1、太原理工大学阳泉学院毕 业 设 计 说 明 书全套 CAD 图纸，联系 153893706毕业生姓名 ：专业 ： 机械设计制造及其自动化学号 ：指导教师 ：所属系（部） ： 机械与电子工程系二八年五月I太原理工大学阳泉学院毕业设计评阅书题目： ZZ7200/23/38 型液压支架 机电 系 机械设计制造及自动化 专业 姓名 设计时间：2008 年 3 月 24 日2008 年 6 月 1 日评阅意见：成绩：指导教师： （签字）职 务： 200 年 月 日II太原理工大学阳泉学院毕业设计答辩记录卡机电 系 机械设计制造及自动化 专业 姓名 答 辩 内 容问 题 摘 要 评 议 情 况记录员： （
2、签名）成 绩 评 定指导教师评定成绩 答辩组评定成绩 综合成绩注：评定成绩为 100 分制，指导教师为 30%，答辩组为 70%。专业答辩组组长： （签名）200 年 月 日iZZ7200/23/38 型液压支架摘 要采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。液压支架主要由以下几个基本部分组成：顶梁，掩护梁和四连杆机构，侧护板，底座，立柱，千斤顶。设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安
3、全可靠等原则。在支撑掩护式的设计过程中，底座、液压系统和立柱等结构件的设计是重点。本论文介绍了液压支架的结构，类型，工作原理，特点，目的及要求，对支撑掩护式液压支架作了详尽的分析和介绍，讲述了这种支架的方案和用途。关键词：液压支架 立柱 底座 四连杆机构iiAbstractThe comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country , raises labor productivity substantially , realizes
4、the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensi
5、ve most important equipment in the mechanization method of coal mining. Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid,
6、 safely reliable etc. principle. In the design course that the type of supports cover type, the design of canopy and caving shield and props is key. This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening type hydr
7、aulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support. Keyword: Hydraulic support column foundation 4 linkage mechanismsiii目 录第一章 概述 1第一节 国内外液压支架的发展状况 1第二节 国内外液压支架的差异 3第三节 液压支架的发展趋势 4第二章 液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理 5第一节 液压支架的类型及基本特
8、点 5一 支撑式液压支架 .5二 掩护式液压支架 .6三 支撑掩护式液压支架 .7四 特殊用途的液压支架 .8第二节 液压支架的选型 10一 工作面支架 .10二 端头支架 .11第三节 支撑掩护式液压支架工作原理 11第三章 液压支架的整体结构尺寸设计 14第一节 设计目的，要求及必要的基本参数 14一 设计目的 .14二 设计要求 .14三 设计液压支架必需的基本参数 .15四 液压支架设计的原始条件 .15第二节 液压支架的整体结构设计 16一 底座选择与设计 .16二 顶梁的选择与设计 .16三 推移装置的选择与设计 .17四 立柱的选择与设计 .17第三节 液压支架基本技术参数的确定
