中位放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)

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(hù)梁上。工作面為雙輸送機(jī)，一前一后分別運(yùn)輸采煤機(jī)的落煤和放落的頂煤。由于工作面有兩套獨(dú)立的出煤系統(tǒng)，采煤和放煤間干擾較少，可以實(shí)現(xiàn)采、放平行作業(yè)，提高工作面生產(chǎn)率。中位放頂煤液壓支架是當(dāng)前我國應(yīng)用數(shù)量較多，分布面較廣的綜放支護(hù)設(shè)備。它已不僅是一種單純維護(hù)工作面空間的支護(hù)設(shè)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(shè)備。本次設(shè)計(jì)的四連桿中位放頂煤液壓支架ZFS10000/25/45，有頂梁、底座、掩護(hù)梁、立柱、前后連桿等幾部分組成。放煤口設(shè)在掩護(hù)梁上，采用兩部輸送機(jī)，架型為支撐掩護(hù)式，適用于厚煤層的開采。由于該支架采用了四連桿機(jī)構(gòu)

2、，因而受力狀態(tài)好，抗扭能力強(qiáng)。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(tài)好，抗扭能力強(qiáng)，不易倒架，不易損壞且煤塵較小等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處為：（一）后輸送機(jī)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(dòng)強(qiáng)度大，效率低；（二）由于掩護(hù)梁不能擺動(dòng)，僅靠放煤機(jī)構(gòu)對(duì)跨落下來的大塊煤進(jìn)行二次破煤的能力欠佳。關(guān)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(nèi)外液壓支架的現(xiàn)狀1 1.1.1 國外液壓支架現(xiàn)狀1 1.1.2 國內(nèi)液壓支架技術(shù)現(xiàn)狀2 1.2支護(hù)設(shè)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(jié)構(gòu)

10、91.5.1支撐式支架91.5.2掩護(hù)式支架101.5.3支撐掩護(hù)式支架111.5.4放頂煤液壓支架12 1.6 液壓支架的設(shè)計(jì)目的、要求和基本參數(shù)141.6.1設(shè)計(jì)目的141.6.2對(duì)液壓支架的基本要求141.6.3設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(shù)152 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)備的型號(hào)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(jī)構(gòu)的確定19 2.2.1四連桿機(jī)構(gòu)的作用19 2.2.2四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求20 2.2.3四

11、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fēng)斷面積驗(yàn)算26 2.4各部件結(jié)構(gòu)選擇27 2.4.1頂梁27 2.4.2立柱29 2.4.3掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)31 2.4.4底座31 2.4.5側(cè)護(hù)板34 2.4.6千斤頂35 2.5液壓支架性能參數(shù)的確定372.5.1支護(hù)強(qiáng)度372.5.2支護(hù)面積382.5.3支架的有效工作阻力382.5.4確定立柱的技術(shù)參數(shù)382.5.5泵站壓力的確定392.5.6千斤頂參數(shù)的確定393 液壓支架的強(qiáng)度設(shè)計(jì)393.1概述393.1.1液壓支架工作狀態(tài)393.1.2計(jì)算載荷的確定403.2液壓支架受力分析與計(jì)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(jì)算433.2.3掩護(hù)梁的受力分析與計(jì)算463.2.4底座的受力分析與計(jì)算483.3頂梁載荷分布493.4底座接觸比壓504 液壓支架的強(qiáng)度計(jì)算534.1強(qiáng)度條件534.2液壓支架的強(qiáng)度校核544.2.1前梁強(qiáng)度校核544.2.2主頂梁強(qiáng)度校核584.2.3底座強(qiáng)度校核644.2.4 掩護(hù)梁的強(qiáng)度校核694.2.5 前梁千斤頂?shù)膹?qiáng)度驗(yàn)算734.2.6立柱強(qiáng)度校核754.2.7 前連桿強(qiáng)度校核及對(duì)應(yīng)銷軸 824.2.8 后連桿強(qiáng)度校核及對(duì)應(yīng)銷軸 845 液壓支架的液壓系統(tǒng) 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(dòng)控制895.4.2自動(dòng)控制895.5液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、保養(yǎng)895.5.1安裝895.5.2調(diào)試925.4.3保養(yǎng)93結(jié)論94參考文獻(xiàn)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(chǔ)上發(fā)展起來的工作面機(jī)械化支護(hù)設(shè)備。它與滾筒采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶輸送機(jī)等形成了一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)了包括采、支、運(yùn)等主要工序的綜合機(jī)械化采煤工藝，從而使長壁采煤技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)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(qū)，防止矸石竄入工作

