矿用液压支架设计

矿用液压支架设计,液压,支架,设计 河南理工大学万方科技学院 本科毕业设计（论文）中期检查表 指导教师： 杨志波 职称： 副教授 所在系部（单位）： 机械与动力工程学院 教研室（研究室）： 机械教研室 题 目 矿用液压支架的设计 学生姓名 林超 专业班级 07机制2班 学号 0720150088 一、选题质量 1， 该选题为矿用液压支架设计，符合专业培养目标，能够体现综合训练的要求，可以对 我们大学四年所学知识进行一次全面的练习。 2， 这将对我们以后深造学习和工作起到十分有效的帮助，也能达到一个综合训练的效 果，又加强了实际的动手动脑能力。 3， 题目的难易程度很适中，对我们既是一个挑战也是一个很好的锻炼提高过程。 4， 题目的工作量：要求完成3张以上的A0图纸，50—60页的说明书一份。 5， 选题不但能紧密的结合生产和实践，而且在我们所学课程的范围之内，对我们 以后不管是科研还是从事实际的工作都有很大的帮助。 二、开题报告完成情况 在老师指导和同学们的帮助之下，我顺利的开始本次毕业设计。我在自己经过一些查阅资料的前提下，慢慢地理出头绪,摸索出了设计思路。 由于我们这次是矿用液压支架的设计，以前接触这方面的知识较少，所以在刚开始不是很顺利，甚至感到有些无从下手，但是经过和指导老师的提导、与本组同学的商量、在工厂实习观看实物之后， 我逐渐找到设计的切入点，顺利的完成了开题报告。并有了一定的成果和进行了一些前期的工作，并使本次设计有了一个良好的开始。在查阅了一些资料后，已经进行了计算设计，正在整理说明书,并进行初步绘制草图.我将继续努力，认真完成这次毕业设计。 三、阶段性成果 1．通过对液压传动原理的学习，在加上老师的仔细讲解，我收集了大量的资料和文献，为设计的顺利完成打下了坚实的基础。 2. 在老师的指导和同学的帮助下找到了设计的基本方法，开始了一些基本的原理的设计计算，并取得了一定成果。 3. 完成了开题报告。 4．对整个设计有了一个总体的方案,并进行了前期的一些工作和设计. 四、存在主要问题 由于在液压传动原理及机械原理的理解不够深入,实际经验不足,而且这方面参考资料有限,所以随着设计的逐渐进行中我遇到了许多新的和更加复杂的问题，这些问题使我充分认识到了自己在以前学习中的不足和自己与一些同学在专业知识方面的差距，所以我要以本次设计为契机加强自己在学习上薄弱环节，争取使我的毕业设计能够取得好的成绩，也能够使我所学的知识能够在以后的工作中发挥更大的作用。 五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语 指导教师： （签名） 年 月 日 河南理工大学万方科技学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题目名称 矿用液压支架 学生姓名 林超 专业班级 07机制2班 学号 0720150088 一、 本课题的研究目的和意义 通过本次毕业设计，培养学生综合运用液压传动、机械设计、工程理学等课程中所学理论知识的能力；强调设计的独创性和实用性，培养和提高设计者独立分析问题和解决实际问题的能力，为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下坚实基础。 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。为了满足对煤炭日益增长的需要，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（简称综采工作面）。而每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需要量时很大的。 由于不同采煤工作面的顶底板条件，煤层厚度、煤层倾角、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。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量是很大的，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。 在过去的半个多世纪中，煤矿井下开采支护设备的设计和使用发生了巨大变化。其中，最引人瞩目的是世界范围内广泛采用液压支架作为长臂开采支护工程的主要设备。从采煤设备的发展过程来看，采用液压支架管理顶板是当代采煤技术史上一次重要的变革，也是煤矿现代化的主要标志。液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之一，其重量约占综合采煤设备总重量的80%~90%，其费用约占综合采煤设备总费用的60%~70%。因此，为了降低成本提高采煤的经济效益，世界各主要产煤大国都一直在积极地开展液压支架的研究。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 摘 要 本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括：选架型、总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核和液压系统的设计。 由于该煤层厚度适中，选用掩护式液压支架。煤层厚度介于之间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大且抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。