9、 19一 支护高度 .19二 支护面积 .20三 支护强度 .20四 底板平均接触比压 .21五 立柱主要参数确定 .21六 泵站压力的确定 .22第四节 液压支架四连杆机构的确定 23一 四连杆机构的作用 .23二 四连杆机构的几何作图法 .25三 几何作图法作图过程 .26四 四连杆机构的优选设计法 .28第五节 支架的主要结构及其作用 29第六节 液压系统 30iv一 液压系统的主要特点 .30二 液压系统的基本要求 .31第七节 支架在设计中突出的特点 33第四章 液压支架的受力分析 34第一节 液压支架的受力分析与计算 34一 对顶梁进行受力分析 .35二 对掩护梁进行受力分析 .3
10、6三 顶梁载荷分布 .37四 支护强度 .39五 支护效率 .39第二节 液压支架受力的影响因数 40一 立柱倾角对承载能力的影响 .40二 tan 值对支架承载能力的影响 .40三 支架承载能力随高度的变化 .40四 摩擦系数的影响 .41第五章 液压支架的使用、维护及常见故障及其排除方法 42第一节 支架的运输和工作面安装 42一 支架在地面和井下的运输 .42二 支架在工作面的安装 .42第二节 支架的操作和维护 42一 对支架操作维护的要求 .42二 支架的操作注意事项 .43三 支架的维护和管理 .43四 注意事项及警示 .44第三节 常见故障及其排除方法 45一 结构件和连接销轴
11、.45二 系统及液压元件 .46三 立柱 .46四 支架的操作中出现故障 .47结束语 54参考文献 55英文文献 56中文翻译 62致 谢 651第一章 概述20 世纪 50 年代中期，随着科学技术的不断发展，一种用于变革煤炭开采工艺新技术，新装备的综合机械化采煤技术出现了。从 1954 年在英国诞生了第一个综采工作面后，综采技术就不断得到发展和完善，在世界范围内得到广泛的应用，成为煤炭工业技术发展的方向。到 1970 年英国已装备 700 个综采工作面，德国已装备400 个综采工作面，其综采程度均达到 90%以上。随后综采技术在日本、波兰、法国、前苏联等主要 4 产煤国家得到进一步的推广应
12、用，同时也被向来以房柱式连续采煤机开采为主的美国、澳大利亚和南非等国家所采用。第一节 国内外液压支架的发展状况作为综采工作面关键设备的液压支架，经历了几个阶段的发展过程。50 年代英国研制的垛式支架和法国研制的节式支架代替了木支架、金属摩擦支架、液压支架，开辟了采煤工作面支护设备的技术革命；60 年代前苏联研制并改进的 OMKT 型掩护式支架（具有四连杆机构） ，从根本上解决了支架梁端距变化大且不能承受水平力的问题，开辟了液压支架设计的新时代；70 年代主要是“立即支护”方式；80 年代以来，为提高生产率和降低成本，在液压性能和自动化程度有了大幅度提高。如美国、澳大利亚的大部分长壁工作面都采用
13、了电液控制技术，可对液压支架的各种动作功能进行多种方式的程序控制和性能监测。90%以上的美国长壁综采工作面使用了电液控制两柱掩护支架，其额定工作阻力最高可达 9800kN，初撑比为 0.7-0.85，移架循环时间大多小于 10s。80 年代以来，世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本、实现矿井集中生产做努力，他们积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的新一代重型液压支架的研制。新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm。为减少割煤时间，一般采用 0.8lm 的截深。支架还采用屈服强度 80
14、0 1000Mpa 的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为 4050Mpa，额定流量 400500L/min，可实现工作面成组或成排快速移架，达到 68s/架。2美国是世界上最先进的采煤国家，早在 1990 年就已采用额定压力 50MPa、额定流量 478 L/min 的乳化液泵站，以实现支架快速推进，移架速度达 68s/架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架，使用寿命 810 年，可用率高达 95%98%。支架平均工作阻力 6470KN（最大为 9800KN） ，支架宽
