1、中國礦業(yè)大學(xué)2006屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 117 頁目 錄1 緒論11.1液壓支架發(fā)展歷史41.2我國液壓支架的發(fā)展51.3放頂煤開采工藝及放頂煤液壓支架61.3.1放頂煤采煤方法的發(fā)展61.3.2放頂煤液壓支架發(fā)展及特點(diǎn)71.4液壓支架的組成111.5液壓支架的支護(hù)方式111.6液壓支架的工作原理111.6.1支架升降和推移121.6.2支架的承載過程131.7采煤工作面液壓支架設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)必要的基本參數(shù)141.7.1采煤工作面對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)要求141.7.2液壓支架設(shè)計(jì)的基本參數(shù)141.8本文做的主要工作152 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)152.1支架主要尺寸的確定152.1.1支架的高度和

2、支架的伸縮比152.1.2支架間距和寬度的確定162.2支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定172.2.1四連桿機(jī)構(gòu)的作用172.2.2四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求182.3四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)192.3.1四連桿機(jī)構(gòu)的電算法202.3.2四連桿機(jī)構(gòu)的作圖法292.4頂梁長度的確定292.4.1支架工作方式對(duì)頂梁長度的影響292.4.2頂梁長度計(jì)算303 放頂煤液壓支架主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)313.1支架主要部件的設(shè)計(jì)要求313.2前梁的設(shè)計(jì)323.2.1伸縮式前梁（圖3.1）323.2.2挑梁式前梁（圖3.2）323.3頂梁的設(shè)計(jì)333.3.1中四連桿機(jī)構(gòu)的頂梁 （圖3.3）333.3.2后四連桿機(jī)構(gòu)的頂梁343.4底座的設(shè)計(jì)3

3、43.4.1中四連桿機(jī)構(gòu)的底座（圖3.4）343.4.2后四連桿機(jī)構(gòu)的底座（圖3.5）353.5掩護(hù)梁和連桿的設(shè)計(jì)353.6推移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)363.7放煤口及放煤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)363.7.1中四連桿機(jī)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)363.7.2后四連桿機(jī)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)373.8噴霧降塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)393.8.1噴霧降塵系統(tǒng)的組成393.8.2設(shè)計(jì)原則403.9液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)403.9.1液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)403.9.2支架的工作機(jī)構(gòu)413.9.3控制系統(tǒng)423.10液壓支架的主要技術(shù)參數(shù)423.10.1支護(hù)面積423.10.2支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)效率423.10.3 zfs5000/32/47放頂煤液壓支架性能參數(shù)一覽表4

4、34 立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算464.1單伸縮立柱缸徑和工作阻力的確定464.1.1單伸縮立柱缸徑的確定464.1.2泵站壓力的確定474.1.3立柱初撐力的計(jì)算474.1.4立柱工作阻力的計(jì)算474.1.5立柱缸體壁厚的計(jì)算484.2立柱強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算484.2.1立柱缸體強(qiáng)度驗(yàn)算484.2.2立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算494.2.3立柱活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算514.2.4立柱的縱向彎曲穩(wěn)定性計(jì)算545 液壓支架受力分析565.1概述565.1.1支架工作狀態(tài)565.1.2計(jì)算載荷的確定565.2支架受力分析與計(jì)算575.2.1前梁的受力分析與計(jì)算585.2.2放煤機(jī)構(gòu)的受力分析與計(jì)算595.2.3主頂梁的受力

5、分析與計(jì)算605.2.4掩護(hù)梁的受力分析與計(jì)算625.2.5前連桿的受力分析與計(jì)算635.2.6后連桿的受力分析與計(jì)算635.2.7底座的受力分析與計(jì)算635.3頂梁的載荷分布655.4底座接觸比壓676 液壓支架強(qiáng)度計(jì)算696.1強(qiáng)度條件696.2前梁強(qiáng)度校核706.3頂梁強(qiáng)度校核746.4掩護(hù)梁強(qiáng)度校核796.5底座強(qiáng)度校核826.6前連桿強(qiáng)度校核866.7后連桿強(qiáng)度校核896.8放煤尾梁強(qiáng)度校核916.9各結(jié)構(gòu)件連接處的強(qiáng)度計(jì)算917 液壓支架的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和發(fā)展趨勢(shì)947.1液壓支架的研究途徑947.3液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)957.4本文存在的問題96結(jié) 論98參 考 文 獻(xiàn)100翻譯部分

6、101英文原文（見參考文獻(xiàn)19.p157）101self-advancing hydraulic powered supports101frame102chock104shield105中文譯文107致 謝1121 緒論我國煤炭儲(chǔ)量十分豐富，1979年世界能源會(huì)議估計(jì)我國煤炭資源為15000億噸，其中煤層厚度大于3.5米的厚煤層占40%左右。從采煤工藝看，我國1972年開始裝備綜合機(jī)械化采煤，至1990年已經(jīng)達(dá)到29.8%。當(dāng)時(shí)對(duì)厚度在3.55米的煤層多采用一次采全高工藝，特別是大采高支架，平均單產(chǎn)可超過3萬噸，最高超過6萬噸，最高月產(chǎn)142211噸。然而，對(duì)于厚度大于5米的特厚煤層的開采，存