支架采用正四连杆机构，以改善支架受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用双伸缩作用液压缸，以增加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移千斤顶采用框架结构，以减少推溜力和增大移架力。为了提高移架速度，确保对顶板的及时支护，采用锥阀液压系统。 关键词：液压支架 液压 四连杆机构 采煤 支架选型 推溜 移架 - III - 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 Abstract The article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination and the hydraulic system design. Because this coal bed thickness is moderate, selects the shield type hydraulic pressure support. Coal bed thickness is situated between between the 2.5~3.8 rice, coal bed thickness change bigger, selects adjusts the high scope big also the anti- horizontal thrust is strong also the belt protects helps the equipment the shield type support. The support uses the four link motion gear, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The column uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the portal frame construction, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof support, uses the mushroom valve hydraulic system. Key word: The hydraulic pressure support , hydraulic pressure , four-link mechanism , mining coal, support shaping push forwards the conveyer, advancing the powered support. 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 目 录 1 概述 1 1.1 液压支架的组成和分类 1 1.1.1液压支架的组成 1 1.1.2液压支架的分类 2 1.2液压支架的工作原理 2 1.3 液压支架的支护方式 5 1.4支架选型的基本参数 6 1.4.1 对液压支架的基本要求 6 2 液压支架的总体设计 ７ 2.1 液压支架的选型 ７ 2.2 液压支架参数的确定 ９ 2.2.1 支护强度和工作阻力 ９ 2.2.2 初撑力 ９ 2.2.3 移架力与推溜力 １０ 2.2.4 支架调高范围 １０ 2.2.5 中心距和宽度的确定 １１ 2.2.6 底座宽度 １１ 2.3 采煤机、液压支架和输送机的配套 １２ 2.3.1 采煤机、液压支架和输送机的配套 １２ 2.3.2 其他附属设备的配套 １２ 2.4 四连杆机构设计 １３ 2.4.1 四连杆机构的作用 １３ 2.4.2 用优选设计法设计四连杆机构 １４ 2.5 顶梁长度的确定 １９ 2.6立柱及柱窝位置的确定 ２０ 2.7平衡千斤顶位置的确定 ２４ 2.7.1 平衡千斤顶安装位置的确定原则 ２４ 2.7.2 平衡千斤顶在顶梁上位置的确定 ２５ 2.8其它千斤顶技术参数的确定 ２７ 2.8.1 推移千斤顶技术参数 ２７ 2.8.2 侧推千斤顶技术参数 ２７ 2.8.3 前梁千斤顶技术参数 ２７ 2.8.4 护帮板千斤顶的技术参数 ２８ 3 液压支架受力分析和计算 ２９ 3.1 受力分析计算 ２９ 3.2 支护强度计算 ３０ 3.3 底座比压的计算 ３０ 4 液压支架的主要部件的设计 ３２ 4.1 前梁 ３２ 4.2 主顶梁 ３２ 4.3 掩护梁 ３３ 4.4 前、后连杆 ３４ 4.5 底座 ３５ 4.6 立柱 ３６ 4.7 千斤顶 ３７ 4.7.1 推移千斤顶 ３７ 5 主要零、部件的强度校核 ３９ 5.1校核的基本要求 ３９ 5.2前梁强度校核 ４０ 5.2.1 前梁受力情况 ４０ 5.2.2 前梁强度计算 ４１ 5.3 主顶梁强度校核 ４３ 5.3.1 主顶梁受力情况 ４３ 5.3.2 主顶梁强度计算 ４４ 5.4 掩护梁强度校核 ４６ 5.4.1 掩护梁受力情况 ４６ 5.4.2 掩护梁强度计算 ４６ 5.5 底座强度校核 ４８ 5.5.1 底座受力情况 ４８ 5.5.2 底座强度校核 ４９ 5.6 立柱强度的校核 ５０ 5.6.1 立柱稳定性校核 ５０ 6 液压系统 ５３ 6.1 液压支架的液压系统的简介 ５３ 6.1.1 液压支架传动系统的基本要求 ５３ 6.1.2 液压支架的液压传动特点 ５３ 致 谢 ５５ 参考文献 ５６ IV 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 概述 1.1 液压支架的组成和分类 1.1.1液压支架的组成 液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。 