15、度普遍增大，中心距达到 1. 75m，并向 2m 发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。如洛斯公司 20 英里矿在 250 X 5280m 长壁综采面用工作阻力为28565KN 电液控制两柱掩护式支架，1997 年 6 月产商品煤 90.43 万吨，成为世界上首次月产商品煤近百万吨的工作面；1995 年 9 月，糜鹿矿用工作阻力为 8900KN电流控制的两柱掩护式支架，月产煤达到 60. 11 万吨。美国综采工作面最高日产超7 万吨，最高工效 1336t/工。澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产，使用两柱掩护式支架，支架的平均工作阻力为 7640
16、KN。如尤兰矿用电液控制的两柱掩护式支架，在 1995 年 8 月 8 日创下澳大利亚有史以来日产 3.41 万吨的最高记录，班产一直保持在 5000-6000t。英国也在大力发展两柱掩护式支架，工作阻力有了很大提高，达到 50006000KN。我国从 1958 年开始设计掩护式支架，从 1964 年开始由专门研究室全面开展架型及阀类的攻关，1970 年在山西大同首次全工作面装备了 TZ-140 型垛式液压支架。至 70 年代中期，研制了 QY 型掩护支架和 ZY35 型支撑掩护支架。80 年代以来，开发了适用于坚硬顶板的大吨位 TZ-720 型支架，分层开采自动铺联网支架、放顶煤液压支架及大
17、流量安全阀和操纵阀等。到目前为止，适于我国高产高效的国产液压支架有 20 余种架型，其中用于缓倾斜中厚煤层和缓倾斜厚煤层的各占一半。适用于缓倾斜厚煤层高产高效的液压支架分为机械化铺联网支架、一次采全高支架和放顶煤支架三大类。近年来，我国采煤综合机械化的水平有所提高，随着综合机械化采煤技术的不断发展和新型大功率采煤机、工作面输送机的出现，要求支架与之相配套，但若支架的控制系统不作相应的改进，是满足不了这一要求的。到目前为止，我国国产液压支架的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式，虽然具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点，但它存在严
18、重缺点：工人劳动条件差，安全性差；移架速度慢，影响采煤机效率的发挥；通风条件差，支架故障率高；支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关系。液压支架实现自动控制后，就可有效地克服3上述缺点，实现对支架的电液控制，而且有多种控制方式可供选择，人员可在较安全的地方集中对整个工作面的支架进行远程控制或程序控制。现在国外的普通综采工作面液压支架已实现了微机红外线电液自动控制，可成组、成排地向前移架，额定供液压力达到 40MPa，流量 300L/min4150 L/min，供液管径 100mm120mm，移架速度超过了 10 组/min。而国产液压支架还是中低压小管径供液，人工手动操作
19、。现场实际统计，前移一组支架大约需 1 min。最大的支架供液压力不超过 32Mpa，供液管径 25mm30mm，流量在 150L/min200L/min。二柱掩护式液压支架的工作阻力 780 t，架宽 1.5m，采用 PM4 型红外线电液控制系统，由采煤机微电脑远距离控制，支架立柱直径超过 400mm，移架速度 10 组/min。第二节 国内外液压支架的差异1.液压支架制造技术水平落后, 在支架材料、加工工艺、性能和使用寿命等方面与世界先进国家相比还有很大差距。(1) 德国支架结构件材料ST52 ,屈服极限500MPa ,前苏联的更高。我国基本长期使用16Mn ,屈服极限350 MPa 左右
20、,近年来只有少数支架构件的部分材料用高强度钢板。(2) 支架液压系统的阀类使用的是乳化油,防锈蚀的要求很高,国外一直使用铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯,我国是45 钢加表面防腐处理。(3) 国外密封材料的寿命大于5年 ,我国只有2年左右。(4) 国外的支柱和千斤顶缸体内壁是复镀,我国是不镀,使立柱出现麻斑、划伤、密封漏液等现象,影响支护效果。(5) 美国的支架耐久性实验要求是 45 000 次,我国 7 000 次。以上这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用,但在国内高产、高效工作面及国际上是没有竞争力的,综采工程技术人员普遍认为目前我国支架的工艺技术水平尚未达到1979 年引进的10
