中文題目支撐掩護式液壓支架總體及底座設(shè)計外文題目OVERALLANDBASEDESIGNOFSUPPORTINGSHIELDHYDRAULICSUPPORT畢業(yè)設(shè)計（論文）共64頁（其中外文文獻及譯文9頁）圖紙共2張完成日期2015年6月答辯日期2015年6月摘要本設(shè)計研究的是煤礦中應(yīng)用的支撐掩護式液壓支架和液壓支架的底座設(shè)計。支撐掩護式液壓支架在煤炭行業(yè)是一種重要的支護設(shè)備，液壓支架是綜采工作面支護設(shè)備，它的主要用途是支撐煤層的頂部，保證大范圍的通風(fēng)，推移工作配套設(shè)備。液壓支架主要是以高壓液體作動力、由液壓元件（液壓缸和液壓閥）與金屬構(gòu)件組成一種支撐和管理頂板的自移式設(shè)備，它不僅能實現(xiàn)支撐、切頂和隔離采空區(qū)，而且還能使支架本身前移和推動輸送機。底座是支架的主要部件，頂板的載荷通過支架傳遞給底座。液壓支架的四連桿機構(gòu)包括底座。支架通過底座和推移的機構(gòu)連接來使配套設(shè)備的移動。底座的結(jié)構(gòu)形式分為分式鉸接底座和鋼性底座。關(guān)鍵詞液壓支架；立柱；底座；連桿。ABSTRACTTHISDESIGNRESEARCHISUSEDINCOALMINESUPPORTSCREENTYPEHYDRAULICSUPPORTANDTHEBASEOFTHEHYDRAULICSUPPORTDESIGNSUPPORTSCREENTYPEHYDRAULICSUPPORTINCOALINDUSTRYISANIMPORTANTSUPPORTINGDEVICE,HYDRAULICSUPPORTISTHEFULLYMECHANIZEDCOALFACESUPPORTINGEQUIPMENT,ITSMAINPURPOSEISTOSUPPORTTHETOPOFTHECOALSEAM,TOENSUREAWIDERANGEOFVENTILATIONANDGOESONWORKINGEQUIPMENTHYDRAULICSUPPORTISTHEHIGHPRESSURELIQUIDASDYNAMIC,DOMINATEDBYHYDRAULICCOMPONENTSHYDRAULICCYLINDERANDHYDRAULICVALVEANDMETALCOMPONENTOFAROOFSUPPORTANDMANAGEMENTOFTHEMOVETYPEEQUIPMENT,ITCANNOTONLYREALIZESUPPORT,CUTTHETOPANDISOLATIONOFMINEDOUTAREA,BUTALSOCANMAKETHEREACHTHESTENTSTHEMSELVESANDPROMOTETHECONVEYORBASEISAMAJORPARTOFTHESTENT,THEROOFLOADBYSTENTISPASSEDTOTHEBASEFOURBARLINKAGEINCLUDESBASEOFHYDRAULICSUPPORTSTENTTHROUGHTHEBASEANDCONNECTEDTOFORMACOMPLETESETOFEQUIPMENTOFTHEMOBILETHESTRUCTUREOFTHEBASEISDIVIDEDINTOFRACTIONBASEHINGEDANDRIGIDBASEKEYWORDSHYDRAULICPRESSURESUPPORTCOLUMNPEDESTALCONNECTINGROD。目錄前言11液壓支架的概述211液壓支架的組成212液壓支架的工作原理2121升柱與降柱2123支架和輸送機前移213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)3131設(shè)計目的3132液壓支架的基本要求3133設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)414液壓支架的選型4141液壓支架的支撐力與承載關(guān)系4142液壓支架架型的分類5143液壓支架選型原則6144液壓支架設(shè)計的初始條件62液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計821液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定8211支護高度8212支架伸縮比9213支架間距和底座9214支護強度922液壓支架四連桿機構(gòu)的確定10221四連桿機構(gòu)的作用10222四連桿機構(gòu)的幾何作圖法1123液壓支架配套設(shè)備和頂梁參數(shù)的確定13231采煤機和運輸機型號的確定13232頂梁結(jié)構(gòu)形式的確定13233對頂梁長度的影響14234頂梁主要尺寸的確定1424掩護梁的結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定16241掩護梁的結(jié)構(gòu)型式16242掩護梁的參數(shù)確定1725立柱及主要參數(shù)的確定17251立柱布置17252立柱主要參數(shù)確定1826千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)確定20261浮動活塞式推移千斤頂?shù)膭幼髟?0262浮動活塞式推移千斤頂2027側(cè)護板21271側(cè)護板的結(jié)構(gòu)和型式21272側(cè)護板尺寸的確定2228前梁千斤頂推拉力的確定223液壓支架的受力分析2331支撐掩護式支架受力分析與計算2332液壓支架受力的影響因素29321支架高度對支架受力的影響29322摩擦系數(shù)對支架受力的影響29323前梁千斤頂?shù)耐评χЪ艿氖芰τ绊?9324TG值支架受力的影響294液壓支架的底座設(shè)計3041底座的結(jié)構(gòu)型式及尺寸確定30411底座的結(jié)構(gòu)型式30412底座主要尺寸的確定3142液壓支架的底座受力分析及計算3143液壓支架底座接觸比壓計算33431底座平均接觸比壓33432底座最大、最小接觸比壓3444對底座設(shè)計的要求及減少底座前端比壓的措施36441對底座設(shè)計的要求36442減少底座前端比壓的措施3645底座的強度計算365總結(jié)446技術(shù)經(jīng)濟分析總結(jié)45致謝46參考文獻47附錄A48附錄B52前言綜采是煤礦開采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標志。