液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系—“般分为三大类，即支撑式、掩护式(图1-2)和支撑掩护式(图1-3) 根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为4个部分： (1) 承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。 (2) 液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。 (3) 控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。 图1-2 掩护式液压支架结构 图1-3 支撑掩护式液压支架结构 (4) 辅助装置，如推移装置、护帮(或挑梁)装置、伸缩梁(或插板)装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。 1.1.2液压支架的分类 按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面所有位置的支架。 中间液压支架按其结构形式来划分，可分为三种基本类型，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式。 1.2液压支架的工作原理 液压支架在工作过程中必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来实现完成的。如图1-5示 1. 升柱 当需要支架上升支护顶板时。高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁接触顶板。 2. 降柱 当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。 图1-5 液压支架工作原理 -顶梁 -立柱 -底座 -推移千斤顶 -安全阀 -液控单向阀 、-操纵阀 -输送机 -乳化液泵 -主供液管 -主回液管 3. 支架和输送机前移 支架和运输机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推运输机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，是活塞杆伸出，把运输机推向煤壁。 支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图1-6所示： 支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段 -初撑阶段； -增阻阶段； -恒阻阶段；-初撑力；-工作阻力 （1）初撑阶段 支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起使顶梁接触顶板，立柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的夜控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段， 此时支架对顶板的支撑力为初撑力。支撑式支架的初撑力为 (1.1) 图1-6 支架的工作特性曲线 式中 --支架立柱的缸径，； --泵站的工作压力，； --支架立柱的数量。 由上式可知，支架初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。一般采用提高泵站工作压力的办法来提高初撑力，以免立柱的缸径过大。 （2）承载增阻阶段 支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直到增加到支架的安全阀调正压力，立柱下腔压力达到工作阻力。此阶段为增阻阶段。 （3）恒阻阶段 随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架的安全阀压力调正值时，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整之后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限制下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段。此时支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。支撑式支架的工作组力为 (1.2) 式中 --支架安全阀的调定压力 ； 支架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。 对于掩护式和支撑掩护式支架，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。 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力。因此，常用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 (1.3) 式中 —支架的支护面积，。 