點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙曲線，支架由高到低雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 e70mm 最好在 30mm 以下。 （5）支架在最高位置時(shí)的 tg值應(yīng)小于 0.35,在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對掩護(hù)式支架最好應(yīng)小 于 0.16，對于支撐掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于 0.2。 四桿機(jī)構(gòu)各部尺寸的計(jì)算 四桿機(jī)構(gòu)各部參數(shù)如圖 2-5 所示，圖中的 h1為支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度。令 =a ; =b; =c; =d; =e; =g; =f; =s; =l; =i; =i; tg= 2 o aabbccd 2 o dae e b 1 joje a g ab ae

38、=u. s l (1)后連桿與掩護(hù)梁長度的確定 如圖 2-5 所示，當(dāng)支架在最高位置時(shí)的值確定后，掩護(hù)梁長度 g 為： 1 h 1 11 h g= sin(p )sin()iq 后連桿長度 a= ig 前后連桿上鉸點(diǎn)之距為：b= 1 i g 前連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距為: fgb 從以上各式，可求出多組后連桿和掩護(hù)梁的尺寸。為了簡化計(jì)算，對各變量規(guī)定相應(yīng)的 步長如下： p1 的步長為 0.34 弧度； ql 的步讓為 0.34 弧度， i1 的步長為 0.02； i 的步長；掩護(hù)式支架為 0032；支撐掩護(hù)式支架為 0042。 古上述四個(gè)變量各向前邁出五步，經(jīng)排列組合使得到 625 組 a

39、、b、f、g 的 參數(shù)值。 四桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系圖 (2)后連桿下餃點(diǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)之距為 e1,如上圖所示。 111 ecoscosfpaq (3) 前連桿長度及角度的確定 當(dāng)支架高度變化時(shí),掩護(hù)梁上鉸點(diǎn) e的運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，為使雙紐線最大 寬度和角盡量小，可把 e點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡視為理想直線，當(dāng)然實(shí)際并非如此。但是，我們 可以做到當(dāng)支架高度變化時(shí)，有三點(diǎn)在這條直線上如圖 325 所示，即：支架在最高 和最低以及中間某一位置的三點(diǎn)。當(dāng)支架的最高和最低位置確定后，在直線上的最高和 最低點(diǎn)就確定了。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng) e點(diǎn)沿理想垂線由最高向最低運(yùn)動(dòng)時(shí)，后連汗與掩 護(hù)梁的夾角由大于 90 度到小于 90

40、度變化，在夾角變化過程中， 一定有一位置使后連 桿與掩護(hù)粱處于垂直狀態(tài)，以這一特殊狀態(tài)為所求的中間某一位置，來確定直線上中間 某一位置的點(diǎn)。 （a）點(diǎn)的坐標(biāo) 1 b 當(dāng)支架在最高位置是的計(jì)算高度為，此時(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)為： 1 h 1 b 11 111 cos() sin() xfp yhfp （b）點(diǎn)的坐標(biāo) 2 b 支架在最低位置時(shí)的計(jì)算高度為，此時(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)為： 2 h 2 b 22 222 cos() sin()sin() xfp ybpaq 根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，支架降到最低位置時(shí)，為計(jì)算方便， 2 2530q 令，即 0.436 弧度。 2 25q 根據(jù)幾何關(guān)系為: 2 p 22 12

41、2 12 cos( cos() geaq parctg eaq (c) 點(diǎn)坐標(biāo) 3 b 當(dāng)支架的掩護(hù)梁與后連桿成垂直位置時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系，點(diǎn)的坐標(biāo)為： 3 b 33 333 cos() sin()sin() xfp ybpaq 式中由下式進(jìn)行計(jì)算。 3 p 1 3 222 1 33 () 2 2 ea parctgarctg g gae qp （d）c 點(diǎn)坐標(biāo) 根據(jù)圖 2-6 所示，支架在三個(gè)位置時(shí)四桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系確定后，c 點(diǎn)就是過、 1 b 3 b 這三點(diǎn)的圓弧的圓心。所以，為前連桿的長度。因此，可以用圓的方程 2 b 123 cbcbcb 求得前連桿的長度。即： 22 11 ()() c