從80年代末迄今為止，高校完全機械化采煤在世界主要采煤機，特別是美國、澳大利亞、德國、英國和南非。高產(chǎn)綜采工作面效率不斷刷新，新技術(shù)不斷更新。液壓支架是綜采工作面配套設(shè)備，主要作用是支撐煤層的頂部，確保廣泛的通風(fēng)，推移工作配套設(shè)備。液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點和與圍巖的作用關(guān)系分為三大類，即支撐式、掩護式和支撐掩護式。液壓支架架型選擇，主要取決于頂?shù)装宓臈l件和礦井的地質(zhì)條件。本論文設(shè)計煤層厚度在25M到35M，老頂級別為三級，直接頂類別為二類的支撐掩護式液壓支架的設(shè)計。其架型特點支柱兩排，每排一到二根。支架多呈傾斜安裝，有掩護梁和四連桿機構(gòu)，支撐力大，切頂性能好，防護性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定。老頂有明顯或強烈周期來壓。瓦斯含量較大的中厚或厚煤層中。因此設(shè)計這類支撐掩護式液壓支架。1液壓支架的概述11液壓支架的組成根據(jù)液壓支架各部件的功能和作用，可由4部分組成（1）承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和跨落巖石的載荷。（2）液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實現(xiàn)支架的各種動作，產(chǎn)生液壓動力。（3）控制元件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥等，以及管路、液壓、電控元件。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動作及保證所需的工作特性。（4）輔助裝置，如推移裝置、護幫裝置、伸縮梁裝置等。這些裝置是為了實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。12液壓支架的工作原理液壓支架基本動作包括升柱、降柱、移架、推溜，這這些動作過程通過液壓傳動技術(shù)來實現(xiàn)的。121升柱與降柱支架的升降依靠立柱伸縮來實現(xiàn)。123支架和輸送機前移支架和輸送機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成。當(dāng)需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂對活塞桿腔，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。工作阻力隨時間的變化可由支架特性曲線表示。如圖11所示。將操縱閥置于升柱位置，由泵站排出的高壓液體經(jīng)管路、操縱閥和液控單向閥進入立柱的下腔，同時立柱上腔回液。立柱升起撐緊在頂、底板之間。當(dāng)立柱下腔壓力達到泵站工作壓力時，初撐階段T0結(jié)束；初撐結(jié)束后，將操縱閥手把置于中間位置，立柱下腔的工作液體的被液控單向閥封閉。隨著頂板下沉，立柱下腔液體壓力升高，立柱的推力也隨之增大。這是支架的增阻階段（T1）；當(dāng)立柱下腔液體的壓力達到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥開啟溢流，立柱收縮，支架隨頂板下降。當(dāng)立柱下腔壓力低于調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。這就是支架的恒阻階段（T2）。T0初撐階段；T1增阻階段；T2恒阻階段；P1初撐力；P2工作阻力圖11支架的工作特性曲線FIG11LINEOFSUPPORTWORKCHARACTERISTIC13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)131設(shè)計目的在煤炭開采的工作面為了保證人員的安全和防止煤層的掉落，需要對頂板進行支護。用于煤礦工作面的支護設(shè)備，經(jīng)歷了木支柱到液壓支架等幾個發(fā)展階段。目前，我國主要用單體液壓支柱和液壓支架來完成支護任務(wù)。132液壓支架的基本要求（1）要求液壓支架有合理的初撐力和工作阻力。（2）要求液壓支架有足夠的推溜力和移架力。（3）防止性能要好。（4）排矸性能好。（5）要求液壓支架要有足夠的通風(fēng)，稀釋有毒氣體，保證人員安全。（6）為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械?。?）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）要求液壓支架能承受住一定的載荷。（10）應(yīng)盡量減輕液壓支架的重量。（11）要求液壓支架結(jié)構(gòu)簡易。（12）要求液壓元件要可靠。133設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)（1）頂板條件根據(jù)頂板分為直接頂和老頂分類。（2）最大和最小采高根據(jù)煤層的采高計算出最大和最小的采高，還有支護強度。（3）瓦斯等級根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風(fēng)斷面。（4）底板巖性能及小時涌水量根據(jù)底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，決定是否用護幫裝置。（6）煤層傾角是否選用防滑裝置根據(jù)煤層傾角。