7、在著產(chǎn)量低、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全差等問題，盡管分層開采技術(shù)較為成熟，但其成本高、工序多，影響效率。1.1液壓支架發(fā)展歷史歷史地來看，大約在四五十年前回采工作面還是采用木支柱。隨著刨煤機(jī)、鉆削式和滾筒式采煤機(jī)等快速采煤機(jī)的使用,木支柱既不能對(duì)頂板提供足夠大的阻力，其支設(shè)和回收亦難滿足連續(xù)采煤的要求。于是，剛性木支柱被可壓縮性摩擦和液壓支柱所代替，并以支柱加鉸接頂梁的結(jié)構(gòu)形式支護(hù)回采工作面。1954年，英國研制出垛式支架。它主要由安裝在矩形整體底座上的立柱和頂梁組成。幾個(gè)月后，英國奧爾蒙德煤礦的低主煤層的整個(gè)工作面都裝備了這種支架。這就是世界上首個(gè)裝備液壓支架的采煤工作面。從此，開創(chuàng)了煤炭工業(yè)

8、的新時(shí)代。1958年法國試驗(yàn)成功了節(jié)式支架。五十年代末，為開采煤層厚超過2m的松散和破碎頂板條件下的褐煤，前蘇聯(lián)開始研制掩護(hù)式液壓支架，并于1961年在阿樂斯-科拖舉辦的貿(mào)易展覽會(huì)上展出了omkt型掩護(hù)式支架。這種支架頂梁很短，僅0.8m，并與掩護(hù)梁鉸接，單根朝前傾斜液壓支柱連接著掩護(hù)梁和底座。當(dāng)支架在其工作高度范圍內(nèi)升降時(shí)，頂梁頂點(diǎn)相對(duì)于煤壁作圓弧運(yùn)動(dòng)。這樣，不僅影響了支架的承載能力，而且端面距變化很大，不利于頂板的維護(hù)。但比起垛式和節(jié)式支架，掩護(hù)式支架能有效的控制頂板，防止開采過程中矸石滲入工作面，工作能力很好 。為了保持頂梁端點(diǎn)相對(duì)于煤壁作近似的直線運(yùn)動(dòng)，在omkt型掩護(hù)式支架的基礎(chǔ)上作

9、了許多改進(jìn)：1.利用支架滑架，即把支撐掩護(hù)梁的支座利用千斤頂沿滑架向前移動(dòng)一個(gè)位置，以補(bǔ)償由于立柱升高時(shí)端面距加大的差值。2.利用伸縮頂梁，即當(dāng)立柱升高時(shí)，在頂梁里利用千斤頂將頂梁伸出，以保持端面距基本不變。3.將四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用于支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，研制出具有四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架，不僅從根本上解決了端面距變動(dòng)大和支架不能承受水平力的問題，而且開辟了液壓支架設(shè)計(jì)的新時(shí)代。4.1964年，英國國家煤炭局實(shí)施液壓支架試驗(yàn)規(guī)范；1965年，f.dobson等人研制的剛性底座都促進(jìn)了液壓支架的進(jìn)一步發(fā)展。60年代末和70年代初，隨著液壓支架在歐洲使用經(jīng)驗(yàn)的日益增加，支架結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大變化。長頂梁、二柱、

10、四柱以及多柱四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架相繼問世。并且，為適應(yīng)底板不平，底座采用分離鉸接式結(jié)構(gòu)；對(duì)于松軟底板，為減小底板比壓，采用接觸面積較大的底座；為防止碎矸竄入采區(qū)，采用了各種防竄矸的掩護(hù)裝置。1974年，英國國家煤炭局實(shí)施的“高科技采礦工程”推動(dòng)了液壓支架及采煤設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展。這項(xiàng)工程要求在選擇工作面綜合采煤設(shè)備時(shí)，必須采用最先進(jìn)的設(shè)備和開采工藝，以提高煤炭產(chǎn)量和改善作業(yè)環(huán)境。進(jìn)入70和80年代，液壓支架又有了新的發(fā)展。頂梁不僅實(shí)現(xiàn)了“立即前移支護(hù)”，而且整個(gè)支架安裝了電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制與操作。1981年杜賽爾多夫采礦展覽會(huì)上，展出了液壓連桿式液壓支架和具有液壓調(diào)高機(jī)構(gòu)的掩護(hù)式支架，并研

11、制出采高為6m的大采高支架及放頂煤支架；對(duì)于堅(jiān)硬巖層設(shè)計(jì)了強(qiáng)力液壓支架等。1.2我國液壓支架的發(fā)展我國研制液壓支架起步也不算晚。1959年10月，原北京礦業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)了三種液壓支架。1961年設(shè)計(jì)了“本溪-型”支架，并制造出樣機(jī)進(jìn)行井下試驗(yàn)。1965年北京煤炭科學(xué)院和鄭州煤礦機(jī)械廠協(xié)作制造出仿英支架。1967年，太原煤炭研究所首次研究出四組邁步式支架，經(jīng)修改后于1972年由鄭州煤礦機(jī)械廠制造，并進(jìn)行井下試驗(yàn)。1970年又為大同礦務(wù)局設(shè)計(jì)了tz-140型支架，在此基礎(chǔ)上研制出tz-支架，開發(fā)了tz-ib、tz-、tz-、tz-和tz-型等液壓支架。1973年，北京煤礦機(jī)械機(jī)械廠生產(chǎn)出第一套bzz垛

