1、xxxx 大学毕业设计I摘要本课题主要论述了 ZY3200/15/35 型液压支架的主要设计过程。其中包括：液压支架的选型、总体设计、主要零部件的设计、校核以及液压系统设计。支架的形式为掩护式支架。支架除了要有效的对顶板进行有效支撑，还要实现升、降、推移四个步骤。支架采用四连杆机构，改善支架的受力状况，缩小支架的升降过程中顶梁前端前后移动的距离。立柱采用单伸缩液压缸，前端带有加长杆，以满足支架最低及最高位置时的高度要求。顶梁掩护梁、底座都做成箱体结构用钢板焊接而成。在研制液压支架时，需要对支架进行生产试验和分析研究，确定合理的液压支架受力参数、运动参数和结构参数，以及选定液压支架最佳方案等方面
2、综合性的科学技术问题。本设计主要从支架的工作原理这手，然后进行总体结构设计以及校核。关键词：液压支架；顶梁；底座；立柱；掩护梁xxxx 大学毕业设计IIABSTRACTThe article mianly elaborate the ZY3200/15/35 hydraulic support design for top-caving. includes: the selection of hydraulic pressure support form, system design, main spar part design and examination of hydraulic sys
3、tem designThe support eliminates must realize effectively carries on the strut to the roof, but also must realize ,to fall, to push, move four steps .the support uses four link motion gears, improves the support the stress condition, reduces the support to rise and full the distance which in the pro
4、cess fort end the top-beam around moves. The column uses the list expansion and contraction hydraulic cylinder, front end has legthens the pole, satisfies the support to be lowest and time the highest position high request. The top-beam, shields Liang, the foundation all makes the packed in a box bo
5、dy structure, becomes with the steel plate welding.At research to presses the support, need to carry on produce to experiment and analyze the research, make sure reasonable of liquid presses the support to be subjected to the dint parameter, the sport parameter and the structure parameters, and make
6、 selection the liquid to press the synthetic science technique problem of aspect of etc. of the best project of support. This design mainly this hand from the work principle of the support, then carry on the total structure design and school pits.Keyword: Hydraulic pressure support；Top beam；Cradle ；
7、the column-type support；caving shieldxxxx 大学毕业设计III目 录摘要 IABSTRACT .II1 绪 论 .11.1 本课题的研究目的和意义 .11.2 国内液压支架的研究现状及发展 22 液压支架概述 .42.1 液压支架的工作原理 .42.1.1 支架升降 .42.1.2 支架推移 42.1.3 支架承载过程 .52.2 支架的选型设计 .62.2.1 设计的工作条件 62.2.2 支架的支护性能与外载荷 72.2.3 支架架型的选择 .73 液压支架的整体结构设计 93.1 支架高度、中心距的确定 .93.1.1 支架高度的确定 93.1.2