1.3 液压支架的支护方式 综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。 3个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的3种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。 1 即时支护 —般循环方式为：割煤一移架一推溜，工作面“三机”的配套关系。即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。 2 滞后支护 一般循环方式为：割煤一推溜一移架。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板。 3 复合支护 —般循环方式为：割煤一支架伸出伸缩梁一推溜一收伸缩梁一移架。 复合支护的特点是：支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。 1.4支架选型的基本参数 1.4.1 对液压支架的基本要求 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撑力和工作阻力，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。 2. 液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为,中厚煤层一般为,厚煤层一般为。 3. 防矸性能要好。 4. 排矸性能要好。 5. 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。 6. 为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。 7. 调高范围要大，照明和通讯方便。 8. 支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。 9. 要求支架有足够的刚度，能够承受一定得不均匀载荷和冲击载荷。 10. 满足强度条件下，尽可能的减轻支架重量。 11. 要易于拆卸，结构要简单。 12. 液压元件要可靠。 ２９ 山东科技大学学士学位论文 液压支架的总体设计 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 液压支架的总体设计 2.1 液压支架的选型 正确选择液压支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。在具体选择架型时，首先要考虑煤层的顶板条件。表2-1是根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件下适用的架型，它是选择支架的主要依据. 由于给定参数中顶底版性质：老顶I级、直接顶2级，底板平整，无影响支架通过的断层，初步选择为掩护式支架。 1 煤层厚度 煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。当煤层厚度大于(软煤层下限，硬煤层上限)时，应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。因此本次设计应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。 2 煤层倾角 煤层倾角主要影响支架的稳定性、倾角大时易发生倾倒下滑等现象。当煤层倾角大于时，应设防滑和调架装置，当倾角超过时，应同时具有防滑防倒装置。给定煤层倾角，不用设置防滑和调架装置。 3 底板性质 底板承受支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架地做的结构和支撑面积。选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板允许比压（对于砂岩底板，允许比压为,软底板为左右） 4 瓦斯涌出量 对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。 表2-1 老顶级别 I II III IV 直接顶级别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架类型 掩护式 掩护式 支 撑 式 掩护式 掩护式或支撑掩护式 掩 护 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 支撑式 采高 小于 2.5m时 支撑 掩护式 采高 大于 2.5m时 支架支护强度 采高 1 2 3 4 0.294 0.343（0.245） 0.441（0.343） 0.539（0.441） 1.30.294 1.30.343（0.245） 1.30.441（0.343） 1.30.539（0.441） 1.60.294 1.60.343 1.60.441 1.60.539 〉20.294 〉20.343 〉20.441 〉20.539 应结合 深孔爆破 ，软化顶板 等措施 处理采空区 单体支柱支护强度 采高 1 2 3. 0.147 0.245 0.343 1.30.147 1.30.245 1.30.343 1.60.147 1.60.245 1.60.343 按采空区处理方法确定 注：①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5%的波动范围。 ②表中1.3、1.6、2分别为II、III、IV级老顶的分级增压系数；IV级老顶只给出最低值2，选用时可根据本矿实际确定适宜值。 2.2 液压支架参数的确定 2.2.1 支护强度和工作阻力 支护强度取决于顶板性质和煤层厚度。支护强度可根据下列公式估算： （2.1） 式中K—作用与支架上的顶板岩石系数，一般取。顶板条件好、周起来压不明显时取下限，否则取上限； H—采高， γ—顶板岩石密度，一般为 放顶煤支架的支护强度一般为 支架工作阻力P应满足顶板支护强度的要求，即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定。 （2.2） 式中 F—支架的支护面积，可按下式计算 2.2.2 初撑力 初撑力的大小是相对与支架的工作阻力而言，并与顶板的性质有关。较大的初撑力可以使支架较快地达到工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性。对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力的80%；对于稳定顶板，初撑力不宜过大，一般不低于工作阻力的60%，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积的垮落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的75%。 2.2.3 移架力与推溜力 移架力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关。一般薄煤层支架的一架力为;中等厚度煤层支架为;厚煤层为。推溜力一般为. 2.2.4 支架调高范围 支架最大结构高度 (2.5) 支架最小结构高度 (2.6) 式中 、—煤层最大、最小采高 —伪顶冒落的最大厚度，一般取 —顶板周期来压时的最大下沉量、移架使支架的下降量和顶梁上、底座下的浮矸、煤层厚度之和，一般取 确定支架的最低高度时还应考虑到井下的允许运输高度。 支架的伸缩比 （2.7） 值的大小反映了支架对煤层厚度变化的适应能力，其值越大，说明支架适应煤层厚度变化的能力越强，采用单伸缩立柱，值一般为1.6左右。若进一步提高伸缩比，需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱，其值一般为2.5左右。薄煤层厚度可达。由于又考虑到煤层厚度较高，初选双伸缩立柱。 2.2.5 中心距和宽度的确定 支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。目前国内外液压支架中心距大部分采用.大采高支架为提高稳定性中心距可采用，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用。因此设计中预取1.5m。 2.2.6 底座宽度 底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面： 支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；使于人员操作和行走，保证支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座长度取3.5倍的移架步距一个移架步距为，即左右；支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距，即左右。 2.3 采煤机、液压支架和输送机的配套 2.3.1 采煤机、液压支架和输送机的配套 综采工作面采煤机、液压支架和输送机之间在性能参数、结构参数、空间尺寸及相互连接等方面，有着严格的配套要求，以保证综采工作面的最大生产能力和安全生产的要求。 （1）生产能力的配套 （2）性能配套 （3）几何关系的配套 2.3.2 其他附属设备的配套 煤层倾角大于时，采用链牵引的采煤机应设置防滑装置；当倾角大于时应安装防滑绞车，输送机应设置防滑锚固装置，支架也应有防倒防滑和调架装置；而对于大采高工作面设备，煤层倾角大于时，即应设防滑装置。 落煤块度过大时，工作面转载机上应设置破碎装置。 本设计采用配套 液压支架 北京煤机厂 采煤机 刮板运输机： 2.4 四连杆机构设计 2.4.1 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的最重要部件之一。其作用概括起来主要有两个：其一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；其二是使支架能承受较大的水平力。 为了掌握四连杆机构的设计方法，必须正确理解四连杆机构的作用。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。这些特征是四连杆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，顶梁端点运动轨迹的最大宽度，最好为以下； 2.支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角和后连杆与底平面的夹角，应满足如下要求： 支架在最高位置时，，；支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求，如果刚和矸石的摩擦系数，则，为了安全可靠，最低工作位置应使为宜。