（7）井向罐籠尺寸根據(jù)井向罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。（8）配套尺寸根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。14液壓支架的選型141液壓支架的支撐力與承載關(guān)系支撐掩護式支架是為了提高支撐式和掩護式液壓支架的性能和對頂板的適應(yīng)性而設(shè)計的。主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機構(gòu)和掩護梁，提高了支架的穩(wěn)定性和防護性，提高了支架的支護和承載能力。所以，此種支架介于以上兩種支架的中間狀態(tài)，提高了適用范圍，適用于頂板較堅硬，頂板壓力較大或頂板破碎的各種煤層，其受力狀況如圖12所示圖12支撐掩護式支架的受力狀況FIG12BRACINGCAVINGSHIELDPRESSURE142液壓支架架型的分類按在采煤工作面的安裝位置來劃分，液壓支架分為端頭支架和中間支架。端頭液壓支架適用于綜采工作面上下出口，即工作面和上下順槽接合處的液壓支架。中間液壓支架是除了端頭支架以外的液壓支架。中間支架按其結(jié)構(gòu)形式劃分，可分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三類。（1）支撐式支架支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點是立柱多，支撐力大，切頂性好；頂梁長，通風(fēng)斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。支撐式又有剁式和節(jié)式之分。AB圖13A垛式B節(jié)式FIG13ACORDUROYBDIVISIONAL（2）掩護式支架掩護式支架的特點是立柱少、切頂能力弱；頂梁短，控頂距小；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中穩(wěn)定的頂板。掩護式支架分有插底式和非插底式。ABC圖14A插底式支架B立柱支在掩護梁上非插底式支架C立柱支在頂梁上非插底式支架FIG14ASUPPORTBLEGPIECEONSUPPORTCLEGPIECEONSUPPORT（3）支撐掩護式支架支撐掩護式支架具有支撐式的頂梁和掩護式的掩護梁，它兼有切頂性能和防護作用，用于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。ABC圖15A四柱平行支在頂梁上支架B四柱交叉支在頂梁兩柱在掩護梁上支架C兩柱在頂梁兩柱支在掩護梁上支架FIG15APARALLELTOTHEFOURPILLARSONTHETOPBEAMBRACKETBFOURCOLUMNWITHCROSSINTHETOPBEAMTWOCOLUMNONTHECOVERBEAMBRACKETCTWOCOLUMNSINTHETOPBEAMANDCOLUMNONTHECOVERBEAMBRACKET143液壓支架選型原則影響架型選擇的因素（1）煤層厚度（2）煤層傾角（3）底板強度（4）瓦斯含量（5）地質(zhì)構(gòu)造（6）設(shè)備成本144液壓支架設(shè)計的初始條件煤層厚度（M）2535老頂級別直接頂類別表11適應(yīng)不同類級頂板的架型和支護強度TABLE11LEVELTOADAPTTOTHEDIFFERENTCLASSESOFROOFRACKTYPEANDSUPPORTINGINTENSITY注表中括號內(nèi)數(shù)字系統(tǒng)掩護式支架頂梁上的支護強度。老頂級別直接頂類別12312312344采高25M時用支撐式架型掩護式掩護式支撐式掩護式掩護式或支撐掩護式支撐式支撐掩護式支撐掩護式支撐或支撐掩護式支撐或支撐掩護式采高25M時用支撐掩護式1294132941629422942343（245）13343245163432343344134313441343164412441支護強度KN/M2支架采高M453944113539441165392539應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)2液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計21液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定211支護高度根據(jù)采煤層的厚度來確定支架的最大高度和最小高度其最大與最小高度為1S1MM21HHMM22A2式中支架最大高度,MMH支架最小高度,MM煤層最大高度，3500MMH大H煤層最小高度，2500MM小S1考慮偽項冒落后初撐力所需要支撐高度，一般采取200300MM，S1取200MMS2頂板最大下沉量是，一般取100200MM，S2取100MMA移架時最小可縮量，一般取50MM浮矸石、俘煤厚度，一般取50MM由式21可得35002003700MMH由式22可得250010050502300MM所以取3700MMH2300MM212支架伸縮比支架的伸縮比最大支架高度與最小支架高度之比值即162307HKNMS由于液壓支架可能被安裝在不同采高的采煤工作面。所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比，一般范圍15至25。初選使用單伸縮立柱，KS值一般為16左右。213支架間距和底座支架間距，BC表示。支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。液壓支架中心距大部分采用15M，本設(shè)計取BC15M。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)計支架的底座的時，要考慮地板的接觸比壓要小一點；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。本次設(shè)計底座為24M。214支護強度本次設(shè)計中支撐掩護式支架的支護強度QX可用插入法求得，按下式計算12312121XHH式中支架名義支護強度。