12、式支架，在陽泉礦務(wù)局使用。它是發(fā)展我國液壓支架的起點(diǎn)。此外，有關(guān)院校、研究所和制造廠合作，還研制出一批較有成效的液壓支架，如zy-3、wkm-400、bzzb、kd-280和fx-440等。這些液壓支架由于受到多種因素的限制，雖然使用效果不佳，幾乎全被淘汰，但為后來研制和開發(fā)更好的架型提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。1974年和1979年，我國先后從英國、原聯(lián)邦德國、波蘭三國的五大公司進(jìn)口了48套和100套綜采設(shè)備。國外先進(jìn)支架的引進(jìn)，促進(jìn)了國產(chǎn)液壓支架設(shè)計(jì)和制造水平的明顯提高。到1983年末，全國在籍的各類支架共31990架。其中，國產(chǎn)支架64套，其性能質(zhì)量和使用效果都是早期支架所不能比擬的。從70年代至

13、今，光煤炭科學(xué)研究總院北京開采所共研制出30余種不同結(jié)構(gòu)型式的液壓支架。架型包括：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式，還有特殊采煤工藝用液壓支架，如放頂煤支架，水砂填充支架及端頭支架等。其中，20多種支架已通過鑒定，五種支架獲獎(jiǎng)。總之，我國液壓支架是從50年代末開始著手研制，經(jīng)歷可研制試驗(yàn)、引進(jìn)、仿制和改進(jìn)創(chuàng)新等階段，直到現(xiàn)在的獨(dú)立設(shè)計(jì)階段。目前，除液壓支架電液控制和支架計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與繪圖方面落后于國外，其他方面均以達(dá)到國外同期水平。1.3放頂煤開采工藝及放頂煤液壓支架放頂煤綜采近年來在我國得到迅速的發(fā)展。放頂煤綜采技術(shù)的推廣使用，擴(kuò)大了綜合機(jī)械化開采的使用范圍，簡(jiǎn)化了礦井的采掘系統(tǒng)和生產(chǎn)組織，大幅

14、度地提高了綜采工作面的勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)量，降低了煤炭的生產(chǎn)成本，在煤礦生產(chǎn)上取得了顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。 1.3.1放頂煤采煤方法的發(fā)展放頂煤采煤方法，就是在開采煤層的底部，或在特厚煤層中部位置，布置采煤工作面，利用工作面礦山壓力的作用或輔以爆破等方法，將頂煤破碎并促使其垮落，而后將垮落的頂煤由工作面后方或工作面支架前方放出。放頂煤采煤方法在很早以前就用于開采厚煤層。如我國以前使用過的高落式采煤法就屬于這種采煤方法。在當(dāng)時(shí)，放頂煤開采是不正規(guī)的，完全手工式的，而且煤炭損失特別大，長期以來受到嚴(yán)格限制。還有倉儲(chǔ)式采煤法、倉房式采煤法也都屬于早期的放頂煤開采方法。隨著煤炭開采技術(shù)的發(fā)展，特別是煤礦支

15、護(hù)設(shè)備的發(fā)展，放頂煤采煤法已經(jīng)發(fā)展成為一種正規(guī)的采煤方法。放頂煤開采方法的應(yīng)用條件，也由開采殘留煤柱、極不穩(wěn)定的特厚煤層，發(fā)展到穩(wěn)定的各種傾斜煤層的常規(guī)工作面，特別是賦存穩(wěn)定的長臂工作面的開采。放頂煤開采方法按工作面的巷道布置方式可分為：緩傾斜、傾斜特厚煤層預(yù)采頂分層煤（鋪網(wǎng)或不鋪網(wǎng)）放頂煤開采法；緩傾斜、傾斜特厚煤層預(yù)采中間層放頂煤采煤方法；緩傾斜、傾斜特厚煤層一次采全厚放頂煤采煤法；急傾斜特厚煤層水平分段放頂煤采煤法。按放頂煤工作面的回采工藝方式可分為：炮采放頂煤開采；普通機(jī)械化放頂煤開采；綜合機(jī)械化放頂煤開采。放頂煤工作面的機(jī)械化程度與普通的采煤工作面一樣，也經(jīng)過了緩慢的發(fā)展過程。其主要

16、體現(xiàn)在落煤、支護(hù)、放頂煤和運(yùn)煤等方式四個(gè)方面。落煤方式由手鎬、風(fēng)鎬、炮采發(fā)展為機(jī)采（采煤機(jī)或刨煤機(jī)）；支護(hù)方式由木支護(hù)、金屬摩擦支柱、單體液壓支柱、滑移頂梁支架發(fā)展為放頂煤液壓支架；放煤方式由手工落、裝發(fā)展為雙輸送機(jī)。回采巷道內(nèi)運(yùn)輸也由運(yùn)量較小的刮板輸送機(jī)發(fā)展為運(yùn)量大、運(yùn)距長的帶式輸送機(jī)運(yùn)煤；工作面的作業(yè)方式也由采、放輪流作業(yè)，發(fā)展為采、放平行作業(yè)，大大提高了工作面的產(chǎn)量和效率。下面重點(diǎn)介紹低位放頂煤綜采：低位放頂煤綜采的顯著特征是支架的放煤口位置低、尺寸大。而且是連續(xù)的，多為插板式，無脊背煤炭損失，支架的四連桿機(jī)構(gòu)置于支架中間，后輸送機(jī)置于支架拖板上或直接在底板上。低位放頂煤綜采的主要優(yōu)點(diǎn)為