21、0 套支架的技术水平,可想落后人家远不止30年。2液压支架控制系统的研究处于落后状况,严重制约了支架移架速度的提高和综采经济效益发挥西方主要产煤大国始终把支架控制系统作为提高整个综采经济效益的重要方面来抓。20 世纪60年代采用手动直控操作系统;20 世纪70 年代初即开始重视液压支架4液压先导控制的研究;20 世纪70年代中后期广泛采用液压多芯管先导控制系统;20世纪80 年代西方国家开始大力着手电液先导程序控制的研究和使用。因此,现在美、德、英、日等基本上全是可编程电液控制,波兰除了电液控制以外,都是液压多芯管先导控制。20 世纪90 年代开始,为了提高移架速度满足工作面高产、高效发展的需
22、求,我国在加大常规手控操纵阀的流量方面取得进展,加上综合措施,也实现了平均移架速度小于12 sP架的成绩。根据以上资料不难看出,在21 世纪以煤炭集约化生产为特征的新时期。为了满足高产高效综采工作面的需要,必须抓紧研制和推广电液系统。第三节 液压支架的发展趋势随着科学技术的高速发展,新技术、新方法、新材料的不断应用,微机和计算机技术进一步普及,为液压支架的发展提供了有利的条件。目前,液压支架正向以下几个方面发展:(1) 液压支架的结构形式正朝着简单实用方向发展,如液压支架的架型明显地向两柱掩护式支架和四柱支撑式掩护式支架发展。(2) 在已有支架设计与应用经验的基础上,将有限元和计算机辅助设计相
23、结合,研究支架的智能化设计方法、结构与参数的优化,进一步提高支架的科学性、可靠性以及结构的优化性。其中在设计中应注意以下几个方面: 提高液压支架的设计强度,加大支架的工作阻力,加大支架的设计强度系数,还有选材等方面; 如何提高支架的移架速度; 改进支架个别部件结构,加大联结件强度。(3) 改进制造工艺,保证制造质量 ;对支架的阀类,从材料、热处理、加工条件和密封件入手,制定更严格的质量和抗腐蚀标准。(4) 对不稳定顶板、松软底板、地质构造较复杂等特殊条件,加大投入,研制大量的特殊支架,以适用不同的开采条件。(5) 新型元件与材质 ,可减轻支架重量,提高支架性能和使用寿命。(6) 结构上寻求克服
24、四连杆的新型架型。(7) 快速支架电液控制系统的研制和投入,研究支架的遥控、程控控制和性能自动监控,为回采工作面的半自动化与自动化创造条件。5第二章 液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理第一节 液压支架的类型及基本特点迄今为止，全国使用的液压支架已有几百种型号，但其基本型式是相同或相似的。对液压支架型式的分类应把握其本质特征，按照不同的分类原则进行分类。这些分类原则互相联系又存在矛盾，同一个支架按照不同的分类原则可划分在不同类，把这些不同分类结果，按照一定的主次关系联系起来，就能较全面的反映该支架的基本特征。液压支架可按适用的煤层厚度、倾角和支架的控制方式来进行分类，但这些分类法均
25、未反应出液压支架的基本特征。因此，目前国内外均按架型结构与围岩关系，将液压支架分为支撑式、掩护式、支撑掩护式三大类。一 支撑式液压支架(a)节式支架 (b)垛式支架图 2-1 支撑式液压支架1.基本特点支撑式支架是早期发展的液压支架架型。其中又分为节式支架(图 2a)和垛式支架(图 2b)。这种支架的基本特点是:(1)立柱靠简单的复位装置垂直支撑于支架的顶梁与底座之间，支撑效率高。(2)支架是一个不稳定机构，基本不能承受顶板的水平力，支架的稳定性差。(3)设有完善的掩护防漏研装置。(4)支撑力的集中作用点离煤壁较远，支架切顶力强。(5)结构简单，重量轻，成本低。2.适应范围(1)采高小于 2m
26、-2. 5 m 6(2)直接顶稳定(3 类)或坚硬 (4 类)，老顶来压明显(II 级)或强烈(III 级)。(3)工作面倾角 l2. 5-2. 8 m 的厚煤层应优先选用掩护性好，抗侧向力强的支撑掩护式支架;若为僻顶分层开采，则应选用掩护式支架。 (2)煤层倾角: 主要影响支架的工作稳定性，在大倾角煤层工作的支架应防止发生倾倒和下滑。当煤层倾角。10-15。时最好是选用顶梁及掩护梁带有侧护板的掩护式和支撑掩护式支架;若采用支撑式支架，必须带有调架装置以能及时调整支架的位置。当煤层倾角18时，各种架型均带有防倒和防滑装置。(3)瓦斯含量 :瓦斯涌出量大的工作面应优先选用支撑式和支撑掩护式支架，