（KN/M2）XQ采高所對應(yīng)的支護強度,見表1111H采高所對應(yīng)的支護強度,見表1122對應(yīng)的采高M,見表111Q對應(yīng)的采高M,見表112H支架的結(jié)構(gòu)高度，在，之間XH2H對應(yīng)最大結(jié)構(gòu)高度31M時M3M7056KN/M211Q4M8624KN/M22H2Q將各數(shù)據(jù)代入式（23）得采高最大時支架支護強度181536KN/M22M8536KN/M43760586705Q22液壓支架四連桿機構(gòu)的確定221四連桿機構(gòu)的作用四連桿機構(gòu)是液壓支架的穩(wěn)定機制，保證底座的穩(wěn)定性，承受和傳遞載荷；保持支架的整體剛度。所以，對于液壓支架的研究主要就是針對四連桿機構(gòu)的研究。（1）支架在最高位置時，頂梁與掩護梁夾角P和后連桿與底座的夾角Q，如圖21所示，支架在最高位置時,P5262，Q7585；在最底位置時P25，Q2530。（2）掩護梁與水平線之間的夾角為。設(shè)計時，TAN035的范圍。（3）頂梁前梁頂端軌跡雙曲線是支架的工作階段。圖21四連桿機構(gòu)幾何特征FIG21FORERODSGEOMETRYFEATURELINE如圖21分析得出，為了使支架受力均勻和穩(wěn)定，應(yīng)該使E值較小。當(dāng)知道掩護梁和后連桿的長度后，在設(shè)計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構(gòu)，如圖22所示（實際上液壓支架四連桿機構(gòu)屬雙搖桿機構(gòu)）圖22掩護梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)FIG22CAVINGLOCKPIECEANDRODMECHANISM222四連桿機構(gòu)的幾何作圖法用四連桿機構(gòu)設(shè)計的幾何作圖法來確定掩護梁和后連桿的長度，如圖23所示。圖23掩護梁和后連桿計算圖FIG23CAVINGLOCKPIECEANDAFTERRODMAP設(shè)G掩護梁長度（MM）后連桿長度（MM）L2E點引垂線到后連桿下鉸點之距（MM）H1支架最高位置時的計算高度，求得H1H大22015037002201503330（MM）其中220（MM）是后連桿下鉸點與底平面之距150（MM）是掩護梁上鉸點與頂梁之距支架最小計算高度。由下式求得2H22016023002201501930（MM）2H其中P1支架在最高位置時，掩護梁和頂梁夾角度P2支架在最低位置時，掩護梁和頂梁夾角度Q1支架在最高位置時，后連桿和底平面夾角（度）Q2支架在最低位置時，后連桿和底平面夾角（度）從幾何關(guān)系可以列出如下兩式124LACOSQGP1251將以上兩式聯(lián)立可得12612COSQPGA說明根據(jù)四連桿幾何特征，選定P1,Q1,P2,Q2代入（26）式，得出A/G比值，因為支架型式不同，一般A/G的比值按以下范圍來取。支撐掩護式液壓支架，A/G的值滿足以下范圍10826A/G支架在最高位置時有27111SINQIPH因此掩護梁長度為2811SIN/SINGAP后連桿長度為29/根據(jù)A/G的比值和（27）式算出掩護梁的長度G和后連桿長度A，取整后，再重新算出P1,Q1,P2,Q2的角度，這些參數(shù)就確定了。圖24FIG24按照以上作圖步驟，利用CAXA計算機繪圖軟件，作出液壓支架四桿機構(gòu)位置及尺寸。應(yīng)用幾何作圖法得出四連桿各參數(shù)如下，,，,581P01Q26P402QMGLAB50283203203,后連桿長度A1415MM,掩護梁長度G2283MM,前連桿長度C1463MM,7TANT前后連桿下鉸點底座投影距離LDO680MM,前連桿下鉸點高度LCD538MM,支架由高到低雙紐線運動軌跡的最大寬度。ME50設(shè)計支架在最高位置時，因為支架型式不同，對于支撐掩護式液壓80,11QP支架,一般A/G的比值按如下范圍來取A/G061082,取A/G062因此掩護梁長度為MQGAPH283SIN6058SIN3I/SIN11后連桿長度為A062G1415MM取整得G2283MM，A1415MM。23液壓支架配套設(shè)備和頂梁參數(shù)的確定231采煤機和運輸機型號的確定根據(jù)配套尺寸關(guān)系，在設(shè)計中配套采煤機和運輸機型號采煤機KWB3RVW型運輸機SGZ730/320型配套尺寸的確定配套尺寸E6803158254502270（MM）2232頂梁結(jié)構(gòu)形式的確定頂梁是液壓支架的主要承載的部分，液壓支架通過頂梁來支撐頂板和管理頂板，頂梁應(yīng)該具有一定的強度。支撐掩護式支架的頂梁較長，為了改善頂梁的接頂狀況，增大梁端支撐力，這類支架采用分段組合式頂梁，它有以下幾種組合型式A鉸接分體式頂梁如圖27A所示，這種頂梁分為前梁和后梁兩部分。這種頂梁的接頂性能好，也加大了靠近煤壁頂板的支撐能力。B伸縮鉸接式頂梁它是在鉸接分體頂梁的前梁上套上可伸縮的梁，這種梁具有鉸接分體頂梁的優(yōu)點，還可以超前支護，防止片幫。C整體剛性頂梁這種頂梁結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較輕，但對頂板不平的適應(yīng)能力差，接頂不理想。多用于頂板比較平整、穩(wěn)定，很少出現(xiàn)片幫現(xiàn)象的采煤工作面。AB1前梁2后梁3前梁千斤頂4前梁伸縮千斤頂圖24支撐掩護式頂梁的結(jié)構(gòu)形式FIG24BRACINGCAVINGSHIELDCONSTRUCTION以上三種頂梁型式比較，本設(shè)計選用鉸接分體頂梁的型式。233對頂梁長度的影響1液壓支架工作方式對支架頂梁長度的影響液壓支架的工作對頂梁長度的影響很大，先移架后推溜的方式（又稱及時支護方式）需要的頂梁長度有較大；先推溜后移架方式（又稱滯后支護方式）支持模式需要短的頂梁長度。先移架后推溜時頂梁的長度需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頂梁長度受配套尺寸的影響設(shè)備配套尺寸和液壓支架頂梁長度有著直接關(guān)系。