8、 支架伸缩比 93.1.3 支架间距 .103.2 底座长度和宽度的确定 103.3 四连杆机构的设计 103.3.1 四连杆几何特征 103.3.2.四连杆机构各部尺寸的确定 113.4 顶梁长度计算 154 支架主要部件的设计 174.1 顶梁的设计 174.2 液压支架的底座的设计 18xxxx 大学毕业设计IV4.3 支架技术参数和立柱的设计 184.3.1 支护面积 .184.3.2 支护强度 194.3.3 确定立柱的技术参数 204.3.4 安全阀压力与立柱工作阻力的确定 214.3.6 支护效率 .244.3.7 底座接触比压 244.4 立柱柱窝位置和受力计算 254.4.1
9、 立柱布置 .254.4.2 立柱柱窝位置的确定 .254.5 千斤顶技术参数的确定 274.5.1 推移千斤顶 .274.5.2 平衡千斤顶在顶梁上位置的确定 .285 支架受力分析与计算 .325.1 支架工作状态 325.1.1 顶板状态 325.1.2 支架工作状态 .325.1.3 支架受力 .325.2 受力计算 335.3 顶梁载荷分布 376. 液压支架的强度校核 386.1 强度条件 .376.2 主顶梁的校核 396.2.1 主顶梁的弯距计算 .396.2.2 主顶梁的强度计算 .406.2.3 安全系数 .416.3 掩护梁强度校核 416.3.1 掩护梁受力情况 .41
10、6.3.2 掩护梁强度计算 .426.3.3 安全系数 .436.4 底座强度校核 43xxxx 大学毕业设计V6.4.1 底座受力情况 .436.5 立柱强度校核 476.5.1 预算缸筒内径和缸壁厚度 .476.5.2 计算重叠长度 .486.5.3 各段的弯矩 .496.5.4 加长杆强度核算 .516.5.5 活柱强度核算 .517 液压系统设计 .547.1 液压系统的设计方法 547.2 千斤顶系统 547.2.1. 侧推、调架、防倒系统 .547.2.2. 推移千斤顶系统 .557.2.3.平衡千斤顶系统 558 技术经济分析 579 结论 58致谢 .61参 考 文 献 60附
11、录： .59外文资料与中文翻译 59xxxx 大学毕业设计11 绪 论1.1 本课题的研究目的和意义采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭增长的日益需要，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面。由于采煤工作面的底顶板条件、煤层厚度、煤层的物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效的支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸的液压支架。因此液压支架的设计工作是很重要的。通过对液压支架的理论学习，完成液压支架的设计工作，加深对液压支架工作原理、工作性能、工作环境及其结构的认识和了解。通过对液压支架结构的分析，加深和
12、巩固机械原理的相关内容；通过对液压支架受力的分析和强度的校核，加深对专业基础课理论力学和材料力学及专业课机械设计相关内容的巩固和理解。同样通过对液压支架的设计，能够更好的认识国内外液压支架的发展趋势和发现目前煤矿液压支架主要存在的问题，从而为以后更深认的了解和设计液压支架打下良好的基础。通过自己独立地完成指定的课程设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一名出色的机械工程师打好基础。xxxx 大学毕业设计21.2 国内液压支架的研究现状及发展煤炭是我国的主要能源，在国民经济
13、建设中。具有重要的战略地位。在未来新能源大规模利用之前。煤炭是支持我同能源供应的国内重要品种。据国际能源署预测，从2000到2020年，一次商品能源需求年增长2.97，2020年我国煤炭需求量将超过25亿t，煤炭工业将有一个很大的发展。根据我周社会发展的需求要把我周建设为“资源节约型，环境友好型”的社会，煤炭工业面临着历史性的挑战与机遇，经历着关键性的转变。实现以信息技术和机电一体化技术为核心的综合自动化；以清洁生产和洁净煤技术为基础的洁净化；以大企业集团和多元化经营为特征的集约化，即实现高效、安全、洁净、结构优化，已成为新时期我国煤炭工业发展的方向。液压支架是以高压液体为动力，由若十个液压元