14、面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進(jìn)而機(jī)械化移動(dòng)，不斷地將采煤機(jī)和輸送機(jī)推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。液壓支架的總重量和初期投資費(fèi)用占工作面整套綜采設(shè)備的60%-70%左右，因此液壓支架成了現(xiàn)代采煤技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。 我國于70年代初，首先研制成功了垛式、節(jié)式等支撐式支架，以及關(guān)鍵的液壓元部件。70年代中期，研制成功了掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式支架。由于這種架型的優(yōu)良性能，很快就獲得了推廣，并逐步取代了早期的垛式和節(jié)式支架。在引進(jìn)、消化國外支架的基礎(chǔ)上，我國已經(jīng)形成了一支有一定規(guī)模的從事液壓支架的設(shè)計(jì)、研究、制造和檢驗(yàn)的專業(yè)隊(duì)伍，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)開發(fā)研制了多種適

15、合我國煤礦不同生產(chǎn)地質(zhì)條件的液壓支架。支架最大高度已達(dá)5m，最小高度為0.5m；適應(yīng)最大傾角可達(dá)55度；最大工作阻力達(dá)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(wǎng)采煤等條件下的特種用途液壓支架。 1.1國內(nèi)外液壓支架的現(xiàn)狀 1.1.1國外液壓支架現(xiàn)狀80 年代以來, 世界主要采煤國家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、降低成本、實(shí)現(xiàn)礦井集中生產(chǎn)做努力, 他們積極開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù), 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(jī)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)的電液控制閥,推移千斤頂裝有位移傳感器, 采煤機(jī)裝有紅外線傳感裝置,立柱缸徑超過400mm。為減少割煤