17、放煤在支架后下方，放煤效果好，煤塵小。后輸送機(jī)外運(yùn)煤炭順利，一般不需清理后方浮煤。支架尾梁還可以擺動(dòng)，以利提高頂煤的回收率。但低位放頂煤支架的穩(wěn)定性差，工作面端頭的維護(hù)較困難。該類支架在窯街礦務(wù)局、兗州礦務(wù)局鮑店煤礦均取得高產(chǎn)、高效。低位放頂煤綜采如圖1.1所示。1.3.2放頂煤液壓支架發(fā)展及特點(diǎn)自60年代法國率先研制節(jié)式放頂煤支架開采特厚煤層取得成功以來，70年代法國、英國、匈牙利、原聯(lián)邦德國、前蘇聯(lián)等國家又先后研制出插板式、開天窗式、后開門式放頂煤液壓支架，使特厚煤層采煤工藝有了新的突破，產(chǎn)量與效率不斷提高。以匈牙利奧伊克礦為例，使用vhp730型支架，開采厚6.2米煤層，平均月產(chǎn)量達(dá)到3

18、.39萬噸，效率26.1噸/工，工作面回收率91%。我國綜采放頂煤開采開始于1982年，是由鄭州煤礦機(jī)械廠、煤炭科學(xué)研究圖 1.1 低位雙運(yùn)輸機(jī)放頂煤綜采示意圖1放煤口；2前輸送機(jī)；3后輸送機(jī)總院北京開采所、沈陽煤研所共同研制的fy40014/28中位放頂煤支架在沈陽局蒲河礦安裝試驗(yàn)；10多年來得到了迅速的發(fā)展，截止到1993年，已經(jīng)在13個(gè)省的26個(gè)礦務(wù)局59個(gè)工作面使用，達(dá)到了日產(chǎn)萬噸，月產(chǎn)31萬噸，年產(chǎn)253萬噸的生產(chǎn)水平，成為世界上綜采放頂煤開采技術(shù)發(fā)展最快、擁有放頂煤液壓支架數(shù)量最多的國家。實(shí)踐證明，在特厚煤層開采中，采用放頂煤開采較分層開采等具有明顯的優(yōu)越性，主要有：（1）、煤層掘

19、進(jìn)量小，掘進(jìn)費(fèi)用低、緩和了采掘關(guān)系；（2）、減少了搬家倒面次數(shù)，節(jié)省了綜采面設(shè)備搬遷、安裝的工作量及費(fèi)用；（3）、較分層開采減少了鋪網(wǎng)工序、材料、工資及巷道維護(hù)費(fèi)用等；（4）、對(duì)急斜厚煤層，較普通法開采的工作面產(chǎn)量提高13倍；（5）、提高了煤炭的塊炭率，增加煤炭的售價(jià)；（6）、減少了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)，特別是采煤機(jī)，相對(duì)減少了噸媒設(shè)備折舊費(fèi)或租賃費(fèi)；（7）、有利于礦井的集中控制，實(shí)現(xiàn)減面、減人、提高工效的目的；（8)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本，比一般回采工效提高25倍，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，噸媒成本一般降低820元/噸。基于上述原因，我國放頂媒液壓支架從1984年至1992年上半年已發(fā)展到42套，32個(gè)

20、品種，占世界總數(shù)的66。當(dāng)然，放頂煤開采也有急待解決的問題，主要是：（1）、煤塵大，比分層開采高出13倍，甚至更高；（2）、回采率偏低，一般在80左右，造成一定的煤炭損失；（3）、自然發(fā)火的問題尚未得到很好的解決；（4）、對(duì)高瓦斯礦井，瓦斯涌出量大，有局部積聚的危險(xiǎn)。因此，煤炭工業(yè)部提出要有試點(diǎn)地進(jìn)行，穩(wěn)步發(fā)展的方針。然而有于放頂煤開采的優(yōu)點(diǎn)十分突出，并對(duì)存在的問題逐步得到解決的同時(shí)，使這一新的特厚煤層的開采工藝從東北、西北迅速擴(kuò)展到華北，1992年初又推廣到華東四個(gè)礦務(wù)局，并首先在兗州興隆莊礦創(chuàng)出了月產(chǎn)11萬噸的好成績（1994年月產(chǎn)已達(dá)25萬噸），可以預(yù)計(jì)，今后將會(huì)更快地發(fā)展。下面重點(diǎn)介紹