14、件(油缸、阀件)与一些金属构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备。具有强度高、移动速度快、支护性能好、安全可靠等特性。煤矿井下支护问题始终是困扰煤炭高产高效、安全生产的重要问题。因此，以液压支架为主要设备的综合机械化开采的诞生和发展是煤矿生产发展史的一次重大革命，不仅从根本上改善劳动和安全条件也为采煤产量和效率的迅速提高奠定了基础，使煤炭生产面貌彻底改观。30 多年来在液压支架技术不断发展中，形成了以煤科总院专业研究所和骨干支架制造厂设计所为主的支架研究设计队伍，采用计算机CAD 进行各种类型支架的设计，用有限元计算软件等进行计算，并普及计算机绘图。我国制订的缓倾斜工作面顶板分类及其
15、它研究成果为支xxxx 大学毕业设计3架设计、选型和使用提供了有力的指导依据。制造方面形成以原部属专业制造厂为主、机械工业部及船舶制造总公司等专业厂为辅的制造体系，以及以国家煤矿支护设备质量检测中心为骨干的检测队伍。制定有关支架检测标准 11 项，建立了各项支架检测手段，造就了一支研究、制造和使用液压支架的庞大队伍;形成了研制液压支架的雄厚基础。不仅能满足国内的需要，还向美国、俄罗斯、土耳其和印度等国家出口液压支架或成套综采设备。矿用单体支护设备，采用悬浮式液压技术原理，生产矿用单体支护设备，技术水平达到了国际领先水平，填补了国际空白。DWX 型液压支柱的柱塞悬浮，密封胀紧，密封补偿，无内泄漏
16、、无圆弧焊缝等技术和安全特点，具有独创性。新型矿用单体支护设备的诞生，消除了五十年来国内外单体支护设备一直存在的内泄漏和圆弧焊缝脆断等安全隐患问题。解决了深部煤矿开采冲击地压条件下回采工作面顶板支护的关键技术，结束了由德国人发明的第二代单体支护设备的历史，开创了中国人发明的第三代单体支护技术设备的历史，并将会长期使用下去。该产品普遍适用于煤矿回采工作面的顶板支护和端头支护，可广泛应用于薄煤层、中厚煤层及较厚煤层工作面，是煤矿的重要支护设备。我国自 1973 年开始大规模引进德国、英国等国家的综采设备，经历了消化、吸收和改进提高的过程，到目前已形成了较完整的设计、制造和科研体系，掩护式液压支架的
17、制造和采煤技术已有长远发展。xxxx 大学毕业设计42 液压支架概述2.1 液压支架的工作原理液压支架在工作过程中，不仅要可靠的支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。因此，支架要实现升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压液体，通过工作面性质不同的几个液压缸来完成的，如图 2.1 所示。图 2.1 液压支架工作原理1顶梁；2立柱；3推移千斤顶；4安全阀；5单向筏； 6、7操纵阀；2.1.1 支架升降当操作阀处于升柱位置时，从乳化液泵站来得高压液体通过操纵阀液控单向阀 5 进入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀处
18、于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。2.1.2 支架推移xxxx 大学毕业设计5支架的前移和推移输送机是通过操纵阀和推移千斤顶 3 来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，再把支架升起，使支架撑紧顶板。若将操纵阀置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆腔回液，这时输送机以支架为支点被推向煤壁。2.1.3 支架承载过程支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程，它包括初撑、承载增阻和恒阻
19、三个阶段。(1) 初撑阶段在升架过程中，当支架的顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀 6 立即关闭，这一过程为支架的初撑阶段。此时支架对顶板的支撑力为初撑力。(2) 承载增阻阶段支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。(3) 恒阻阶段随着顶板压力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高，当升高到安全阀 5 的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下缩，液体压力随之降低。当降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。由于安全阀的作用