為了防止當(dāng)采煤機向液壓支架內(nèi)側(cè)傾斜時，采煤機的滾筒不截割煤壁，考慮到采煤機切割時，不一定把煤壁剪出成一個垂直面，所以在設(shè)計，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。因此，所有的配套設(shè)備包括采煤機和輸送機，都要在頂梁掩護之下工作，以此來計算出頂梁的長度。234頂梁主要尺寸的確定1頂梁長度LG2頂梁長度配套尺寸底座長度ACOSQ1GCOSP1300E100210式中配套尺寸為2270MM，底座長度為2400MM，P1580，Q1800代入公式（210）中得LG227024001415COS8002283COS580300501003454MM取整為3454MM。2頂梁面積AALGB（211）式中LG頂梁長度MM,B頂梁的寬度MM,在設(shè)計中頂梁的寬度選為1600MM,代入公式（211）得A34541600552M23支護面積FCFCBCLGM2（212）式中FC支護面積M2移架后頂梁的前端點到煤壁距離M,一般03EBC支架間距（支架中心距），一般為15M代入公式212得FC1500345430050571M24支架的理論支護阻力F12F1FCQ（2X13）式中F1支架的理論支護阻力，KNFC支護面積M2Q支護強度KN/M2X支架在最高處理論支護阻力為F157181536465571（KN）5頂板覆蓋率A/FC100（214）式中頂板覆蓋率A頂梁面積M2FC支護面積M2代入式（214）得552/5711009676頂梁其它有關(guān)尺寸的確定確定立柱上絞點，前梁千斤頂絞點、前后梁絞點、掩護梁與頂梁絞點位置（包括水平方向和垂直方向）各尺寸如圖26所示。24掩護梁的結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定241掩護梁的結(jié)構(gòu)型式掩護梁的結(jié)構(gòu)形式如圖27所示。圖26支架結(jié)構(gòu)尺寸總圖FIG26HYDROPOSTGEOMETRYMAP1頂梁；2掩護梁；3立柱；4前連桿；5后連桿；6底座；7限位千斤頂梁的結(jié)構(gòu)型式；圖27掩護梁結(jié)構(gòu)型式FIG27CAVINGLOCKPIECEMECHANISMMETHOD（1）整體直線形掩護梁掩護梁一般都為整體箱型結(jié)構(gòu)，這類掩護梁整體性能好，強度高。從側(cè)面上看，掩護梁上輪廓線形狀為直線型，目前廣為使用。（2）整體折線形掩護梁從側(cè)面看，掩護梁上輪廓線為折線型，相對地增加了工作的空間，但當(dāng)液壓支架傾斜時架間密封性差，加工工藝差，目前應(yīng)用的少。所以本次設(shè)計選用整體直線形掩護梁。242掩護梁的參數(shù)確定（1）掩護梁的長度G從前面的四連桿機構(gòu)可知，掩護梁的長度為2283MM。（2）掩護梁寬度BY本次設(shè)計掩護梁寬度和頂梁寬度一樣，所以掩護梁的寬度為1600MM。（3）掩護梁上前后連桿鉸點位置通過對比，可以得出前后連桿鉸點位置（水平和垂直方向）具體尺寸可以通過圖26中掩護梁長度可知。25立柱及主要參數(shù)的確定251立柱布置（1）立柱數(shù)現(xiàn)代過內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)一般為4根；掩護式支架為2柱；支撐掩護式支架為4柱。（2）支撐方式支撐式液壓支架立柱是垂直布局。掩護式液壓支架呈傾斜狀，因為它可以克服一部分水平力，并能夠增加調(diào)高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于300（支架在最低位置時），角度較大，增加調(diào)高范圍。同時由于頂梁較短，加大立柱傾角能夠使頂梁柱窩位置往前移，使頂梁前端支護能力增大。支撐掩護式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁垂線夾角小于100（支架在最高位置時），由于夾角較小，所以有效支撐能力較大。（3）立柱間距立柱間距指支撐式和支撐掩護式液壓支架來說即前、后柱的間距。支撐式和支撐掩護式支架的立柱間距為115M。（4）立柱類型立柱根據(jù)動作方式分為單作用與雙作用；根據(jù)結(jié)構(gòu)來分類，分為活塞式與活柱式；根據(jù)伸縮方式分為單伸縮與雙伸縮，如圖210所示。ABCDEFA單作用活塞式；B單作用柱塞式；C雙作用活塞式；D、E、F雙伸式圖28立柱類型FIG28COALSORTING252立柱主要參數(shù)確定1立柱缸體內(nèi)徑和活塞外徑A立柱缸體內(nèi)徑的確定（2140COSDDAMFDNP15）式中立柱數(shù)目DN支架承受的理論支護阻力（KN）KN1FXC1QF立柱在液壓支架在最低位置時軸線與頂梁的垂線夾角取M10M安全閥正壓力，本設(shè)計中選用的安全閥為型，APBYF1AAMP40代入公式（215）得DDM90COS413/46570查表取整為200MM。代回原公式可求得，所以可行。A2M2D1A40MP637COS1043650COSADNF40P506380100110125140（145）160180200（210）220（230）250表21立柱缸體內(nèi)徑的標準值TABLE21COLUMNCYLINDERINNERDIAMETERSTANDARDVALUES表22單伸縮立柱的缸徑、柱徑組配合關(guān)系TABLE22SINGLETELESCOPICCOLUMNDIAMETER,COLUMNDIAMETERGROUPCOOPERATIONRELATIONSHIP缸體內(nèi)徑（MM）250220200180160140125活柱外徑（MM）240210190185170130130105工作阻力KN2352196017641372784784588額定工作壓力MPA5051658456150751950推薦選用管材缸體29928273322452821925194221802415020鋼材規(guī)格（MM）活柱24526219252002419425180241592014018115元鋼材2立柱初撐力和工作阻力A初撐力216KN104DB2E1053P21式中泵站額定工作壓力減去從泵站到支架沿城壓力損失后的值。