16、時(shí)間,一般采用0. 81m 的截深。支架還采用屈服強(qiáng)度8001000MPa 的鋼板,既有較高的強(qiáng)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(yīng)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(shí)現(xiàn)工作面成組或成排快速移架,達(dá)到68s/ 架。美國是世界上最先進(jìn)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(shí)現(xiàn)支架快速推進(jìn), 移架速度達(dá)68s/ 架。美國的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護(hù)式支架, 使用壽命8 10 年, 可用率高達(dá)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(dá)到1. 75m ,并向2m 發(fā)展,增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時(shí)間、增加有效工作時(shí)間和提高單產(chǎn)。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(hù)式支架, 1997 年6 月產(chǎn)商品煤90. 43 萬t , 成為世界上首次月產(chǎn)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(hù)式支架,月產(chǎn)煤達(dá)到60. 11 萬t 。美國綜采工作面最高日產(chǎn)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(chǎn), 使用兩柱掩護(hù)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(hù)式支架,在1995 年8 月8 日創(chuàng)下澳大利亞有史以來日產(chǎn)3. 41 萬t 的最高記錄, 班產(chǎn)一直保持在50006000t 。英國也在大力發(fā)展兩柱掩護(hù)式支架, 工作阻力有了很大提高,達(dá)到60008000kN 。1.1.2國內(nèi)液壓支架技術(shù)現(xiàn)狀我國在1964 年由太原分院和鄭州煤機(jī)廠設(shè)計(jì)70 型邁步式自移支架, 從此開始了液壓支架的國產(chǎn)化道路。1984 年,北京開采所、沈陽所、鄭州煤機(jī)廠在沈陽蒲河礦進(jìn)行我國第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗(yàn),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(chǎn)液壓支架得到了全面的發(fā)展,到1998 年止,全國已建成88 處高產(chǎn)高效礦井,其中14 處礦單個(gè)工作面的單產(chǎn)達(dá)15. 72 萬t / 月, 原煤生產(chǎn)人員效率達(dá)9. 16t / 工, 綜采機(jī)械化水平達(dá)49. 32 % ,達(dá)到了世界先進(jìn)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(fā)展趨勢(shì)我國液壓支架經(jīng)過20 多年的發(fā)展, 盡管取得了顯著成績, 在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸、甚至班產(chǎn)超萬噸的記錄, 但總體水平與世界先進(jìn)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(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處, 但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)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(tǒng)壓力在35MPa 以下,流量在200L / min 以內(nèi),供液管2532mm ,回液管2550mm , 最快移架速度1012s/ 架 (井下實(shí)際應(yīng)用有時(shí)在20s 以上) , 工作阻力更是相對(duì)較低。今后10 年, 我國的液壓支架將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快(68s/ 架) 和電液控制閥的方向發(fā)展, 對(duì)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(jī)構(gòu),并減少千斤頂?shù)臄?shù)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(yīng)快速移架的需要; 系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供液, 保證支架有足夠的壓力達(dá)到初撐力,保證支架接頂位置準(zhǔn)確。ZY 兩柱掩護(hù)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(hù)設(shè)備的用途和種類回采工作面支護(hù)設(shè)備用于支撐工作面頂板、阻擋頂板冒落的巖石竄入作業(yè)空間，以保證工作面內(nèi)機(jī)器和人員安全生產(chǎn)。目前回采工作面使用的支護(hù)設(shè)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(jī)和工作面輸送機(jī)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(tǒng)稱單體支護(hù)設(shè)備），它們的支撤和移動(dòng)都靠人工操作，故勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性較差、支撤速度慢、工作面產(chǎn)量和效率較低。近年來新發(fā)展的切頂支柱和滑移頂梁支架為進(jìn)一步改善普采工作面的勞動(dòng)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益提供了途徑。液壓支架是以高壓乳化液作為動(dòng)力，使支架的支撐、切頂、移架和輸送機(jī)推移等工序全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。因而大大改善了回采工作面的作業(yè)環(huán)境，使礦工們從笨重的體力勞動(dòng)中解放出來，有效地提高了勞動(dòng)安全性，并為工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。同時(shí)也大大提高了回采工作面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。但液壓支架的初期投資較大。木支柱在機(jī)械化采煤工作面僅用于臨時(shí)性輔助支護(hù)，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?jiǎng)幼饔猩堋⒔导?、推移輸送機(jī)和移架。這些動(dòng)作是利用乳化液泵站提供的高壓液體，通過液壓控制系統(tǒng)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(lián)，形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)（圖11），其中液控單向閥和安全閥設(shè)在本架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架內(nèi)，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(jī)；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(shí)現(xiàn)，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(jīng)液控單向閥6進(jìn)

24、入立柱的下腔，同時(shí)立柱上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當(dāng)頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的工作壓力后，操縱閥置于中位，液控單向閥6關(guān)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(shí)，支架對(duì)頂板產(chǎn)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(shù)；立柱對(duì)頂板垂線的傾斜度。2.承載支架初撐后，進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對(duì)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(chǎn)生彈性擴(kuò)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(dòng)作壓力時(shí)，高壓液體經(jīng)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(dòng)作壓力時(shí)，安全閥關(guān)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(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)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(diào)定壓力，Mpa。3.卸載當(dāng)操縱閥8處于降架位置時(shí)，高壓液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)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(shí)的支撐力變化可分為三個(gè)階段，即：開始升柱至單向閥關(guān)閉時(shí)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(xiàn)脈動(dòng)卸載時(shí)的恒阻階段t2，

26、這就是液壓支架的阻力時(shí)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(shí)，具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板的有效支撐作用；在達(dá)到額定工作阻力時(shí)，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(shí)現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個(gè)重要元件。圖12液壓支架的阻力-時(shí)間特性（二）支架移動(dòng)和推移輸送機(jī)支架和輸送機(jī)的前移，由底座3上的推移液壓缸4來完成。需要移架時(shí)，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進(jìn)入推移液壓缸4的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，