27、并应验算通风断面能否满足通风量的要求。(4)特殊要求 :除基本架型以外，还有为满足特殊开采需要而专门设计的特种支架可供选用。如在煤层倾角 a35“-55“时，应选用大倾角支架，对顶板松软(破碎)、煤质松软(f1)、底板松软(a S 1. 5 MPa)的“三软”煤层，应选用专门设计的“三软”支架。反之，可选用“三硬”支架。对于窄机身采煤机的工作面，可配套使用结构简单、重量轻、价格低的经济型支架;对于厚煤层分层开采，可采用带有铺连网装置的掩护式支架;对厚煤层放顶煤开采，可选用支撑掩护式放顶煤支架。(5)设备成本: 应优先选用价格较便宜的架型，以降低工作面设备成本。在支撑式和支撑掩护式支架都能使用的
28、工作面，应优先选用支撑式支架;在掩护式和支撑掩护式支架都能使用的工作面，应优先选用掩护式支架。二 端头支架工作面端头支架安装在工作面和顺槽的交接处，要求具有较大的支护空间，便于人员、设备进出和设备的安装，也有支撑式和支撑掩护式 2 种型式可供选用。(1)支撑式该种支架的顶梁长，支撑力大，可维护较大的工作空间，但无锚固能力。多用于顺槽断面较大，设备功率大，顶板稳定或坚硬的工作面。(2)支撑掩护式该种支架由主副架组成，移架灵活，可用于顶板稳定，底板起伏较大，设备功率较小的工作面。第三节 支撑掩护式液压支架工作原理液压支架的前探梁和顶梁是箱体焊接结构,支撑着工作面顶板,起着防止漏矸冒顶12的作用。前
29、探梁千斤顶操纵着前探梁向上和向下摆动,可以较好适应顶板的起伏不平,改善其接顶性能。四根立柱(双作用单伸缩油缸) 支撑在顶梁与底座之间,立柱与顶梁、底座接触处为球面铰,可以改善立柱受力。为了适当增大支架的支撑高度,扩大适用范围,根据需要可在立柱上端加接机械加长杆。掩护梁是由钢板焊接而成的箱型结构,下端通过前、后连杆与底座铰接成四连杆机构,起着稳定支架重心和防止采空区岩石涌入工作面的作用,既能保证支架前梁顶端与煤壁的间距基本恒定,又承担了支架在工作过程中的水平分力,以保证支架的工作稳定性;底座是钢板焊接的箱型结构 ,它与底板直接接触,将立柱传来的顶板压力传递给底板。底座的后部与前后连杆铰接,前端焊
30、接有安装推移千斤顶的联结耳,推移千斤顶的另一端与工作面运输机连接,通过推移千斤顶的伸缩,实现推溜和移架行走动作。乳化液泵站是液压支架的心脏,是乳化液泵、乳化液箱和其他附属设备的总称；液压胶管构成支架的“动脉”和“静脉”；操纵阀、安全阀和液控单向阀按规定的采煤工艺要求实现各部件的动作,以满足综合机械化采煤的需要。液压支架是以乳化液泵站的高压液体为动力，通过液控系统，按要求使支架及附属装置完成支撑、降柱、移架、推移输送机以及防护等动作，从而实现支护工作机械化。其中卸载、降柱、推移和升柱是液压支架的主要操作工序，而支架之间的相对移动、支架及部件在空间里保持规定的位置和前梁伸缩等为辅助操作工序。这些辅
31、助工序可与其中一种主要工序同时进行，或者单独进行。但调整支架应在降柱后升柱前进行，即在移架前后或移架过程中进行。液压支架支撑过程中，在操纵阀关闭前后( 或供液系统关闭前后)，工作面顶板与支架顶梁的主被动关系发生了变化。因此支架的支撑过程可分为主动支撑(初撑阶段)和被动支撑阶段(承载阶段)两种工况。在液压支架降柱开始时，随着封闭高压腔的液控单向阀快速开启，经常出现瞬态的液压冲击。故支架的降柱过程可分为卸载冲击和正常降柱两种工况。由于卸载降柱、推移和支撑操作工序对支架的移架速度、支护状态和支撑性能起着决定性作用。所以在研究支架动特性时，把卸载冲击、正常降柱、移架、推移输送机、主动支撑和被动支撑作为
32、独立的基本工况。支架液压系统属于液压传动中的泵-缸系统，其系统原理图如下图所示。13ZZ7200/23/38 液压支架液压系统原理图液压系统的工作原理:当三位四通阀右位接通，乳化液通过三位四通阀，再经过液控单向阀进入液压缸的底部，使液压缸的活塞伸出，而液压缸上部的乳化液经三位四通阀回到油箱。当三位四通阀的左位接通，乳化液通过三位四通阀进入液压缸的上部，使液压缸的活塞下降。液控单向阀在乳化液的压力下打开，使液压缸下部的乳化液通过液控单向阀回到油箱。当三位四通阀在中位时，三位四通阀把进液管路隔开，液压缸不进乳化液，而液压缸下部的乳化液由液控单向阀的作用下不回液，液压缸不运动。14第三章 液压支架的