（泵BPABM站額定工作壓力PB，本設(shè)計?。?5B立柱工作阻力217KN1257401P04D2A2E2因為，則此安全閥可行。21P26千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)確定浮動活塞式推移千斤頂，因為掩護式和支撐掩護式液壓支架的重量較大,為了增大移架力,就要提高缸徑或者增加供液壓力。如果使用直接推移方式的話，在提高移架力的過程同時，推溜力也將有所增加，這樣就有可能推壞溜槽，所以為了解決這個問題，就要設(shè)計成移架力大于推溜力的方式，浮動活塞方式就是滿足這樣的結(jié)構(gòu)形式。261浮動活塞式推移千斤頂?shù)膭幼髟砘钊贿M液，活塞桿腔回液，因為活塞空套在活塞桿上，活塞推到前方，活塞桿在壓力液作用下推溜，活塞桿面積小，推溜力小。移架時，活塞桿腔進液，缸體前移而移架，因為活塞桿腔環(huán)形面積大于活塞桿面積，所以移架力大于推溜力。262浮動活塞式推移千斤頂1浮動活塞式推移千斤頂推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑按下兩式聯(lián)立求得32182BTDP/40FD219TD式中DT推移千斤頂缸體內(nèi)徑MMDT推移千斤頂活塞桿直徑MM推移千斤頂移架力，KN，一般取,本次選為200KNF250KN1FF推移千斤頂推溜力，KN一般取P推移千斤頂處泵站來壓P326MPA，取為32MPABB將代入219公式得F4DT6308MM將代入218公式得4DT10925MM式中DT、DT取整標準值為DT110MM，DT63MM。2推移千斤頂?shù)耐屏锪鸵萍芰推溜力975KNFB移架力204327側(cè)護板271側(cè)護板的結(jié)構(gòu)和型式側(cè)護板的結(jié)構(gòu)如圖29所示。通常采用兩種類型。一種是側(cè)護板在頂梁的外側(cè)。這種類型側(cè)護板又有三種型式，圖29A，頂梁上無頂板，側(cè)護板易被冒落矸石壓住，影響側(cè)護板的伸縮；圖29B、C，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點，但支架承受偏載時，側(cè)護板裝置受力很大。另一種是鉸接式側(cè)護板，如圖29D、所示。它克服了以上兩種側(cè)護板的缺點，但由于架間側(cè)護板造成三角帶容易填入碎矸，影響架間密封效果。圖29側(cè)護板結(jié)構(gòu)的形式FIG29MININGSORTINGMECHANISMMETHOD272側(cè)護板尺寸的確定（1）頂梁側(cè)護板側(cè)向?qū)挾软斄簻y護板側(cè)向的寬度，根據(jù)液壓支架的升降高度和推移步距來確定。即當(dāng)前一架升起時，另一架降柱時，需要保證相鄰兩架之間側(cè)護板不能夠脫離接觸，同時又要考慮到支架降柱后需要向前前移動，為了防止頂梁后部側(cè)護板脫離了接觸，所以頂梁的側(cè)護板后部需要加寬，加寬長度一般為從頂梁的后部起大于一個移架的步距。（2）掩護梁側(cè)護板側(cè)向?qū)挾妊谧o梁的側(cè)護板側(cè)面寬度，需要考慮移架的步距，一般比一個移架的步距大100MM，當(dāng)一個架固定，另一架前移時，兩架之間才能封閉，同時考慮到降架前移時，掩護梁側(cè)護板的下部不至于脫開，所以在掩護梁的下部需要加寬。（3）頂梁與掩護梁的側(cè)護板的上部寬度和活動側(cè)護板的行程有關(guān)系，從兩臺相鄰支架距離的確定。本次設(shè)計選用頂梁和掩護梁測擴板上部寬度為200MM。（4）本次設(shè)計兩側(cè)活動的側(cè)護板活動方式。28前梁千斤頂推拉力的確定220B2PD/4PKN98453液壓支架的受力分析31支撐掩護式支架受力分析與計算當(dāng)液壓支架撐牢在頂?shù)装逯g時，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平衡狀態(tài)，據(jù)此，把支架簡化成平面桿系進行受力分析和計算。支架整體受力如圖32所示圖31支撐掩護式整體受力FIG31BRACINGCAVINGSHIELDLININGRESISTANCE（1）取前梁為分離體進行受力分析，如圖33所示。圖32前梁分離體受力FIG32LOCKPIECELIBERATIONMAP求A點的內(nèi)力,Y和FM為AX（31）AXWFCOSPMK式中XA前梁A梁點所受水平力，KN待求PK前梁千斤推力。P29845KNK前梁千斤頂水平傾角，00代入公式（31）得275KNXA（32）12KLHCOSPSINFM式中前梁千斤頂鉸接點距頂梁距離取330MM1H前后梁鉸點距頂梁距離取95MM2前梁長度取900MM1L代入公式（32）得5793KNFM（33）SINPYA式中Y前梁點受垂直力KNAFM前梁千斤頂所受集中力KN前梁千斤頂水平傾角00代入公式（33）得YA7793KN（1）取后梁為分離體進行受力分析，如圖34所示（3AKABNBXCOSPSINIPWFX124）（3ABAKNBYSPCSIY215）式中后梁所受集中力KNBX后梁所集中力KNNF頂梁千斤頂板摩擦系數(shù)，03前排立柱的合力2514（KN）APAP后排立柱的合力，P2514（KN）BB的反作用力K的反作用力BAY,XBA,后梁B點所受垂直力，KNY圖33后梁分離體受力FIG33AVINGSHIELDPRESSURE由式34和35聯(lián)立，求FN5TANBXYAK2BABAKNXCOSPSINIPWFY121整理得5TGXCOSPSINPSISIYCOSPSWTG1FAK2B1AKA2B1AN（36）式中瞬心角（度）代入公式（36）得FN528923KN5由式（34）得X117193KNB由式（35）得Y35829KN5X（37）N63K26A42A652B6415B41A6FHPHXLHSINPSICOPLCSFW式中X后梁集中力作用點與頂梁后端之距MMH7掩護梁與頂梁鉸點與頂梁上表現(xiàn)之距，H7150MML4前排立柱上鉸點與頂端后端之距，L41425MML5后排立柱上鉸點與頂梁后端之距，L5600MMH4前排立柱上鉸點與頂梁上表面之距，H4200MMH5后排立柱上鉸點與頂梁上表面之距，H5200MML2前排立柱上鉸點與前后梁鉸點之距，L21007MM代入公式（37）得5X96193MM（3）取掩護梁為分離體進行受力分析。