27、缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁。需要推移輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板，高壓液體進(jìn)入推移液壓缸4的活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點(diǎn)，活塞桿伸出，把輸送機(jī)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(gè)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(jié)構(gòu)形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式。支撐式支架又有垛式和節(jié)式之分。圖13為垛式，圖14為節(jié)式。圖13 垛式支架圖14 節(jié)式支架圖15 插腿式支架掩護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)梁上。圖18 四柱平行支在頂梁上支架圖19 四柱交叉支在項(xiàng)梁上支架圖l10 兩柱支在頂梁兩柱支在掩護(hù)梁上支架1.5液壓支架結(jié)構(gòu)1.5.1支撐式支架支撐式支架的結(jié)構(gòu)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(fù)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(tǒng)由泵站、四根立柱、兩個(gè)千斤頂、一個(gè)前梁短柱、個(gè)操縱閥、五個(gè)控制閥和管路等組成。泵站供給的高壓液體經(jīng)主進(jìn)油管通向各架的操縱閥。各架的回液經(jīng)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(fù)位千斤頂；10-推移千斤頂；11-底座箱；12碰塊1.5.2掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)以QY250-13/32型支架為例如圖1-12所示，它由前梁、主梁、掩護(hù)梁和側(cè)護(hù)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(tǒng)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?shù)幕钊挥酶邏?，其余的活塞腔用低壓。在操縱閥上加一個(gè)配液板，通過該二個(gè)單向閥可使升柱時(shí)高低壓同時(shí)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(shè)液控單向閥，可使系統(tǒng)簡單，為了避免移架時(shí)將輸送機(jī)拉向采空區(qū)側(cè)，操作時(shí)應(yīng)將鄰架的推移操縱閥放在推溜位置上，以克服移架時(shí)的反作用力。平衡千斤頂前、后兩腔都設(shè)控制閥，使前后腔都成為承載腔。側(cè)推千斤頂兩腔油路上都有節(jié)流孔，這是因?yàn)樵撉Ы镯斝谐梯^短，節(jié)流孔可使其動(dòng)作平緩。但沒有控

31、制閥，這是因?yàn)樗恍枰休d。在總回液路上有一個(gè)單向閥，起背壓作用，使各動(dòng)作平穩(wěn)。操縱閥為組合式片閥，可以同時(shí)操作。1.5.3支撐掩護(hù)式支架支撐掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)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(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。圖113 ZY-35型支撐掩護(hù)式支架1防片幫千斤頂； 2前梁； 3短柱；頂梁；掩護(hù)梁；底座；推移千斤頂；立柱；機(jī)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(nèi)外已的到推廣和應(yīng)用。綜合目前所生產(chǎn)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(diǎn)是支架底座的前部插到輸送機(jī)下部，而輸送機(jī)放在其拖座上面; 不插底式放頂煤液壓支架和輸送機(jī)的關(guān)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(shè)在掩護(hù)梁上，并采用兩部輸送機(jī)且后部輸送機(jī)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(dāng)前應(yīng)用數(shù)量較多，分布較廣的綜放支護(hù)設(shè)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(shè)備。中位放頂煤液壓支架按其結(jié)構(gòu)形式可分為兩類：單絞點(diǎn)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(hù)梁的下方

33、，其后輸送機(jī)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(yīng)用，放頂煤支架的研制也迅速發(fā)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(qiáng)度、抗扭和穩(wěn)定性問題。 低位放頂煤液壓支架發(fā)展很快，各種支架按四連桿機(jī)構(gòu)的位置，基本可分為連接頂梁和底座的中四連桿機(jī)構(gòu)及連接掩護(hù)梁和底座的后四連桿機(jī)構(gòu)兩類。（a）中四連桿機(jī)構(gòu)放頂煤支架的特點(diǎn) 支架的四連桿機(jī)構(gòu)為單片式，鉸接在頂梁和底座間。掩護(hù)梁有千斤頂控制可進(jìn)行擺動(dòng)，放煤口位于掩護(hù)梁下部，由千斤頂控制插板調(diào)節(jié)放煤口大小，后輸送機(jī)位置空間較大；頂梁帶有側(cè)護(hù)板可防止漏碎煤并提高了橫向穩(wěn)定性；中四連桿機(jī)構(gòu)提高了支架在垂直于工作面方向上的穩(wěn)定性；放煤口