42、c cxxyy 上式中、為 c 點(diǎn)的坐標(biāo)，可以按下列方程聯(lián)立求得； c x c y 令 2222 1133 2222 3322 2222 3131 2222 2323 31233123 ()()()() ()()()() 2()()()() cccc cccc xxyyxyyy xxyyxxyy mxxyy nxxyy txxyyyyxx 聯(lián)立上式可得： 2331 3123 ()() ()() c c m yyn yy x t n xxm xx y t 則由以上各式可得前連桿的長度為： 22 11 ()() cc cxxyy （4）前連桿下鉸點(diǎn)的高度和前連桿下鉸點(diǎn)在底座上的投影距離 當(dāng)前連桿

43、c 點(diǎn)的坐標(biāo)確定后，d 和 e 的長度為： 1 c c dy eex 四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)選 4 按上述方法可以求出 625 組四桿機(jī)構(gòu)尺寸，并非所有值都可以用，故要優(yōu)選。約 束條件是根據(jù)值的要求和支架的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系，對國內(nèi)外現(xiàn)有支架的調(diào)查統(tǒng)計(jì)得出來tg 的。約束條件如下： （1） 前后連桿的比值范圍 根據(jù)現(xiàn)有支架調(diào)查統(tǒng)計(jì)，前后連桿的比值范圍0.9 1.2 c a （2） 前連桿的高度不宜過大，一般應(yīng)使 1 5 h d （3） e 的長度，一般應(yīng)使。 1 4.5 h e （4） 對掩護(hù)式支架應(yīng)使，對支撐掩護(hù)式支架tg 0.160.2u 瞬心位置圖 值按下面的方法計(jì)算。 tg 如圖 2-7 所示，為支架

44、在最高位置是的幾何關(guān)系。 （a）點(diǎn)坐標(biāo)為即（1.135,1.016） 1 a 44 (,)xy 111 (cos,sin)eaq aq (b) 點(diǎn)坐標(biāo)為 即（0.937,0） 2 o 55 (,)xy 1 (,0)e (c) 直線的斜率 1 cb 1 1 1 1.320.403 2.681 0.8850.543 c c yy k xx （d）直線的斜率 21 o a 45 2 45 1.1060 5.86 1.1350.937 yy k xx 由于 、在同一條直線上，因此，和直線的斜率相同，所以c 1 b 1 o 1 cb 1 1 bo 61 1 61 yy k xx 同理： 64 2 61

45、yy k xx 聯(lián)立上述兩式可得： 1 11244 6 12 1.369 k xyk xx x kk 則： 61611 ()yk xxy 令： 6 6 lx shy 則： | | s tgu l 四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序編寫 根據(jù)以上約束條件和計(jì)算式子，寫出程序流程圖如下所示： 圖 2-8 程序流程圖（1） 具體程序如下，此 c 語言程序可在 windows 環(huán)境下的編輯器下運(yùn)行。 #include #include main() float h1,p1,q1,i1,i,q2,s1; float g,a,b,f,e1,x1,y1,p2; float x2,y2,p3,q3,x3,y3,m,n,t,

46、xc,yc,c,o; float w,w1,w2,w3,w4,w5; float d,e,x4,y4,x5,y5,c1,k1,k2,x6,y6,l,s,u; file *fp; fp=fopen(list.h,w+); h1=2.4; q2=0.436; for(p1=0.85;p1=1.08;p1=p1+0.034) 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;i1=0.3;i1=i1+0.02) g=h1/(sin(p1)+i*sin(q1); a=i*g; b=i1*g; f=g-b;

47、 e1=g*cos(p1)-a*cos(q1); x1=f*cos(p1); y1=h1-f*sin(p1); w1=e1+a*cos(q2); s1=g*g-w1*w1; if(g*g-w1*w1)0) w2=0; else w2=sqrt(g*g-w1*w1); p2=atan(w2/w1); x2=f*cos(p2); y2=b*sin(p2)+a*sin(q2); if(g*g+a*a-e1*e1)0) w3=0; else w3=sqrt(g*g+a*a-e1*e1); p3=1.57-atan(a/g)-atan(e1/w3); q3=1.57-p3; x3=f*cos(p3);

48、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*(x3-x1)*(y2-y3)-(y3-y1)*(x2-x3); xc=(m*(y2-y3)-n*(y3-y1)/t; yc=(n*(x3-x1)-m*(x2-x3)/t; w4=(x1-xc)*(x1-xc); w5=(y1-yc)*(y1-yc); if(w4+w5)0.9) printf(c=%f,d=%f,e=%f,f=%f,c1=%fn,c,d,e,f,c1); printf(s=%f,l=%f,g=%f,i=%f,i1=