33、整体结构尺寸设计第一节 设计目的，要求及必要的基本参数一 设计目的ZZ7200/23/38 型支撑掩护式液压支架是一种的“高起点、高质量、高可靠性” 的新型巷道支架。该支架主要使用在采区内、工作面前方停采线处预置的切槽巷道内，与两侧顺槽方向一致、按 1.5 米中心距逐架布置在切槽巷道内，支撑和管理该切槽巷道的顶板。该支架只起支护顶板作用，不需要推溜、移架和侧护等功能。 当采区采完、工作面内支架推移到本支架所在的切槽巷道准备拆工作面支架时，依靠本支架对周围顶板的支护管理、维护出一个安全拆工作面支架的工作区域，确保工作人员的安全。没有本支架之前，预置拆架的切槽巷道只能靠假设顶棚或铺网锚杆支护巷道顶
34、板，费时费力、工作效率低且成本高。本支架的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产起着非常重要的作用。该架型已在神华和晋城等矿井使用，对全面提升现代化矿井的综合机械化水平、提高生产率、保障矿井生产人员的操作安全等方面，效能尤为明显。因此，巷道液压支架的设计相当重要。二 设计要求(1) 为了满足采煤工艺及地质条件的要求,液压支架要有足够的初承力和工作阻力,以便有效的控制顶板,保证其合理的下沉量。(2) 要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有害气体等安全方面的要求。(3) 为了工作面液压支架在本支架下的拆卸的需要,要有足够
35、宽的空间。(4) 调节范围要大 ,照明和通讯方便。(5) 支架要求有足够的刚度,能够承受一定的不均衡载荷和冲击载荷。(6) 支架稳定性要好 ,底座最大比压小于规定值。(7) 在满足强度条件下 ,尽可能减轻支架重量。(8) 要易于拆卸，结构要简单。(9) 液压元件要可靠。15三 设计液压支架必需的基本参数(1)顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。(2)最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。(3)瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。(4)底板岩性能及小时涌水量根据底岩性和小时涌水量验算底板比压。(5)工作面煤壁条件根据工作面煤壁
36、条件，决定是否用护帮装置。(6)煤层倾角根据煤层倾角，决定是否选用防滑装置(7)井向罐笼尺寸根据井向罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。(8)配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。四 液压支架设计的原始条件老顶 、级 直接顶 1、2 类 巷道高度 2.6-3.5m16表 3-1 适应不同类级顶板的架型和支护强度老顶级别 直接顶类别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4采高2.5m 时用支撑式架型 掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式采高2.5m 时用支撑掩护式1 294 1.3294 1.6294 22942 343（
37、245） 1.3343(245)1.6343 23433 441(343) 1.3441(343)1.6441 2441支护强度KN/M 2支架采高m4 539(441) 1.3539(441)1.6539 2539应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区第二节 液压支架的整体结构设计一 底座选择与设计液压支架底座最常用的形式有 3 种，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底座。在本次设计中我们采用整体刚性底座，在其中挡前部一般有一高度为50100mm 的小箱体结构，中档后部上方为箱形结构，推移千斤顶一般安装在箱形体下面，整体刚性底座立柱柱窝前一般要设计一过桥，以提高底座的整体刚性和抗扭能