而角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降。一般取,在特殊情况下需要角度较小时,可提高后连杆下铰点的高度； 3.掩护梁与顶梁铰点和瞬心中心间的只限于水平线夹角,满足。原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。 4.应取顶梁前端点运动轨迹双纽线向前凸的一段为支架工作段，如图2—2所示的h段。 图2—2所示 其原因为当顶板来压时，立柱让压下缩，使顶梁有向前移的趋势，可防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向采空区。同时底板防止底座向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且使底座前端比压减小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外负荷。 2.4.2 用优选设计法设计四连杆机构 目标函数的确定：令支架由高到低时，顶梁前端运动轨迹近似呈斜线；这样比用直线作为目标函数的双纽线的上半部分要长。 四连杆机构的设计通过程序来计算和验证，程序编制如下所示： Private Sub Command1_Click() Dim h1, h2 As Double '支架最高，最低计算高度 Dim p1 As Double '支架在最高位置时，顶梁与掩护梁夹角 Dim q1 As Double '支架在最高位置时，后连杆与底座平面夹角 Dim i As Double '后连杆与掩护梁的比值 Dim i1 As Double '前后连杆上铰点之距与掩护梁的比值 Dim g As Double '掩护梁长度 Dim a As Double '后连杆长度 Dim b As Double '前后连杆上铰点之距 Dim f As Double '前连杆上铰点至掩护梁上铰点之距 Dim b1, b2, b3 As Double Dim c As Double '前连杆长度 Dim d As Double '前连杆下铰点高度 Dim e As Double '前后连赶下铰点在底座上的投影距离 Dim a1, q2, o1, l As Double Dim s As Double h1 = Val(Text1.Text) h2 = Val(Text2.Text) For p1 = 0.91 To 1.08 Step 0.034 For q1 = 1.31 To 1.48 Step 0.034 For i = 0.61 To 0.82 Step 0.042 For i1 = 0.22 To 0.3 Step 0.02 g = h1 / (Sin(p1) + i * Sin(q1)) a = i * g b = i1 * g f = g - b e1 = g * Cos(p1) - a * Cos(q1) X1 = f * Cos(p1) Y1 = h1 - f * Sin(p1) q2 = 0.436 p2 = Atn(Sqr(Abs(g * g - (e1 + a * Cos(q2)) ^ 2)) / (e1 + a * Cos(q2))) X2 = f * Cos(p2) Y2 = b * Sin(p2) + a * Sin(q2) p3 = 3.14 / 2 - Atn(a / g) - Atn(e1 / Sqr(g * g + a * a - e1 * e1)) q3 = 3.14 / 2 - p3 x3 = f * Cos(p3) y3 = b * Sin(p3) + a * Sin(q3) m = x3 * x3 - X1 * X1 + y3 * y3 - Y1 * Y1 n = X2 * X2 - x3 * x3 + Y2 * Y2 - y3 * y3 t = 2 * ((x3 - X1) * (Y2 - y3) - (y3 - Y1) * (X2 - x3)) xc = (m * (Y2 - y3) - n * (y3 - Y1)) / t yc = (n * (x3 - X1) - m * (X2 - x3)) / t c = Sqr((X1 - xc) ^ 2 + (Y1 - yc) ^ 2) o = c / a If o > 0.9 And o < 1.2 Then d = yc e = e1 - xc x4 = e1 + a * Cos(q1) y4 = a * Sin(q1) x5 = e1 y5 = 0 k1 = (Y1 - yc) / (X1 - xc) c1 = Atn(k1) k2 = (y4 - y5) / (x4 - x5) x6 = (k1 * X1 - Y1 - k2 * x4 + y4) / (k1 - k2) y6 = k1 * (x6 - X1) + Y1 l = x6 s = h1 - y6 u = s / l If u < 0.2 And u > 0 And d < h1 / 5 And e < h1 / 4.5 Then Label3.Caption = "掩护梁与顶梁铰点至瞬心和底座平面夹角的正切值 " & u & " 支架在最高位置时，后连杆与底座平面夹角" & q1 * 180 / 3.14 & "弧度" & " 后连杆长度" & a & "米" & " 前后连杆上铰点之距" & b & "米" & "前连杆长度" & c & "米" & "前连杆下铰点高度" & d & "米" & " 前后连赶下铰点在底座上的投影距离" & e & "米" & " 前连杆上铰点至掩护梁上铰点之距" & f & "米" & "支架在最高位置时，顶梁与掩护梁夹角" & p1 & "弧度" & " 掩护梁长度" & g & "米" & " 支架在最高位置时，前连杆与底座平面夹角" & c1 & "弧度" & "s=" & s & "米" & " l=" & l & "米" End If End If Next i1 Next i Next q1 Next p1 End Sub 输入初始值，程序运行结果如下： 图2-3 这样，四连杆机构的几何长度及最高最低位置时对应的夹角就确定。