20、，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段。此时，支架对顶板的支撑力成为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。对于掩护式和支撑掩xxxx 大学毕业设计6护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。图 2.2 支架的工作特性曲线由上可知，支架工作时，其支撑力与时间的关系，可用支架工作特性曲线表示，如图 所示，曲线上的 、 、 分别表示支架的初撑、增0t13t阻、和恒阻阶段的时间。通常液控单向阀和安全阀组合在一起，称为控制阀。支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它表示支架支撑力的大小。但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能
21、力。因此，通常单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。即(式 2.1)FPq310Ma式中 支架的支护面积，F2m2.2 支架的选型设计2.2.1 设计的工作条件xxxx 大学毕业设计7煤层厚度：H1.83.2 米；顶设条件老顶 II 级、直接顶 II 级，底板平整，无影响支架通过的断层。工作面配套设备：采煤机：MXA-300/3.5，刮板输送机：SGZ730/320。煤层倾斜角小于 15 度，支护强度、底板抗压强度、泵站压力、安全阀调定压力 40MPa。2.2.2 支架的支护性能与外载荷为了设计计算方便，要对支架的外载荷和支架本身进行简化，如下：把支架简化
22、成一个平面杆系结构。为偏于安全，在计算时把外载荷视为集中载荷；金属结构件按直梁理论计算；顶梁、底座与顶底板被认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律分布，沿支架宽度方向为均布；通过分析和计算可知，掩护梁上矸石的作用力，只能使支架实际支护阻力降低所以，在进行强度计算时不计，使掩护梁偏于安全；立柱和短柱按最大工作阻力计算；产生作用在顶梁上的水平力的情况有两种，是由于支架让压回缩，顶梁前端点运动轨迹为近似双纽线，顶梁与顶板间产生相对位移，顶板给予顶梁水平摩擦力，另一种是由于顶柜向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向采空区的水平摩擦力。顶梁和顶板的静摩擦系数 W，一般取 0.150.3；按不同支护高度
23、时各部件最大受力值进行强度校核。2.2.3 支架架型的选择根据煤层厚度 1.83.2 米，属于中厚煤层。支架的适应高度为 1.53.5米煤质条件老顶 II 级、直接顶 II 级，底板平整，无影响支架通过的断层，根据表 2.1 初步选定为掩护式两柱液压支架。xxxx 大学毕业设计8表 2.1 支架架型的选择注：括号内的数字是掩护式支架的支护强度。表中所列支护强度在选用时，可根据本矿情况允许有 %的波动范围。5表中 1.3、1.6、2 分别为、级老顶的分级增压系数；级老顶给出最低值 2，选用时可根据本矿实际确定适宜值。老顶级别 直接顶类别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4支撑式采高小于
24、2.5m时支架类型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式掩护或支撑掩护式掩护或支撑掩护式支撑掩护式采高大于 2.5m时1 0.294 1.3 0.2941.6 0.2942 0.24920.343（0.245）1.3 0.343（0.245）1.6 0.3432 0.34330.441（0.343）1.3 0.441（0.343）1.6 0.4412 0.441支架支护强度M Pa采高m40.539（0.441）1.3 0.539（0.441）1.6 0.5392 0.539应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区xxxx 大学毕业设计93 液压支架的整体结构设计3
25、.1 支架高度、中心距的确定3.1.1 支架高度的确定支架高度的确定原则，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：（式 3.1）1ShHm（式 3.2）2n煤层最大采高，hm煤层最小采高n伪顶冒落的最大厚度，一般取 0.20.3mS1顶板最大下沉量，一般取 100200mm2移架时支架的最小可缩量，一般取 50mma矸、浮煤厚度，一般取 50mm本设计采高 1.83.2m,取支架高度为 1.53.5m3.1.2 支架伸缩比支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值为：（式nmH3.3）代入数据得 m=2.33。xxxx 大学毕业设计103.1.3 支架间距