38、力，整体刚性底座的整体刚度和强度很好，底座面积大，从而有利于减小对底板的比压。由前面的设计，我们可以了解和理解一下尺寸;底座长 2180mm，宽 1400mm，前后连杆铰合处的垂直中心距为 426mm，水平中心距为 545 mm 后连杆的离地中心距为 950mm，两立柱的中心距为 895mm，巷道液压支架的底座长度不需要根据移架步距确定，综合所有因数我们取底座长2180mm。17二 顶梁的选择与设计顶梁直接与顶板接触，支撑顶板，是支架的主要承载部件之一，支架常用的顶梁形势有 3 种：即整体顶梁、铰接顶梁和楔形结构顶梁。本设计中我们采用整体顶梁，整体顶梁有效地支护机道上方的顶板，防止工作面片帮冒
39、顶。顶梁长5100mm，宽为 1460mm。顶梁后与掩护梁铰接，铰接处到顶梁的距离为 350mm。两立柱中心距为 1120mm。三 推移装置的选择与设计推移装置有推移杆、推移千斤顶和连接头等主要零部件组成，其中推移杆是决定推移装置的形式和性能的关键部件。推移杆的常用形势有正拉式短推杆和倒拉式长推杆两种。正拉式短推杆是由钢板组焊而成的箱形结构体，结构简单可靠、重量轻，因而被广泛采用，但对煤、矸的处理更加不易，而且还存在理论上的缺陷。目前的推移机构多采用倒拉式长推杆整体式或两节短推杆铰接式结构，其拉架力大。推杆都采用钢板焊接而成的箱体结构，强度非常好。长推杆整体式推移装置在工作面倾角大的情况下，有
40、利于防止输送机支架的下滑，但在工作面难以更换；铰接式长推杆推移装置可以在上、下、左、右四个方向摆动，兼有短推杆和双推移杆的双种特点。本设计采用铰接式短推杆机构。四 立柱的选择与设计立柱是支架的最重要的承压部件，在支架正常工作时，一般处于高压受力状态，他的工作性能直接影响整个支架的工作状态，因此设计时，要求具有合理的工作组力和可靠的工作性能外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，并能适应支架的要求。其中单作用又分为活塞式支活柱式、双作用分为单伸缩、单伸缩带机械加长杆，双伸缩、三伸缩等。该立柱为一单伸缩双作用油缸，为了适应顶底板的变化和改善其受力状况，立柱两端均采用球面结构，以便更好地承
41、受顶板压力。18图 31 双作用单伸缩立柱1立柱布置1)立柱数目前过内支撑式支架立柱数为 26 根，常用为 4 根；掩护式支架为 2 柱；支撑掩护式支架为 4 柱。2)支撑方式支撑式支架立柱为垂直布置。掩护式支架为倾斜布置，这样可克服一部分水平力，并能增大调高范围。一般立柱轴线与顶梁的垂线夹角小于 30o（支架在最低位置时） ，由于角度较大，可使调高范围增加。同时由于顶梁较短，立柱倾角加大可以使顶梁柱窝位置前移，使顶梁前端支护能力增大。支撑掩护式支架，根据结构要求呈倾斜或直立布置，一般立柱轴线与顶梁垂线夹角小于 10o（支架在最高位置时） ，由于夹角较小，有效支撑能力较大。3)立柱间距立柱间距
42、指支撑式和支撑掩护式支架而言即前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为有利于操作、行人和部件合理布置。支撑式和支撑掩护式支架的立柱间距为11.5m。4)立柱类型立柱按动作方式，分为单作用和双作用；按结构分类，分为活塞式和活柱式；按伸缩方式分为单身缩和双伸缩，如图 3-2 所示19a b cd e f图 3-2 立柱类型单作用活塞式；b单作用柱塞式；c 双作用活塞式；d、e 、f 双伸式第三节 液压支架基本技术参数的确定一 支护高度支架高度确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定，其最大与最小高度为： S 1 (mm) (3-1)大大 hH（mm） (3-2)a2小小式中
43、： -支架最大高度 mm大-支架最小高度 mm小-巷道最大高度 =3600 mm小h大h-巷道最小高度 =2500 mm小 小S1-考虑伪项煤冒落时，仍有可靠支撑力所需要的支撑高度，一般采取 200-300mm，S 1 取 200 mm，20S2-顶板最大下沉量是，一般取 100200 mm，S 2 取 200 mm，a- 移架时支架的最小可缩量，一般取 50 mm，- 浮矸石、俘煤厚度，一般取 50 mm，由式 3-1 可得3600200=3800 mm大H由式 3-2 可得25001005050=2300mm小所以取：=3800mm大H=2300mm小二 支护面积支架得支护面积按如下进行计