如圖35所示。寫出連桿受力F,的表達式。56圖34掩護梁分離體受力FIG34CAVINGLOCKPIECELIBERATIONPRESSURE（3443B6SINCOTGYXF8）式中F6后連桿力；KN4后連桿與水平面的夾角；度5前連桿與水平面的夾角；度的反作用力。BAY,XBA,代入公式（38）得6KN23491F6（3346B5/SINY9）式中F前連桿力，KN5代入公式（39）得6KN356F（4）頂梁載荷分布把頂梁所受頂板的載荷求出后，就可以進一步計算出載荷在頂梁上面的分布情況。由于頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實際分布很復(fù)雜。為了使計算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸并且載荷為線性分布。設(shè)頂梁長為LG頂板的集中載荷為F1,其作用點距頂梁一端為X。圖35頂梁三角形載荷分布FIG35LOCKPIECETRIANGULARPRESSURE當(dāng)LG/3時，載荷分布為三角形，如圖36所示X頂梁前端比壓Q2為零，后端比壓Q3為710310M1B2F3式中Q3頂梁后端比壓,MPABM頂梁寬度，BM1600MM代入公式（310）得MPA24Q3（5）支護強度液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，它的結(jié)構(gòu)尺寸已確定。再經(jīng)過受力分析，它的外載荷也已確定。因此可計算出液壓支架的實際支護強度如下式9（33M10BLGFQ11）式中LG頂梁長度，MMBM頂梁寬度，MM頂梁前端至煤壁的距離，MM代入公式（311）得100869MPA3C10FQ（6）支護效率整臺液壓支架的工作阻力是從立柱工作阻力產(chǎn)生的。對掩護式支架和支撐掩護式支架而言，兩者并不是相等的。根據(jù)支護效率來評價立柱工作阻力轉(zhuǎn)為支架工作阻力的有效程度，支護效率按下式計算312PF1式中P支架的名義工作阻力,KN支護效率值與支架的架型、結(jié)構(gòu)尺寸和支架高度有關(guān)，值過大或過小都不好。以為支架的工作阻力F1是立柱工作阻力之和的垂直分力以及掩護梁和前、后連桿來共同承擔(dān)的，而立柱的工作阻力之和不變，當(dāng)值過大時，表示掩護梁和前、后連桿受載增大，對于掩護梁和前、后連桿有不利的影響；所以當(dāng)值過小時，說明立柱工作阻力不能充分發(fā)揮性能。一般要求在液壓支架工作段過程中，支撐掩護式支架因為立柱傾角較小，所以值應(yīng)在95105之間；32液壓支架受力的影響因素掩護式和支撐掩護式支架在工作過程中，各個部件的受力是變化的，它的影響因素有許多的方面。當(dāng)進行支架設(shè)計時，需要注意到以下這些因素及其影響的規(guī)律，找出主要部件受力最大的狀態(tài)。321支架高度對支架受力的影響支撐式支架的支護高度對支架受力沒有影響，而掩護式和支撐掩護式支架，由于支護高度的變化，使立柱的支撐角度、平衡千斤頂?shù)慕嵌?、掩護梁的四連桿的角度等的不同，使支架受力也不同。322摩擦系數(shù)對支架受力的影響液壓支架在工作過程中，頂梁與頂板、底座與底板以及掩護梁與它上面的矸石之間均存在著相對運動，因此在相對運動兩者之間產(chǎn)生摩擦力。這摩擦力的大小與摩擦系數(shù)W有關(guān)，并且直接影響支架受力、支護效率等。323前梁千斤頂?shù)耐评χЪ艿氖芰τ绊懸簤褐Ъ茉趯嶋H的工作過程中，前梁千斤頂?shù)耐屏屠κ亲兓?。按支架在如下工況時進行計算支護高度為頂梁承受最大合力時的高度值，矸石作用力0，摩擦系3P數(shù)W03，并且按前梁千斤頂產(chǎn)生的推力和拉力兩種情況分別進行支架的受力計算，研究結(jié)果得出，前梁千斤頂產(chǎn)生拉力時，頂梁后端比壓增大，能夠增加切頂能力，底座比壓分布狀態(tài)較好，這樣連桿受力較小；當(dāng)頂梁千斤頂產(chǎn)生推力時，頂梁合力的作用點向前前移，將使頂梁前端支撐能力提高，底座前端的比壓增大，連桿受力也將增加。324TG值支架受力的影響TG值對支架受力的影響，TG值增加，附加力也提高。當(dāng)摩擦系數(shù)W03，TG1時，附加力可高達支架名義工作阻力的30。因此，TG值過大對于液壓支架受力有不利的影響。在支架的工作高度范圍內(nèi)，一般把TG值控制在035以下，把附加力控制在支架名義工作阻力的10范圍下。4液壓支架的底座設(shè)計底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。因此，底座除了滿足一定的剛度和強度要求外，還要求對底板起伏不平的適應(yīng)性要強，對底板接觸比壓要小，要有足夠的空間能安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其它輔助裝置，要便于人員操作；能起一定的擋矸排矸作用等。41底座的結(jié)構(gòu)型式及尺寸確定411底座的結(jié)構(gòu)型式（1）整體剛性底座底座用鋼板焊接成的箱形結(jié)構(gòu)，底部封閉。具有較強的強度、穩(wěn)定性好、對底板比壓小的特點；缺點是排矸性能差。該底座適用于底板比較松軟、采高與傾角較大以及頂板穩(wěn)定的采煤工作面。（2）分式剛性底座底座分為左右對稱的兩部風(fēng)，上部用過橋或箱型結(jié)構(gòu)將左右部分固定連接。這種底座在剛性、穩(wěn)定性和強度等方面基本與整體剛性底座相同，由于安裝推移裝置通道的底座不封閉，故排矸性能好。該底座適用于各類支架，在底板比壓允許的條件下，廣為應(yīng)用。