49、%fn,s,l,g,i,i1); printf(o=%f,u=%f,d=%f,e=%fnnnn,o,u,d,e); fprintf(fp,p1=%f,q1=%f,a=%f,b=%fn,p1,q1,a,b); fprintf(fp,c=%f,d=%f,e=%f,f=%f,c1=%fn,c,d,e,f,c1); fprintf(fp,s=%f,l=%f,g=%f,i=%f,i1=%fn,s,l,g,i,i1); fprintf(fp,o=%f,u=%f,d=%f,e=%fn,o,u,d,e); 說明：由于采用迭代法進(jìn)行搜索，計(jì)算方案的多少取決于于各優(yōu)化參數(shù)步長的選取， 步長越短，可能的方案越多，反

50、之越少，甚至可能漏掉了一些比較好的結(jié)果。但步長過 短，計(jì)算量就會(huì)變大，帶來復(fù)雜的缺點(diǎn)。本次計(jì)算采用的步長可使有 625 組數(shù)選擇，即 有 625 個(gè)方案可選。但是首次運(yùn)行沒出結(jié)果。后決定在不影響支架工作性能的條件下， 對其中的一個(gè)參數(shù) p1 稍微擴(kuò)大一下范圍（0.91.2 變成 0.851.2） ，運(yùn)行出一組數(shù)據(jù)， 具體運(yùn)行計(jì)算結(jié)果如下： p1=0.884000,q1=1.378000,a=1.034782,b=0.393862 c=0.991655,d=0.452725,e=0.531994,f=1.396419,c1=1.064921 s=0.217931,l=1.362868,g=1.7

51、90280,i=0.578000,i1=0.220000 o=0.958323,u=0.159906,d=0.452725,e=0.531994 電算法頂梁前端點(diǎn)雙鈕線軌跡繪制 根據(jù)上面四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果用以下程序優(yōu)化參數(shù) q4(q4 為支架后連桿與水平面 之間的夾角，支架高低變化時(shí)，q485 度25 度，即 1.48 弧度至 0.436 弧度。) 并計(jì)算出多組 x，y 值。(x 值的變化相當(dāng)于頂梁前端點(diǎn)與煤壁之距的變化。如果使 q4 角 按間隔 0.087 弧度變化，可以計(jì)算 30 組 x、y 值。故頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡最大寬度為 emax=xmax-xmin。 （a） 程序流程圖： 圖 2-

52、9 程序流程圖（2） （b） 具體 c 語言程序如下所示： #include #include main() float h1,h2,q4,x,y,p4,k,j,r; float a,b,c,d,e,g,ex,z,cx,cy; file *fp; fp=fopen(newlist.h,w+); h1=2.4; h2=0.9; a=1.034782; b=0.393862; c=0.991655; d=0.452725; e=0.531994; g=1.790280; for(q4=0.436;q4=0) cx=k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j); z=(k*r+sqrt(c

53、x)/(k*k+j*j); cy=sqrt(1-z*z); p4=atan(cy/z); x=g*cos(p4)-a*cos(q4); y=a*sin(q4)+g*sin(p4); if(yh2) printf(nx=%f,y=%fn,x,y); fprintf(fp,x=%f , y=%fn,x,y); 運(yùn)行結(jié)果如下： x=0.950737 , y=0.833340 x=0.946599 , y=1.021055 x=0.941912 , y=1.161735 x=0.937991 , y=1.278957 x=0.935097 , y=1.381429 x=0.933236 , y=1.4

54、73501 x=0.932334 , y=1.557710 x=0.932287 , y=1.635684 x=0.932972 , y=1.708537 x=0.934260 , y=1.777071 x=0.936014 , y=1.841887 x=0.938094 , y=1.903446 x=0.940349 , y=1.962116 x=0.942621 , y=2.018194 x=0.944741 , y=2.071928 x=0.946527 , y=2.123526 x=0.947781 , y=2.173170 x=0.948281 , y=2.221019 x=0.94