26、所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离。按下式计算：（式 3.4）3cmbBnC式中： 支架间距（支架中心距）；cb每架支架顶梁总长度；mB相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙；3Cn每架所包含的组架的组数或框架数，整体自移式支架。支架间距 ， 我国刮板输送机溜槽每节长度为 1.5m,千斤顶连结块cb位置在溜槽中长的中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5m。本次设计取支架的中心距为 1.5m。3.2 底座长度和宽度的确定通常，掩护式支架的底座长度职 3.5 倍的移架步距(一个移架步距为0.6m)，即 2.1m 左右，本次设计取底座长 2.18m，底座宽度取 1350mm3.3 四
27、连杆机构的设计3.3.1 四连杆几何特征（1）支架在最高位置时， =5262，即：0.911.08弧度；1P=7585即1.311.48弧度；支架在最低位置时，保证 。Q P125（2）后 连杆与掩护梁的比值，掩护式支架为I =0.450.61;支撑掩护式为I = 0.610.82。xxxx 大学毕业设计11（3）前后连杆上绞点之距与掩护梁的比值为 0.220.3。I1（4） 点的运动轨迹呈近似双纽线，支架由高到低双纽线运动轨e迹的最大宽度 mm以下。70（5）支架在最高位置时的 应小于0.35，在优化设计中，对支tan撑掩护式支架最好应小于0.16。3.3.2.四连杆机构各部尺寸的确定四连杆
28、机构各部参数如图 3.1 所示，图中的 为支架在最高位置时1H的计算高度。令： = ; = ; = ; = ; = ; = ; oa2AbBaCcdD2oEaeG= ; ebF= ; = ; ; ; = =1JoSeLIGIae1tnSLUa图 3.1 四连杆机构参数图2 支架四连杆机构的运动轨迹液压支架升降时，顶梁的运动轨迹是由四连杆机构决定的，既有顶梁与掩护梁的铰点 E 的轨迹所决定，其轨迹如图 3.2 所示：xxxx 大学毕业设计12图 3.2 升降柱运动轨迹支架在最大高度和最小高度范围内运动时，E 点的运动轨迹呈 3 种形式：双向摆动(ABCD 段)、单向向后摆动(BC 段)和单向向前
29、摆动(AB段和 CD 段) 。选择不同的四连杆参数可以使 E 点轨迹处于上述 3 种曲线段。支架工作时，受到顶板载荷的作用，有下缩趋势。当 E 点轨迹处于 AB 段时，顶梁相对于顶板有向煤壁移动的趋势，顶板对顶粱的摩擦力指向采空区侧。当 E 点轨迹处于 BC 段时，顶梁相对于顶板有向采空区移动的趋势，此时顶板对顶梁的摩擦力指向煤壁。当顶板运动趋势超过支架运动趋势时，顶梁与顶板间的摩擦力方向将取决于顶板的运动趋势。3、作图方法已知条件是支架的最大高度 和支架的最低高度 。要求在这xhma minh范围内掩护梁上下运动时轨迹是一条直线或近似直线。水平偏移量不允许超过 75mm。xxxx 大学毕业设
30、计13图 3.4 作图轨迹及对应参数1)在图 3.4 中，先画基线 AB 向上取 ，在 顶端向下取一定距xhmaxa离（顶梁顶面之掩护梁的铰接轴中线的距离） ，得到 I 点。由 I 点向下取（ ）的长度得到 H 点。minaxh2)以 AB 作为底座的底线，在 AB 上取一定的长度得 B 点，由 B 点向上一定距离得 J 点，J 点作为后连杆和底座的铰接轴。3)由 H 作一斜线 HC 与水平线成 角，必须使 。在 J 点作o15角，再取 JC 一定长度与 HC 交于 C 点，C 点作为后连杆和掩护梁的铰接轴。4)以 J 为圆心，JC 为半径画一圆弧 。以 I 为圆心，以 HC 的长度ab为半径
31、画圆弧与 ab 弧交于 E 点。C 点和 E 点就是后连杆在支架为最小高度和最大高度时的极限位置。5)在 CH 上取一长度 CD，必须使 CDDC,这样 CD 就是最短杆。而且要使 CDDGCJ JG. 于是 G 点成为前连杆和底座的铰接轴。7) IH 之间的轨迹的校核。在 CE 弧内平均取几点，例如 1、2、3点，依次的以 1、2、3 为圆心，以 CD 为半径画弧，与以 G 点为圆心GD 为半径的 FD 弧交于 点，连接 、 、 ，并都给予延长3、 123得 、 、 点，使 1 =2 =3 CH 。这样， I、 、 、 所形 21成的曲线要接近直线。如果差别太大，要改变四连杆的尺寸或角度，以
32、上述的过程画出 IH 间的轨迹，使近似于直线。除要求水平偏移量不超过规定值外，对 角的变化要求均匀。特别要注意在最大高度时，不要发生突变。 角是连杆瞬时中心与掩护梁铰接轴的连线和顶梁延长线之间的夹角。确定掩护梁上铰点至顶梁顶面之距和后连杆下铰点至底座底面之距按同类型支架用类比法来确定得：掩护梁上铰点至顶梁顶面之距为160mm；后连杆下铰点至底座底面之距为 400mm。 H1=3.5-0.56=2.94(m)H2=1.5-0.56=0.94(m)所的结果取整后得：U= 0.36 Q1= 78 度 Q2= 18 度 P1=53 度 P2=15 度A= 858.6 B=500 C=1585 D=40