（3）左右分體底座底座由左右兩個獨立而又對稱的箱型構(gòu)件組成，兩部分之間用鉸接過橋或連桿連接，并可在一定范圍內(nèi)擺動。對不平底板適應(yīng)性較好；缺點是底座面積小、穩(wěn)定性差，故不宜采用。（4）前后分體底座底座由前后兩個獨立而又對稱的箱型構(gòu)件組成，用鉸接或連板連接。對地板的適用好，多用于多排立柱、支撐掩護式、端頭支架等。通過以上幾種形式的底座比較，本次設(shè)計采用底座型式為整體剛性底座，如圖41D圖41底座的結(jié)構(gòu)型式FIG41BOTTOMCARRIERMECHANISMMETHOD本設(shè)計的液壓支架采用的整體剛性底座前端都做成滑撬形，為了減少支架的移動阻力，同時使底座后部重量大于前端，避免了在移架時底座啃底，底座與立柱間連接處用鑄綱球棉面柱窩接觸，避免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。在底座中間后部去掉一塊，減少底座后部與底板的接觸面積，提高底座后部比壓，同時有利排矸。412底座主要尺寸的確定（1）底座長度L2底座長度為2400MM。（2）底座寬度底座寬度為1500MM。（3）底座其它尺寸的確定通過比較，確定立柱下絞點，連桿下絞點位置（水平與垂直方向距離）具體尺寸見圖28。42液壓支架的底座受力分析及計算取底座為分離體進行受力分析，如圖42所示，可求出底板對底座的支撐反力及F1作用點的位置如下X104135462B1ASINFICOSPSF42172B91835983561A797LCOPWHLINFHCOPINP圖42底座分離體受力FIG42BASEISOLATEDBODYFORCE式中F1底座集中力大小，KNF5F5的反作用力,KNX底座集中力距底座后端距離，MMH7前后立柱下鉸點距底座下平面之距，H7160MMH8前連桿下鉸點距底座下平面之距，H8538MMH9后連桿下鉸點距底座下平面之距，H9220MML6前后立柱下鉸點之距，L6825MML7后排立柱下鉸點與底座后端之距，L7995MML8前后連桿下鉸點小平距離，L8680MMPA,PBPA,PB的反作用力將式（41），（42）聯(lián)立可得。X,F1KN16537MN876因為液壓支架的重量相對于支架所受工作阻力小，所以支架的重量可以忽略不計，支架底座集中力和頂梁集中力相等,10KN6537F43液壓支架底座接觸比壓計算頂板對支架的巨大載荷通過整臺支架傳到底板，在液壓支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。因為底板巖性不同、含水量不同、高低不平等因素，使底板具有不同的抗壓強度。底座對底板的比壓值應(yīng)小于底板的抗壓強度否則底座回陷入底板，導(dǎo)致移架困難，頂?shù)装逡平吭龃笠约爸瘟档偷痊F(xiàn)象。431底座平均接觸比壓底座對底板的平均比壓按下式計算10433BLRQDD式中底座對底板平均比壓,MPADQL底座長度，MMB底座當(dāng)量寬度，MMDR底座對底板合力，與底座對底座合力成作用力與反作用力，KN1F底座型式如圖41所示。下式計算1DBD212LHB整理得441DD212圖43底座與底板接觸面積計算圖FIG43BASECONTACTWITHTHEFLOORAREACALCULATIONCHART如圖43，取L2400MM,B21500MM,168MM,450MM,650MM,D1L21H2將已知數(shù)據(jù)代入公式（44）得1B13998MMD由式（43）得QD16MPA432底座最大、最小接觸比壓假設(shè)底座對底板均勻接觸且載荷為線性分布。1當(dāng)LD/3時，底座比壓呈倒三角形分布，如圖44所示。X底座后端比壓為1（43D510BXF2Q5）式中底座后端比壓，MPA5Q其它符號意義同前。2當(dāng)LD/3LD/2時,底座比壓呈倒梯形分布，如圖45所示。X底座前端比壓為463D2140BLX6FQ底座后端比壓為473D21510BX6Q式中底座前端比壓，MPA4Q（3）當(dāng)LD/22LD/3時,底座比壓呈正梯形分布，如圖46所示。X底座前端比壓為1483D2140BLX6FQ底座后端比壓為1493D21510BX6Q（4）當(dāng)2LD/3時，底座比壓呈三角形分布，如圖47所示。X底座前端比壓為4103D410BX3LF2Q圖44圖45FIG44FIG45圖46圖47FIG46FIG475底座最大、最小接觸比壓Q4,Q5由75687MM,LD2400MM得X/3LXD因此，底座比壓呈倒三角形分布,載荷分布示意圖如圖44所示由式45得1Q40,Q5338MPA44對底座設(shè)計的要求及減少底座前端比壓的措施441對底座設(shè)計的要求底部最大比壓限制在底板抗壓強度之內(nèi),針對底面壓力通常巖石抗壓強度的四分之一,因此,設(shè)計選擇地板最低許用壓力1962156N/CM2,軟層小于98N/平方厘米。為了減少接觸壓力,設(shè)計可適當(dāng)增加地上接觸汽車前水平距離通常大于300毫米的基礎(chǔ)寬度。442減少底座前端比壓的措施1把推移千斤頂傾斜布置，可使液壓支架底座前端鉸接的活塞桿抬高。缸體端頭固定一卡軸，使與輸送機相連的臂桿和其鉸接。如果這樣，移架時推移千斤頂就可以產(chǎn)生一個向上的分力，把支架底座稍抬起而向前前移，避免移架時底座前端在啃底。在底板軟弱的采面，底座下陷后，靠其抬起底座，減少移架困難是有用的。2采用底座提升千斤頂，移架時將底座前端提起。安裝在底座前端的提升千斤頂，其缸體固定在底座上，活塞桿滑套在筒形梁上。筒形梁放在推移千斤頂外面，推溜時隨缸體一起前移。移架時，提升千斤頂活塞腔進壓力液，活塞桿推動筒形梁著地（但推移千斤頂不受橫向力），缸體將底座前端提起，推移千斤頂活塞桿收縮支架前移時，鉸接在提升千斤頂活塞端的滑套，在筒形梁上滑動。45底座的強度計算底座強度計算一般按底座中點或兩端接觸底板計算求底座各截面彎矩，具體計算步驟和方法如下1求總水平力和總垂直力1前連桿水平分力PCX1778KN35COSF前連桿垂直分力PCY3080KNIN后連桿水平分力PDX606KN46后連桿垂直分力PDY3438KNSI前立柱水平分力PAXPASIN5219KN前立柱垂直分力PAYPACOS52504KN后立柱水平分力PB