该四连杆机构不仅能满足工作高度的要求，而且在支架下降时，顶梁前端向前倾斜，这样有利于改善支架的受力状况。 2.5 顶梁长度的确定 为防止当采煤机向支架内倾斜时，采煤机滚筒不切割顶梁在设计时要求顶梁前端距煤壁最小距离为 参照三机配套 液压支架 北京煤机厂 采煤机 刮板运输机： 由于选择掩护式支架，b的长度按下式计算 （2.11） 式中 ―人行道宽度不小于0.6m ―立柱倾角 ―支架高度 顶梁全长 式中―柱窝到铰接轴的距离，通常取 图2-4 经上式计算，顶梁长度预取 此外应注意采用及时支护方式，即先移架后推溜，因此要求顶梁有较大长度 2.6立柱及柱窝位置的确定 1. 立柱数 2根 2. 支护方式 支护时立柱均前倾立柱在最低位置时与顶梁垂线的夹角最大 3. 立柱间距 立柱间距的选取原则为：有利于操作，行人和部件的和理布置。前后两排立柱间距一般取。 4. 立柱的设计 （1）支护面积 支架的支护面积按下式计算： (2.12) 故： （2）支护强度 支护强度的计算可借助于查表。首先按表根据老顶级别和直接顶类别确定支架架型，再根据名顶级别和采高确定支护强度。由于实际最大采高不—定正好和表中所列采高相同，所以要用插值法重新计算。 (2.13) 代入数据得： 立柱参数的确定： 假设立柱的倾角小于，现取倾角为则 (2.14) 式中： —立柱内径（） —理论支护阻力（） —每跟立柱数 —立柱最大倾角（） —安全阀的调整压力，取型 按照国家标准选取比计算直大的标准值作为内径，选取立柱的基本参数为： 缸体内径： 活柱外径： 工作阻力： 额定工作压力： 推荐选用钢材： 钢材规格： 由支架的 由国家标准选取立柱行程。 5. 立柱的初撑力和泵站的额定工作压力 立柱的初撑力 (2.15) 取作为泵站的额定工作压力，考虑到从泵站到支架的压力损失，根究一般的经验的泵站乳化液到支架的压力一般为。但对于只考虑支架的设计来说一般都把泵站压力做为计算初撑力的压力。 安全阀的调整压力和立柱的实际工作压力 安全阀的调整压力 (2.16) 式中： 由用安全阀的调整压力为，则立柱的工作阻力: 6. 立柱柱窝位置的确定 （1）上柱窝位置的确定 确定的原则： ①根据支撑力分布与顶板载荷相一直的原则，通过受力分析计算，确定柱窝合力作用点的位置。 ②根据前后立柱间行人及初撑力的均匀分布的要求，初步确定前后立柱间的距离为 ③考虑到支撑效率，立柱的倾角不宜太大，最高位置时立柱倾角不小于。取顶梁为分离体，受力情况如图： 图2-5 对A点有 其中 则有 取 则由立柱的倾角和两立柱间的距离可以确定各个柱窝的位置。 支架整体尺寸结构图如下所示： 图2-6 2.7平衡千斤顶位置的确定 掩护式支架中平衡千斤顶的推力和拉力计算，平衡千斤顶位置应按如下方法计算确定： 2.7.1 平衡千斤顶安装位置的确定原则 为了保证支架工作的可靠性，支架的支撑力分布（包括立柱的支撑力和平衡力千斤顶的推力和拉力等），必须适应顶板载荷分布。当立柱的上、下柱窝位置确定后，就可以根据顶板载荷分布来确定平衡千斤顶的位置，现按两种情况进行分析。 当顶梁前端出现空顶时，顶梁后端载荷加大，顶板载荷合力作用点位置后移，此时平衡千斤顶受拉，为使支架支撑力分布适应顶板载荷分布，假设合力作用点位置在顶梁后端0.27倍顶梁长度出来进行计算。 当顶梁后端出现空顶时，顶梁前端载荷加大，顶板载荷合力作用点位置后移，此时平衡千斤顶受推，为使支架支撑力分布适应顶板载荷分布，假设合力作用点位置在顶梁后端0.35倍顶梁长度处进行计算。 2.7.2 平衡千斤顶在顶梁上位置的确定 取顶梁和掩护梁为分离体 （如图2-7示） (2.17) 取顶梁为分离体为： 图2-7 按下式进行计算： （m） (2.18) 平衡千斤顶在拉力时，取;平衡千斤顶在推力时，取 (2.19) 式中为顶梁长度。 （1） 平衡千斤顶的行程计算 为了防止平衡千斤顶的耳环或平衡千斤顶本身拉坏，对平衡千斤顶的行程有如下要求：当支架在最高位置时，顶梁能下摆；支架在最低位置时顶梁能上摆，或顶梁和掩护梁近似成。为简化计算，取如下两种情况：假设平衡千斤顶的活塞杆全部伸出时顶梁和掩护梁成；平衡千斤顶的活塞杆全部缩回时，支架恰好在最高位置。 （2） 平衡千斤顶在掩护梁上位置的确定 平衡千斤顶的行程确定后，即可确定它在掩护梁上的位置 (2.20) 式中 —当活塞全部缩回后，缸体上铰垫支活塞上部之距。 —当活塞杆全部缩回时，活塞杆铰点至活塞腔出油孔中心线之距。 (2.21) 通过和的计算，平衡千斤顶在掩护梁上的位置就确定了。 2.8其它千斤顶技术参数的确定 2.8.1 推移千斤顶技术参数 杆径 推力 拉力 泵压 由采煤机规格，推移步距为,则推移千斤顶步距为,参照资料规定选行程为 2.8.2 侧推千斤顶技术参数 选取侧推千斤顶的技术参数如下 缸径 杆径 推力 拉力 行程 2.8.3 前梁千斤顶技术参数 参照平衡千斤顶的技术特性，选取前梁千斤顶的技术参数如下 缸径 杆径 推力 拉力 行程 2.8.4 护帮板千斤顶的技术参数 选取护帮板千斤顶的技术参数如下： 缸径 杆径 推力 拉力 行程 02  02 3 液压支架受力分析和计算 当支架撑紧在顶板和底座之间时，选取整体或一部分为分离体，皆处于平衡状态，据此简化为平面杆系进行受力计算。 