21、放頂煤液壓支架的特點(diǎn)及適應(yīng)性。1 放頂煤液壓支架的分類按與液壓支架配套的輸送機(jī)的臺(tái)數(shù)，放頂煤液壓支架可分類如下： 插底式 單輸送機(jī) 不插底式 放頂煤液壓支架 單鉸接式 開天窗式 雙輸送機(jī) 四連桿式 前四連桿式 插板式 后四連桿式按放煤口位置，放頂煤液壓支架可分類如下： 高位（單輸送機(jī)開天窗式） 放頂煤液壓支架 中位（雙輸送機(jī)開天窗式） 低位（雙輸送機(jī)插板式）下面重點(diǎn)介紹低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn)及適應(yīng)性：2.低位放頂煤支架的特點(diǎn)這是一種雙輸送機(jī)運(yùn)煤，在掩護(hù)梁后部鉸接一個(gè)帶有插板的尾梁、低位放煤的支撐掩護(hù)式支架。這類支架有一個(gè)可以上下擺動(dòng)的尾梁（擺動(dòng)幅度在45左右）用以松動(dòng)頂煤，并維持一個(gè)落煤空間

22、。尾梁中間有一個(gè)液壓控制的放煤插板，用以放煤和破碎大塊頂煤，具有連續(xù)的放煤口。其主要特點(diǎn)如下：(1)由于具有連續(xù)的放煤口，放煤效果好，沒有脊背煤損失，回收率高；(2)和其他支架相比，從煤壁到放煤口的距離最長，經(jīng)過頂梁的反復(fù)支撐和在掩護(hù)梁上方的垮落，使頂煤破碎較為充分，對(duì)放煤極為有利；(3)后輸送機(jī)沿底板布置，浮煤容易排出，移架輕快，同時(shí)尾梁插板可以切斷大塊煤，使放煤口不易堵塞；(4)低位放煤使煤塵減少；(5)前四連桿低位放頂煤液壓支架的抗扭及抗偏載能力差，支架的穩(wěn)定性較差；(6)尾梁擺動(dòng)力和向上的擺角較小，破煤和松動(dòng)頂煤的能力差。這類支架的原始形式是前四連桿式，在礦壓較小的急斜水平分段開采時(shí)比

23、較適應(yīng)，為使這種支架在緩斜長臂工作面發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，幾年來作了如下的探索：(1)把四連桿的上連接位置由頂梁上改在掩護(hù)梁上，使支架底部和上部的連接位置更接近扭轉(zhuǎn)力矩的作用點(diǎn)，增加了支架強(qiáng)度，減少了支架的損壞，形成了目前在緩斜工作面大量使用的后四連桿式低位放頂煤液壓支架；(2)大幅度加強(qiáng)前四連桿本身以及它與頂梁、底座的聯(lián)接強(qiáng)度，這種作法增加了支架的重量，有的重達(dá)20t以上，但設(shè)計(jì)時(shí)容易實(shí)現(xiàn)加大后部運(yùn)輸空間和增加破煤能力；(3)增大后部空間和尾梁向上擺動(dòng)的力，使其在較硬煤層中使用時(shí)也可讓頂煤順利放落和運(yùn)出，如zfps5200/17/32型支架尾梁端部向上擺動(dòng)力可達(dá)到500kn，使用效果良好；(4)后四連

24、桿前連桿設(shè)計(jì)為y型，后連桿設(shè)計(jì)為i型，增大了支架的前、后人行道的寬度并加大了后部的人員工作與維護(hù)空間；(5)把后輸送機(jī)千斤頂耳座與底座的聯(lián)接改為活聯(lián)接，改善了運(yùn)輸狀況。在后輸送機(jī)與千斤頂之間增加了結(jié)構(gòu)件推桿，以避免后輸送機(jī)與千斤頂活塞桿彎曲并防止輸送機(jī)和支架下滑。前四連桿式支架和后四連桿式支架相比，前四連桿式支架穩(wěn)定性及抗扭性較差，但其后部空間較大，且重量也輕。3.低位放頂煤液壓支架的適應(yīng)性前四連桿式支架在急斜水平分段放頂煤綜采中取得成功，如對(duì)四連桿及有關(guān)聯(lián)接件再進(jìn)一步增加強(qiáng)度，成為定型設(shè)備，可以不考慮在急斜條件下使用后四連桿式支架。緩斜中硬難放煤層在選型時(shí)考慮到低位放頂煤液壓支架的強(qiáng)度低，又

25、無成功的實(shí)例，往往選用中位放頂煤液壓支架，但受到放煤口的限制，實(shí)際上也未能很好解決其放煤?jiǎn)栴}。仔細(xì)研究各類放煤支架，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，只有前四連桿式支架具備大幅度擺動(dòng)掩護(hù)梁破煤的條件。有的低位放頂煤液壓支架采取強(qiáng)化四連桿及聯(lián)接銷軸，把擺動(dòng)掩護(hù)梁的千斤頂一端布置在底座上，而不是布置在頂梁上，盡管這種架型尚無滿意的效果，但這種探索無疑是很有意義的。后四連桿式支架在煤層硬度系數(shù)f2左右，層節(jié)理比較發(fā)育的緩斜厚煤層中使用取得很大成功，如在潞安礦務(wù)局五陽煤礦、王莊煤礦和兗州礦務(wù)局興隆莊煤礦、鮑店煤礦。這種架型與設(shè)計(jì)先進(jìn)的過渡支架配合使用，創(chuàng)出了新水平，被廣泛推廣使用。如石炭井礦務(wù)局烏蘭礦將這種支架與過渡支架、端