33、0 E= 970 G=2300 S=611 L=1661xxxx 大学毕业设计153.4 顶梁长度计算 顶梁长度=配套尺寸+底座长度+Acos( )-Gcos( )+300+e1Q1P+掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距 （式3.5）式中：底座长度底座前端至后连杆下铰点之距；支架由高到低顶梁前端点最大变化距离；e、 支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹1QP角。采煤机：MXA-300/3.5，刮板输送机：SGZ-730/320。查综采设备手册得三机配套尺寸为：配套尺寸=671+1553=2224mm代入相关数据得：顶梁长度=2224+2100+1131cos(78)-2300cos
34、( 53)300+65+100=2910mm顶梁的宽度:顶梁不仅必须满足支架的工作阻力的要求，还要使顶梁覆盖住顶板，以减少矸石的冒落。顶梁的覆盖率为顶梁面积与控制顶板面积比值的百分数，即（式 3.6）%10jBcll） （ 式中 B顶梁宽度；l顶梁长度；xxxx 大学毕业设计16j架间距；c顶梁前端到煤壁的距离；中等稳定顶板 ；%857一般 j 取 100200mm。如果给定 和 j 值，可以求出 B 值，即（式 3.7）（ ）（ clj取， =79% 、 j=200mm。顶梁宽度的决定，除用上式计算外，还要考虑到整体支架与一节溜槽长度相匹配的问题。故顶梁宽取 1.4m。xxxx 大学毕业设计
35、174 支架主要部件的设计4.1 顶梁的设计图 4.1 支架的顶梁顶梁前、后分别与前梁和掩护梁铰接，球面柱窝与立柱的活柱头相连。顶梁有铰接耳座与四连杆机构的上连杆联接，此外还设有所需千斤顶的耳座，如前梁、掩护梁千斤顶耳座。顶梁体箱式结构件的设计可根据总体受力分析，按不同支护高度时各部件最大受力值计算其强度。一般柱窝断面为最危险断面，断面安全系数 n 应大于 1.1，同时要充分考虑各个铰接孔的挤压强度，以免孔受塑变拉长而损坏，特别是与上连杆铰接的耳座，一定要加大强度。侧护板与导杆连接的结构以长方形拉板为好，可以保证导杆与侧护板的连接强度。其机构与一般掩护式支架相同，梁体由钢板焊成箱式结构件，设计
36、强度要求同上，安全系数 n 大于 1.1，侧护板设计要考虑降架式不与邻架侧护板脱离接触。侧护板采用长方形拉板与导杆连接，支架工作阻力xxxx 大学毕业设计18400 吨以上时，侧推千斤顶采用内供液式，有利于保证梁体的焊接强度。本设计采用铰接式的顶梁，具体结构见图纸。4.2 液压支架的底座的设计底座为整体式刚性底座，四连杆机构铰接在底座前部(有的铰接在中部或后部)，有两个球面柱窝与立柱缸底相连，底座中间布置有推移装置，侧面有拉后输送机千斤顶固定耳座。该底座整体性强，稳定性好，与底板接触面积大，比压小。由于四连杆机构在中部连接，使底座受力状态不好。上连杆与底座的铰接座为两突出的内主筋形成的箱体结构
37、，应合理设计，使突变过渡处强度足够，呈圆弧状过渡，以免损坏。本设计采用整体式刚性的底座，具体结构见图纸。图 4.2 四连杆机构的底座4.3 支架技术参数和立柱的设计4.3.1 支护面积支架的支护面积按下式计算：mm （式 4.1）)(LgbFcxxxx 大学毕业设计19式中 支护面积， mm；cF移架后顶梁前端点到煤壁的距离( )，一般 =0.3+me将各数值代入公式(4.1) 得支架的支护面积为：4.86m)3.0912(5.cF4.3.2 支护强度支护强度的计算可借助表 2.1，首先按表 2.1 根据老顶级别和直接顶类别确定支架架型，再根据老顶级别和采高确定支护强度。由于实际最大采高不一定
38、正好和表 2.1 所列采高相同，所以要用插值法重新计算。kN/ （式 4.2）qmx hHq12121)(2式中：当支架最大采高为 时，支架应有的支护强度，kN/ ；xqm 2m在架型选样表 2.1 中与低于 但与之相邻的采高相对应的支1 H护强度；kN/ ；2 在架型选择表 2.1 中与高于 但与之相邻的采高相对应的支2qm护强度，kN/ ；2m 所对应的采高， m； 所对应的采高， m。qh1 qh2根据表 2.1 将各数值代入公式得支护强度为：kN/78.594.3)1(.)43.( x 2支架理论支护阻力为：xxxx 大学毕业设计20= （式 4.3）1Fcxq代入数值得 =2910k
39、N14.3.3 确定立柱的技术参数立柱缸径按下式进行计算：mm （式 4.4maddpnFDcos401）式中 立柱缸体内径， cm；d支架承受的理论支护阻力，kN；1FkNxcqF1每架支架立柱数；dn安全阀调整压力，M Pa，按产品样本选取(或参考同类支架选ap取)。其中， Y B 型 =40 M Pa；Y 型 =3060 M Pa；1Fap2Fap立柱最大倾角(度)，(支架降到最低工作位置时， 角最大)。m m将各数值代入公式 3.9 得立柱缸径为：cm9.28cos4021.39dD按北京煤矿机械厂标准（Q/BM32782）表 4.1 选取比计算值大的标准值作为内径 ，再选取配合尺寸。