34、大，放煤位置低，頂煤垮落下降量大易碎，煤層??；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(jī)構(gòu)為鉸接在頂梁、底座上的單片，四連桿機(jī)構(gòu)所以穩(wěn)定性和承受側(cè)向力的性能較差。 （b）后四連桿機(jī)構(gòu)放頂煤支架的特點(diǎn) 該支架架型與一般四柱支撐掩護(hù)式支架相同，由于支架后部需要有較大的后部輸送機(jī)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(hù)梁、底座的鉸接點(diǎn)都比一般支架偏高，偏前。在掩護(hù)梁下端鉸接一個(gè)帶插板式尾梁，由兩個(gè)尾梁千斤頂支撐，這就形成了放煤所需空間。根據(jù)支架工作高度不同，利用尾梁千斤頂及插板千斤頂控制、調(diào)節(jié)放煤口的開啟和大小。低位放頂煤液壓支架的主要結(jié)構(gòu)低位放頂煤液壓支架的設(shè)

35、計(jì)要充分依據(jù)煤層的賦存條件，頂?shù)装鍫顩r，礦壓大小，工作面傾角，及煤層厚度、層理裂隙發(fā)育情況，硬度和開采方法等，支架總體技術(shù)參數(shù)的確定應(yīng)滿足：（1）工作阻力、支護(hù)強(qiáng)度的要求 （2）穩(wěn)定性好，抗扭能力強(qiáng)； （3）頂梁、掩護(hù)梁以及尾梁密封性能好； （4）拉架力大，走的動(dòng)； （5）能放煤，出煤易控制； （6）液壓系統(tǒng)簡單合理； （7）噴霧降塵裝置可靠實(shí)用。 這樣在設(shè)計(jì)支架各個(gè)部件時(shí)，不僅要滿足強(qiáng)度要求，還要總體性能好。 低位放頂煤液壓支架的主要結(jié)構(gòu)有前梁、頂梁、掩護(hù)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(tǒng)等組成。1.6液壓支架的設(shè)計(jì)目的、要求和基本參數(shù)1.6.1設(shè)計(jì)目的采

36、用綜合機(jī)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(duì)煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。1.6.2對(duì)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(duì)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(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?/p>

37、。7、調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。8、支架的穩(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(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。11、要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。12、液壓元件要可靠。1.6.3設(shè)計(jì)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?，?duì)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(qiáng)度。3.瓦斯等級(jí)根據(jù)瓦斯等級(jí)，按保安規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。4.底板巖性及小時(shí)涌水量根據(jù)底板巖性和小時(shí)涌水量驗(yàn)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

38、角根據(jù)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(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)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(jì)算頂梁長度。2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)備的型號(hào)液壓支架的型號(hào)：ZFS10000/25/45采煤機(jī)的型號(hào)：MG650/480-WD型(交流電牽引采煤機(jī))參數(shù)： 采高：2.0-4.34 生產(chǎn)能力：2650t/h 截深：800mm 滾筒直徑：2.0m刮板輸送機(jī)的型號(hào)：SGZ-764/320參數(shù)： 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(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)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(shí)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(yīng)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(yīng)具有較大的伸縮比。一般范圍是1.5至2.5，煤層較薄時(shí)選大值。但是考慮盡量減輕支架重量，降低造價(jià)，可搞系列化，加強(qiáng)指甲對(duì)頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長桿來增加調(diào)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(jì)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(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架 n =1；整體邁步式支架n =2；節(jié)式

41、邁步支架，n =支架節(jié)數(shù)。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(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定，我國刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度為1.5m,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)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(duì)位置關(guān)系如圖2-1所示。圖21 支架相對(duì)關(guān)系前排立柱上柱窩到頂梁前端的長度由下式計(jì)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(jī)寬度（包含鏟煤板寬度和移架裝置寬度） 輸送機(jī)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(jī)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(yīng)取350480mm，取c=350mm 立柱傾角，對(duì)于支撐掩護(hù)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(diǎn)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(hù)手冊(cè)可知，有活動(dòng)護(hù)板的支撐掩護(hù)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(jù)總體布置，取底座長度為3100mm2.底座寬度由煤礦支護(hù)手冊(cè)可知，中心距為1.5m的支撐掩護(hù)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(shù) 支撐掩護(hù)式支架的立柱數(shù)目為4。（2）支撐方式 支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)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(hù)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(jī)構(gòu)的確定四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是支架架體設(shè)計(jì)的核心，四連桿設(shè)計(jì)的好壞決定著頂梁運(yùn)動(dòng)軌跡，也影響連桿和掩護(hù)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(jī)構(gòu)的作用(1)梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可是托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線運(yùn)功，故可選定雙紐線（圖22）的近似直線部分作為托梁鉸接點(diǎn)適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值之內(nèi)時(shí)，借此可以保證挑端頂板維護(hù)良好。保證支架在其工作高