26、頭支架配套使用，在傾角為24的工作面上取得了成功。由此表明了后四連桿式放頂煤液壓支架在緩斜中硬煤層和傾斜厚煤層中均有良好的適應(yīng)性和使用前景。1.4液壓支架的組成根據(jù)各部件的功能，液壓支架的組成可歸納為五個(gè)部分見表1.1。1.5液壓支架的支護(hù)方式綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。3個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架的3種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。具體的循環(huán)方式見表1.2。1.6液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用

27、泵站供給的高壓液體，通過工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來完成的，如圖1.2所示表1.1 液壓支架組成表序 號(hào)部 件功 能舉 例1承載結(jié)構(gòu)件承受并傳遞頂板載荷作用的結(jié)構(gòu)件頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿2動(dòng)力油缸用液體作介質(zhì)可以主動(dòng)產(chǎn)生作用力，實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作的油缸立柱、各類千斤頂3控制元部件操縱、控制支架各個(gè)動(dòng)力油缸動(dòng)作及保證所需工作特性的液壓（電氣）元部件操縱閥、單向閥、安全閥及管路、液壓（電控）元件4輔助裝置不直接承受頂板載荷，而實(shí)現(xiàn)支架某些動(dòng)作或功能所必須的裝置推移裝置、護(hù)幫裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒、防滑裝置5工作液體傳遞能量的工作液壓介質(zhì)乳化液 表1.2 液壓支架的支護(hù)方式表支護(hù)方式循環(huán)方式支護(hù)特點(diǎn)應(yīng)用條

28、件即時(shí)支護(hù)割煤移架推溜支護(hù)滯后時(shí)間短適用于各種頂板條件，應(yīng)用最為廣泛滯后支護(hù)割煤推溜移架支護(hù)滯后時(shí)間較長可用于穩(wěn)定、完整的頂板條件，較少支架結(jié)構(gòu)緊湊，目前應(yīng)用復(fù)合支護(hù)割煤支架伸出探梁推溜移架支護(hù)滯后時(shí)間短 但增加了反復(fù)支撐可適用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，目前應(yīng)用較少1.6.1支架升降和推移當(dāng)操縱閥8處于升柱位置時(shí)，從乳化液泵站來的高壓液體通過操縱閥8、液控單向閥6進(jìn)入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥8處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。支架的前移和推移輸送機(jī)是通過操縱閥7和推移千斤頂4來進(jìn)行的。移架時(shí)，先使支架

29、卸載下降，再把操縱閥7置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂4的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。這時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。移架結(jié)束后，在把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥7置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時(shí)輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤壁。 圖1.2 液壓支架工作原理圖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1.6.2支架的承載過程支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過程。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。1.初撐階

30、段在升架過程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥6立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。初撐力的大小取決于泵站的工作壓力/立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。2.承載增阻階段支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。3.恒阻階段隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。當(dāng)升高到安全閥5的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的

31、調(diào)定壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。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。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。1.7采煤工作面液壓支架設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)必要的基本參數(shù)1.7.1采煤工作面對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)要求 為了滿足長臂工作面的生產(chǎn)要求對(duì)液壓支架提出了以下要求：1.能有效的控制頂板。具體有這些要求：能適應(yīng)頂板下沉、來壓及冒落的特性；能防支架前方與上方冒頂；不應(yīng)出現(xiàn)陷底而影響性能與移架。2.保證安全的工作空間。具體要求如下

32、：有寬敞的工作空間；能很好的防矸、排矸；能良好的通風(fēng)、照明、通訊、防塵、防火。3.應(yīng)該適應(yīng)煤層地址條件變化。要求支架有足夠的調(diào)高范圍；適應(yīng)不平頂?shù)装濉⑴_(tái)階和斷層等條件；適應(yīng)煤層傾角變化。4.能夠保證正常的生產(chǎn)循環(huán)。也就是說應(yīng)保證正常移架、推溜；能與采煤、運(yùn)輸?shù)裙に嚋?zhǔn)確配合；運(yùn)輸，安裝，搬家方便；還得便于維修。5.最后對(duì)于投資者來說，應(yīng)該保證初期投資低、維修費(fèi)用低。1.7.2液壓支架設(shè)計(jì)的基本參數(shù)1.頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢?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

33、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。1.8本文做的主要工作畢業(yè)設(shè)計(jì)名稱：放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)參數(shù)如下：（1）要求工作阻力500t；（2）最大采高4.5m。本次設(shè)計(jì)主要工作如下：四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、各個(gè)結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、各結(jié)構(gòu)件的受力分析及強(qiáng)度校核、液壓立柱的設(shè)計(jì)及支架液壓電液控制系統(tǒng)統(tǒng)原理設(shè)計(jì)。2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1支架主要尺寸的確定2.1.1支架的高度和支架