44、算Fc = B(L + m)其中：Fc-支护面积（）B顶梁宽度（m）L-顶梁长度（m）m-移架后顶梁前端至煤壁的距离，一般 m=284mm则 Fc1460（5100284）7.86三 支护强度本次设计中支撑掩护式支架的支护强度 可用插入法求得，按下式计算： xq（3-3）12121)(hHqxx式中： 支架名义支护强度。 （KN/m 2）xq采高 所对应的支护强度，见表 3111h采高 所对应的支护强度，见表 3122 对应的采高(m), 见表 311q 对应的采高(m),见表 312h支架的结构高度，在 ， 之间。xH2h21对应最大结构高度 =3.8m 时mH=3m =705.6KN/m2
45、1h1q=4m =862.4KN/m22 2将各数据代入式（3-3）得采高最大时支架支护强度=705.6(862.4-705.6) =831.4 KN/m2xq348.四 底板平均接触比压平均比压按下式计算= ( )0PdBLMPa式中 ：平均比压 （ ）0PMaP：支架工作阻力 （N）:底座长度 （mm）dL：底座当量宽度（mm）B MPaBLPd01.2421870 五 立柱主要参数确定1立柱缸体内径和活塞外径a.立柱缸体内径的确定（3-4）mndPaFcos/40= D1d式中： D立柱缸体内径 mmF1支架承受的理论支护阻力 KNn每架支架立柱数Pa安全阀的正压力，Pa=40mpa立柱
46、最大倾角（度）m代入公式（3-4）得Dd= =248mm5cos7.3641./7204查表取整为 250mm。2立柱初撑力和工作阻力a.初撑力22（3-5）eaPD24/=P初式中： 立柱初撑力 KN 初 泵站压力 =31.5 (Mpa)ee代入公式（3-5）得=3.14/4250231.5=6185（KN）P初b.立柱工作阻力=/4Da2Pa （3-6）柱式中： 立柱工作阻力， KN柱PPa 安全阀调整压力，取 Pa=36.7Mpa，代入公式（3-6）得=3.14/4250236.7=1789(KN)柱P六 泵站压力的确定泵站压力的确定按照立柱和千斤顶的工作压力需要确定为：P = 31.5
47、MPa由上述计算得 ZZ7200/23/38 液压支架的主要参数：Z Z7200/23/38 型液压支架高度 23003800 mm中心距 1500 mm宽度 1460 mm初撑力 6185 KN工作阻力 7200 KN支护强度 0.80.85 MPa底板前端比压 1.871.95 MPa适应采高 19003600 mm泵站压力 31.5 MPa支架重量 17600 Kg操作方式 手动快速 本架控制立柱23缸径/柱径 250/230 mm行 程 1500 mm初撑力 1545 KN工作阻力 1800 KN第四节 液压支架四连杆机构的确定一 四连杆机构的作用四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架
48、的最重要的部件之一。其作用概括起来主要有两个：一是支架由高到低变化时，借助四连杆机构的顶梁前端的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端点于煤壁间距离的变化大大减少，提高了管理顶板的性能；二是使支架能承受较大的水平力。下面通过四连杆机构动作过程的几何特征进一步阐述其作用。这些几何特征是四连杆机构动作过程的必然结果。1）支架高度在最大和最小范围内变化时，如图 33 所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度 e 应小于或等于 70mm，最好在 30mm 以下。2）支架在最高位置和最低位置时,顶梁与掩护梁的夹角 P 后连杆与底平面的夹角 Q，如图 3-3 所示,应满足如下要求:支架在最高位置时,P=52 062 0,Q=75085 0;支架在最底位置时 ,为有利矸石下滑,防止矸石停留在掩护梁上,根据物理学摩擦理论可知,要求 tanPW,如果钢和矸石的摩擦系数 W=0.3,则 P=16.70.而 Q 角主要考虑后连杆底部距底板要有一顶距离,防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降，一般去 Q=25030 0，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下绞点的高度。3）从图 3-3 可知掩护梁与顶梁绞点 e和瞬时中心 O 之间的连线与水平的夹角Q。设计时，要使 Q 角满足 tanQ 的范围，其原因是角直接影响支架承受附35.0加力的数值大小。