45、度范圍內(nèi)，頂梁與掩護(hù)梁的絞點(diǎn)在一定的水平差值下作近似直線運(yùn)動(dòng)，保證端面距的變動(dòng)量最小，以防止頂板冒落，起護(hù)頂?shù)淖饔谩?2)擋矸 鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般作成整體箱形構(gòu)件，具有一定強(qiáng)度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用。(3)抵抗水平推力 觀測(cè)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(qū)(或指向煤壁方向的縱向水平分力)。這個(gè)水平機(jī)構(gòu)由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因受水分力產(chǎn)生的彎曲變形。(4)提高支架的穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓

46、支架的其他構(gòu)件聯(lián)結(jié)成為一個(gè)重量較大的整體，盡管它的移動(dòng)過程中要克服自身的內(nèi)力，但是在支架承載階段，其穩(wěn)定性很高。這是支撐式支架不可比擬的。支架越高，越是穩(wěn)定。四連桿機(jī)構(gòu)）在具有以上諸作用的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)。首先，支架在工作過程當(dāng)中，四連桿機(jī)構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)頂板產(chǎn)生一個(gè)水平力(又稱水平支撐力)，因此對(duì)支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。圖22 液壓支架的雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡2.2.2 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求1.對(duì)支架在調(diào)高范圍內(nèi)梁端距的大小有重要影響。四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能控制頂梁與掩護(hù)梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡(呈雙扭線)、使其在支 架調(diào)高范圍內(nèi)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(nèi)，四連桿機(jī)構(gòu)瞬心距立柱的垂直距離越大越有利；3.雙扭線軌跡變化對(duì)支架垂直支撐力有重要影響；4.雙扭線軌跡影響連桿、掩護(hù)梁等連接部位的受力情況。通常認(rèn)為軌跡曲線應(yīng)向前偏擺，即支架由高位置降下時(shí)，軌跡曲線逐漸靠近煤壁；5.為保證支架的穩(wěn)定性，后連桿的水平夾角Q一般不超過85度，最小角度應(yīng)以連桿機(jī)構(gòu)與底板不干涉為準(zhǔn)；6.一般應(yīng)盡可能加大掩護(hù)梁的背角。厚煤層支架取大值，薄煤層支架取小值。對(duì)支撐掩護(hù)式支架應(yīng)加大背角。對(duì)堅(jiān)硬難冒頂板的支架，掩護(hù)梁背角應(yīng)盡可能大；7.掩護(hù)梁長度與掩護(hù)梁上前、后連桿鉸接點(diǎn)間距應(yīng)保持一定的比例(4：116：1)，這不

48、僅對(duì)支架受力，而且對(duì)調(diào)高范圍也有影響，一般憑經(jīng)驗(yàn)選取。2.2.3 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的選擇綜放支架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是合理選擇四連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，鉸鏈?zhǔn)剿倪B桿機(jī)構(gòu)可使支撐掩護(hù)型支架在工作過程中得到一個(gè)近似相等的梁端距。象這類復(fù)演直線軌跡的機(jī)構(gòu)綜合問題，可以來用函數(shù)逼近理論(如插值法、平方逼近法和最佳逼近法)為基礎(chǔ)的解析法求解也可以來用布爾梅斯特爾理論為基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)法和以設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的作圖法等求解。國內(nèi)外對(duì)此都進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作。我國液壓支架設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)四邊桿機(jī)構(gòu)一般有三種方法：1直接求解法2解析法3作圖法本次設(shè)計(jì)采用幾何作圖法,示意圖如圖2-3所示。圖23四連桿機(jī)構(gòu)作圖法示意圖四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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