34、的伸縮比一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。由于我國急斜煤層煤層厚度都比較大，煤層厚度在2080m之間，所以按厚煤層高度的確定原則來確定該放頂煤液壓支架的高度。（200300） （2.1）（300400） （2.2）式中：支架最大高度（mm）； 支架最小高度（mm）； 最大采高（mm）； 最小采高（mm）。本設(shè)計(jì)最大采高4500mm,取支架最大高度45002004700mm支架最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣，但過大的調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，且可靠性降低。由于此次設(shè)計(jì)對(duì)最小采高無具體限制，并且放頂煤液壓支架的調(diào)高范圍無需太大，取

35、支架的調(diào)高范圍為1500mm,則支架的最小高度470015003200mm支架的伸縮比系指其最大高度與最小高度之比值。即：m (2.3)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得m=1.472.1.2支架間距和寬度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： 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)式邁步支架，n =支架節(jié)數(shù)。支架間距要根據(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)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)

36、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。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m,輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。本次設(shè)計(jì)取支架的中心距為1.5m。支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為170200mm。其中寬面頂梁一般為1200mm1500mm，節(jié)式支架一般為400mm600mm。本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為1380mm,最大寬度為1550mm,亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)?/p>

37、行程取170mm。2.2支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定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)可使托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線運(yùn)動(dòng)，故可選定雙紐線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)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。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)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，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抵抗水平力 觀測(cè)表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤

38、壁方向）的分力，這個(gè)水平推力由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。4提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。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。2.2.2四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求1.支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，如圖2.1所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度應(yīng)小于或等于70mm，最好為30mm以下。2.支

39、架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角和后連桿與底平面的夾角，如圖2.1所示，應(yīng)滿足如下要求：支架在最高位置時(shí)，5262，7585；支架在最低位置時(shí)，為有利于矸石下滑，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，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)=0.3，則=16.7。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使25為宜。而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。一般取2530，在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。3.從圖2.1中可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)和瞬時(shí)中心o之間的連線與水平線夾角為。設(shè)計(jì)時(shí)，要使角滿足的范圍，其原因是角直接影響支架

40、承受附加力的數(shù)值大小。4.應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙扭線向前凸的一段為支架工作段，如圖2.1所示的段。其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時(shí)底板阻止底座向后移，使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，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小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。從以上分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使值減小，取雙扭線向前凸的一段為支架工作段。所以，當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長度后，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，在

41、設(shè)計(jì)時(shí)只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)用作圖法就可以了，如圖2.2。圖2.1 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖圖2.2 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2.3四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的主要方法有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。本設(shè)計(jì)鑒于各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，采用了計(jì)算機(jī)求解的方式來求解。在計(jì)算之前，先確定幾個(gè)值。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取頂梁與掩護(hù)梁的絞點(diǎn)至上頂板的距離為400mm , 要求雙紐線的偏擺量為30mm ,后連桿下絞點(diǎn)至底座的距離為900mm 。2.3.1四連桿機(jī)構(gòu)的電算法1.目標(biāo)函數(shù)的確定為了減少附加力，必須使得有較小值。同時(shí)，為有效的控制頂板，要求支架在某一高度時(shí)的角，恰好是頂

42、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。2.四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征，如圖2.3所示。（1）支架在最高位置時(shí)，即：弧度；即1.311.48弧度；支架在最低位置時(shí)，保證。（2）后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為i =0.450.61;支撐掩護(hù)式為i = 0.610.82。（3）前后連桿上絞點(diǎn)之距與掩護(hù)梁的比值為0.220.3。（4）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。（5）支架在最高位置時(shí)的應(yīng)小于0.35，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對(duì)支撐掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于

43、0.2。3.四連桿機(jī)構(gòu)各部尺寸的計(jì)算四連桿機(jī)構(gòu)各部參數(shù)如圖2.3所示，圖中的為支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度。令：=; =; =; =; =; =; =; =; =; ;=圖2.3 四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)圖(1)后連桿與掩護(hù)梁長度的確定如圖2.3所示 ，當(dāng)支架在最高位置時(shí)的h值確定后，掩護(hù)梁長度g為： （2.5）后連桿長度為： （2.6）前后連桿上絞點(diǎn)之距為： （2.7）前連桿上絞點(diǎn)至掩護(hù)梁上絞點(diǎn)之距為： （2.8）從式（2.5）至式（2.8），可求出多組后連桿和掩護(hù)梁的尺寸。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)變量規(guī)定相應(yīng)的步長如下：的步長為0.34弧度；的步長為0.34弧度；的步長為0.02；的步長，支撐掩護(hù)式為0.04

44、2。若上述四個(gè)變量各向前邁出五步，經(jīng)排列組合變得到625組數(shù)據(jù)。此處，步長也可根據(jù)精度自行確定不必遵循此規(guī)定。（2）后連桿下絞點(diǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)之距為，如圖2.4所示圖2.4 四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系（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)梁上絞點(diǎn)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，可把點(diǎn)的軌跡視為理想直線，當(dāng)然實(shí)際上并非如此。但是，我們可以做到支架高度變化時(shí)，有三點(diǎn)在一條直線上，如圖2.4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)點(diǎn)沿理想垂線由最高向最低運(yùn)動(dòng)時(shí)，后連桿與掩護(hù)梁的夾角由大于9