55、7785 , y=2.267216 x=0.946014 , y=2.311891 x=0.942652 , y=2.355165 x=0.937331 , y=2.397150 x=0.929620 , y=2.437950 x=0.918999 , y=2.477664 ex=0.032 運(yùn)行結(jié)果使頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡最大寬度為 emax=xmax-xmin0.032m32mm，這說明 四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果是可用的。根據(jù)以上兩個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序運(yùn)算結(jié)果，對其中個(gè)別參 數(shù)修正列出指主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表 23 所示： 表 23 輸入 輸出標(biāo)識符號 說明結(jié)果 h1 支架最高位置的計(jì)算高度 2400mm 輸

56、入 h2 支架最低位置的計(jì)算高度 1200mm u tg 值（掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至瞬心和底座平面 夾角為 ） 9.1 度 q1 支架最高位置時(shí)，后連桿與底座平面夾角79 度 a 后連桿長度 1035mm b 前，后連桿上鉸點(diǎn)之距 394mm c 前連桿長度 1082mm 輸出 d 前連桿下鉸點(diǎn)高度 453mm e 前，后連桿下鉸點(diǎn)在底座上的投影之距 540mm f 前連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距 1396mm g 掩護(hù)梁長度 1790mm p1 支架最高位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁夾角 51 度 c1 支架最高位置時(shí)，前連桿與底座平面夾角 64 度 ex 頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡最大寬度 32mm 畫出結(jié)構(gòu)尺寸

57、簡圖如下頁圖 210： 圖210支架主要尺寸 2.5 液壓支架的總體布置 2.5.1 設(shè)計(jì)要求 滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求,要有足夠的初承力和工作阻力,以便有效的控制 頂板,保證其合理的下沉量。 推溜力一般為 10 噸左右,移架力按煤層厚度而定,薄煤層一般為 1015 噸,中厚 煤層一般為 1525 噸,厚煤層一般為 3040 噸 。 防煤性能要好。 排煤性能要好。 要求有足夠的通風(fēng)端面。 從安全性考慮,要有足夠?qū)挼娜诵械馈?調(diào)節(jié)范圍要大,照明,通訊方便。 支架要求有足夠的剛度,能夠承受一定的不均衡載荷和沖擊載荷。 支架穩(wěn)定性好,底座最大比壓小于規(guī)定值，要易于拆卸,結(jié)構(gòu)簡單。 在滿足強(qiáng)度條件

58、下,盡可能減輕支架重量，液壓元件要可靠。 2.5.2 支架整體機(jī)構(gòu)尺寸的確定 按照以前的支架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),確定支架底座長度 l=2100mm。 按確定四連桿機(jī)構(gòu)尺寸的方法,確定四連桿及掩護(hù)梁長度，設(shè)計(jì)結(jié)果已列于表 23 中。 根據(jù)工作方式及設(shè)備配套尺寸計(jì)算頂梁長度 掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式支架頂梁長度的計(jì)算 頂梁長度配套尺寸十底座長度十 acos(q1)一gcos(p1)十 300 十 e十 掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂粱后端點(diǎn)之距(mm) 式中： 配套尺寸參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊確定； 底座長度一底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距；取 2100mm e支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離；32m

59、m p1-支架最高位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁夾角,51 度 q1-支架最高位置時(shí)，后連桿與底座平面夾角,79 度 根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果工作面配套機(jī)器為 mg170h 采煤機(jī)（雞西廠）和 sgd630/180 刮板 輸送機(jī)（西北廠） ，配套尺寸=249+6301766001655mm。 故頂梁長度 l 為： l=mm(16552100 103579 )(179051300310) 1502370coscos 確定立柱布置 （a）立柱數(shù) 掩護(hù)式支架立柱數(shù)為兩根。 （b）支撐方式 掩護(hù)式文架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并增加調(diào)高范圍。一般立柱軸 線與頂梁的垂線夾角小于 30 度（支架在最低工作位置時(shí)）

60、 ，立柱傾角加大可以可以使頂 梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增大。確定立柱布置可以用類比法,其確定原則 考慮支架的穩(wěn)定性及支架的合力作用位置綜合進(jìn)行考慮,我們知道,作用位置超前易產(chǎn)生 啃底現(xiàn)象,所以一般盡量使合力位置向后移。支架頂梁只支承兩柱時(shí),上柱窩位置在頂梁 后部,一般頂梁前端與后端之 2.22.4:1 此處取 2.3:1,而下柱窩的位置根據(jù)立柱的角度 來定。 （c） 立柱柱窩位置的確定 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂 板載荷分布一致。但頂板載荷復(fù)雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為 簡化計(jì)算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁良度方向