40、e表 4.1 内径标准 单位：mm50 63 80 100 110 125 140 (145)xxxx 大学毕业设计21160 180 200 210 220 230 250查表 4.1，选 =230mm，eD查表，选取配合尺寸为：外缸内径 230mm，活柱外径 210mm，工作阻力 1800kN，额定工作压 43.3 M Pa，泵站压力 31.4Mpa。取泵站额定工作压力 ( M Pa)减去从泵站到支架沿程压力损失后bp的值 为 30 M Pa，代入公式得立柱初撑力为：bpkN6.1243041.2tP4.3.4 安全阀压力与立柱工作阻力的确定1、立柱的工作阻力安全阀的调整压力，按选定后的立
41、柱缸体内径 和支架承受的理eD论支护阻力 来确定。即mF1M Pa （式 4.5）240czaDFP式中的 按下式计算：zFkN （式 4.6）ndmzcos1式中 支架在最高位置时立柱倾角，度；n将数据代入公式得 为：zFkN3.1506cos29z由公式得安全阀的调整压力为：xxxx 大学毕业设计22M Pa3.6214.3.50aPPa 求出后，在选定一种动作压力与 Pa 相近的标准安全阀。此安全阀的动作压力即为支架安全阀的调整压力。取 Pa=40MPa。立柱工作阻力 按下式进行计算：2kN （式 4.aeDP104227）将各数值代入公式得立柱工作阻力 为：2kN9.164031.2P
42、表 4.2 支架工作阻力数值圆整标准（MT169-87） （kN ）1200 1600 2000 2400 2800 32003600 4000 4400 4800 5200 56006400 7200 8000 9000 10000 12000圆整取支架工作阻力为 3200kN，则 P2=1600kN。2、最小导向长度的确定在设计时，必须保证有一定的最小导向长度。一般要求满足下式。 2D10LH式中 L立柱最大工作行程，L=1000mm缸筒内径， mm2D一般导向长度 A，当缸内径 ，取活柱外径的 0.61.0 倍。m802D。活塞宽度 B 则取缸内径的 0.61.0 倍。 C 取缸内径的
43、0.61.0 倍。xxxx 大学毕业设计23为了保证导向长度，过分增大导向套长度和活塞宽度都是不适宜的，最好在活塞上不装一个距离套，距离套的宽度有所需要的最小导向长度决定。图 4.3 立柱导向长度关系图1缸筒；2活塞；3导向环；4距离套；5导向套；6缸盖；7活柱3、缸底厚度计算掩护式和支撑掩护式支架立柱的缸底，一般在缸内做成平地，在缸外做成球面形， 。在直径 （mm）处的底后可用下列公式计算：Dm5103.4183.0p43.0式中 p缸内所能形成的最大压力，P=43.3MPa；缸底材料的许用应力，铸钢 =100MPa。 xxxx 大学毕业设计24图 4.4 立柱缸底示意图4.3.6 支护效率
44、整台支架的工作阻力是由立柱工作阻力产生的。对于掩护式支架而言，用支护效率来评价立柱工作阻力转为支架工作阻力的有效程度，效率 按下式计算：（4.8）tPF1%91320值与支架的架型、结构尺寸和支架高度有关， 值过大或过小都不好。一般要求在支架工作段内，掩护式支架由于立柱倾角较大， 值应大于 90%以上。故满足要求。4.3.7 底座接触比压顶板对支架的巨大载荷有整台支架传到底板，在支架底座与底板接触处将具有一定的比压。由于底板岩性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗压强度。则在设计支架时，应验算底板的比压。xxxx 大学毕业设计25（式bLpqAj4.9）则平均接触比压为： （式6.198
45、.320j4.10）式中 平均接触比压；jq支架工作阻力；ApB底座与底板的接触宽度；L底座与底板的接触长度。结论：该底座比压在允许范围内。4.4 立柱柱窝位置和受力计算4.4.1 立柱布置1）立柱数，本课题设计 3200/15/35 取支架为 2 柱。2）支撑方式：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。一般立柱轴线与顶两的垂线夹角小于 （支架在30最低工作位置时） ，由于角度较大，可是调高范围增加。同时又与顶梁较短，立柱倾角较大可以使顶梁柱窝位置前移，是顶梁前端支护能力增大。4.4.2 立柱柱窝位置的确定假定顶梁与顶板均匀接触，载荷沿顶梁长度方向按线性规律变化，沿支架宽度方向均布。把支架的空间杆系结构，简化成平面杆系结构。同时为偏于安全，可以认为顶梁前端载荷为零，载荷沿顶梁长度方向向