45、0到小于90變化，在夾角變化過程中，一定有一位置使后連桿與掩護(hù)梁呈垂直狀態(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)。1）點(diǎn)坐標(biāo)當(dāng)支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度為，此時(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)為： （2.9） （2.10）2）點(diǎn)坐標(biāo)支架在最低位置時(shí)的計(jì)算高度為，此時(shí)的坐標(biāo)為： （2.11） （2.12）根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，支架降到最低位置時(shí)，為計(jì)算方便，即0.436弧度。根據(jù)幾何關(guān)系為： （2.13）3）點(diǎn)坐標(biāo)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)坐標(biāo)為： （2.14） （2.15）式中p由下式進(jìn)行計(jì)算： （2.16） （2.17）4）c點(diǎn)坐標(biāo)根據(jù)圖2.4所示，支架

46、在三個(gè)位置時(shí)四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系確定后，c點(diǎn)就是以、這三點(diǎn)為圓的圓心。所以，為前連桿的長度。因此，可以用圓的方程求得前連桿長度。即： （2.18）上式中、為c點(diǎn)坐標(biāo)，可以按下列方程聯(lián)立求得: （2.19） （2.20）由式（2.19）和式（2.20）得： （2.21） （2.22）令: （2.23）n （2.24）t （2.25）把式（2.23）到式（2.25）帶入式(2.22)式得： （2.26） （2.27）c點(diǎn)坐標(biāo)求出后，前連桿的長度和角度就可以確定了。（4）前連桿下絞點(diǎn)的高度d和四連桿機(jī)構(gòu)的底座長度e。當(dāng)前連桿c點(diǎn)坐標(biāo)確定后，d和e的長度為： （2.28） （2.29）4.四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)

47、選按上述方法可求出很多組四連桿機(jī)構(gòu)，并非所有的值都可以用，故要優(yōu)選。優(yōu)選的方法是給定約束條件，對(duì)所計(jì)算出的各組值進(jìn)行篩選，最終選出一組最優(yōu)的值來。其約束條件是根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何體特征要求，以及支架的結(jié)構(gòu)關(guān)系，通過對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有支架的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，得出的約束條件如下：（1）前后連桿的比值范圍根據(jù)現(xiàn)有資料的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，前后連桿的比值0.91.2范圍。（2）前連桿的高度不宜過大，一般應(yīng)使。（3）e的長度，一般應(yīng)使e.（4）對(duì)掩護(hù)式支架應(yīng)使的值u ；對(duì)支撐掩護(hù)式支架的值按下面的方法進(jìn)行計(jì)算。如圖2.5所示，為支架在最高位置時(shí)的幾何關(guān)系。（1）a點(diǎn)坐標(biāo)= （2.30） （2.31）（2）點(diǎn)坐標(biāo)為（3）直線的斜

48、率： （2.32）（4）直線的斜率： （2.33）由于c 、b、o在同一條直線上，因此，和 直線的斜率相同，所以直線的斜率為： （2.34）同理直線的斜率為 （2.35）聯(lián)立（2.34）、（2.35）得： （2.36） （2.37）圖2.5 順心位置圖令： （2.38） （2.39）則： （2.40）5.近似雙紐線軌跡的繪制為了能計(jì)算和看出優(yōu)選的一組值的e值，以及雙紐線的凸弧段長度，要求打印出頂梁前端的坐標(biāo)值畫出雙紐線軌跡來。（1）四連桿機(jī)構(gòu)的方程圖2.6 四連桿機(jī)構(gòu)方程圖從圖2.6可知，在任一個(gè)角位置時(shí)，d點(diǎn)的x坐標(biāo)值應(yīng)滿足下列方程 （2.41）b點(diǎn)的y坐標(biāo)值應(yīng)滿足下列方程 （2.42）由式

49、（2.42）得： （2.43）將式（2.43）代入式（2.41）得： （2.44）將式（2.44）整理得： (2.45)令： ; (2.46) (2.47) (2.48)將式(2.46)式（2.48）代入式（2.45）可得： (2.49)則式（2.49）可變成以z為變量之方程，得： (2.50)不合題意之根已舍去。當(dāng)時(shí)，式（2.50）才有意義。在圖2.6中點(diǎn)任一位置時(shí)之坐標(biāo)x,y可寫成： (2.51) (2.52) 其中， 則 式（2.51）和式（2.52）就是液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的曲線方程。根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，支架由高到低，=,即：1.48rad0.436rad。所以在變化范圍內(nèi)可以畫出一條近似雙紐線的軌跡來。如果在這個(gè)變化范圍內(nèi)按間隔0.087rad,可以算出x,y值表，y的變化相當(dāng)于支架計(jì)算高度的變化，則x的變化相當(dāng)于頂梁前端距煤壁之距變化，所以e值為支架高度變化范圍內(nèi)，相應(yīng)的，凸弧段的長度為支架的結(jié)構(gòu)高度有高到低時(shí)，x值漸增所對(duì)應(yīng)的y值相減，即：凸弧段長度 式中， 支架最大高度所對(duì)應(yīng)的y值； 支架由高到低，x值漸增，增加到極限位置所對(duì)應(yīng)的y值。6電算程序編制本程序的編制采用visual basic 6.0編程，程序清單見附錄。2.3.2四連桿機(jī)構(gòu)的作圖法此處從略。2.4頂梁長度的確定根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來確定頂梁長度。2.4.1支架