3.1 受力分析计算 掩护梁上没有负载，摩擦系数为，支架在最高位置时，每根立柱的工作支撑力为，支架的整体受力如下图所示： 3-1支架总体受力图 支架的工作阻力为： （3.1） 顶梁集中受力点距顶梁后铰点的距离为： （3.2） 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 液压支架受力分析和计算 当支架撑紧在顶板和底座之间时，选取整体或一部分为分离体，皆处于平衡状态，据此简化为平面杆系进行受力计算。 3.1 受力分析计算 掩护梁上没有负载，摩擦系数为，支架在最高位置时，每根立柱的工作支撑力为，支架的整体受力如下图所示： 3-1支架总体受力图 支架的工作阻力为： （3.1） 顶梁集中受力点距顶梁后铰点的距离为： （3.2） 前后连杆受力为： （3.3） 由上式得“-”号，表示前连杆受力方向与图示相反，即前连杆受拉力； （3.4） 由上式得“-”号，表示前连杆受力方向与图示相反，即前连杆受压力。 3.2 支护强度计算 支架的外载荷已经确定，支架的实际支护强度为： （3.5） 误差 满足误差要求 3.3 底座比压的计算 底座与底板的接触面积为： （3.6） 则底座的平均比压： （3.7） 4 液压支架的主要部件的设计 4.1 前梁 前梁为由钢板焊接而成的箱体结构，前面连接护帮板，后面与主顶梁铰接，下部焊有耳座连接前梁千斤顶，可上下摆动。前梁前后销孔中心之间的距离为，宽度为，厚度为，与前梁千斤顶铰接的耳座孔孔径为，前部也焊有与护帮板千斤顶铰接的耳座。主筋为的钢板，加强板为的钢板。结构如下图4-1所示 图4-1 前梁 4.2 主顶梁 顶梁（图4-2）后面与掩护梁铰接，下面由立柱支撑，上与顶板直接接触，做成箱体结构，不但要满足一定的刚度和强度的要求，还要适应顶板的不平整性，避免局部应力过大而损坏。顶梁是支架主要承受顶板压力的部件，并起切顶作用。一般前、后柱窝断面为最危险断面，断面安全系数， 它可多次反复支撑顶煤，以利于放煤。顶梁装有侧护板，一侧装有侧推千斤顶和弹簧，防止架间漏煤、矸石及调节支架间距。 由于选用的掩护式支架，顶梁基本尺寸：长度;宽度，侧护板缩回时；全部伸出时为；上下面厚度；与前梁连接用销孔直径,与掩护梁连接用销孔直径,安装前梁千斤顶用销孔直径。 图4-2顶梁 构件材料：16钢板，厚度有16、20、30三种。 结构：采用箱式结构，有钢板焊接而成。主要有四根主立筋，为加强构件的刚度，在上下盖板之间焊有加强肋，构成封闭式棋盘型。在顶梁下焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用销轴把立柱和顶梁连接起来；顶梁前端有销孔，通过销轴与前梁上的销孔连接起来；顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔连接。顶梁腹部前端还焊有耳座用来安装前梁千斤顶。 4.3 掩护梁 掩护梁下部与前、后连杆相连，下端与尾梁铰接，还设有尾梁千斤项的耳座。用于承受部分煤、矸载荷，防止其窜入后输送机的工作空间，保证支 架、后输送机正常运行。掩护梁受扭力和横向载荷力大，是十分重要的部件。掩护梁做成箱体结构，尾部有伸缩插板式和在下端铰接一伸缩尾梁式，它装有侧护板．作用与顶梁侧护板相同。侧护板的横向宽度，要稍大于移架步距，这样移架时能与不动的邻架间保持封闭。 掩护梁的主要结构尺寸如下：全长，两耳座之间的水平距离为，宽，厚，上方用销轴与顶梁铰接，尾部用的销轴与尾梁铰接，与前连杆铰接用的销孔直径为，与后连杆铰接用的销孔直径为。 图4-3掩护梁 4.4前、后连杆 连杆分前连杆与后连杆，前连杆有一根，后连杆有两根，两端都有销孔，用于与掩护梁和底座的铰接，前连杆长，前后销孔的直径为，厚，宽，主筋为厚的钢板，加强板的厚度为；后连杆两边中心孔中心之间的距离为，销孔直径为，钢板材料均为，前连杆作为整体式，由左右两部分焊接而成，后连杆则为单杆机构，下图为前连杆一部分的机构图： 图4-4 前连杆 4.5底座 底座为整体式刚性底座，四连杆机构铰接在底座后部，在两内主筋中间形成的较高的铰点位置，这主要是为了形成足够的后工作空间，在不影响人行通道的基础上，前、后连杆铰接点应尽量前移。在两内主筋间下部布置有推拉装置。有四个球面柱窝与立柱缸底相连，在底座侧面靠前位置设有拉后输送机千斤顶的可拆装固定耳座。该底座整体性强，稳定性好，比压小。 底座上的相关结构尺寸如下： 为方便行人及工作人员操作，立柱距底座前端点的距离为，前连杆与后连杆下铰点的水平距离为，底座全长，底面宽，中间为安装推移千斤顶留有推溜槽。 图4-5 底座 4.6立柱 立柱的结构可如下图4-6所示，采用单作用、活塞式、双伸缩的型式。由缸体、活柱、导向套等主要零部件组成。缸体由无缝钢管加工而成．缸体的下端焊接球形缸底，在缸底上钻有孔并焊有管接头作为立柱下腔(活塞下部空腔)的液口。在缸体的上端装有导向套，它为活柱的上下往复运动导向。为了防止外部煤尘等脏物随活柱下缩而进入缸体，在导向套的上端装有防尘圈，为了防止液体从立柱上腔(活塞上部环形空间)向外泄漏，在导向套上还装有蕾形密封圈和O形圈。缸体上部钻有螺纹孔并焊有管接头，与上腔相通，作为立柱上腔的液口。 图4-6 立柱装配图 4.7千斤顶 立柱的主要参数为：内径，杆径，选用管材为,工作阻力为，初撑力，工作阻力为立柱调高范围为 4.7.1 推移千斤顶 (1) 根据采高可以确定移架力为. 根据经验，采用泵站时 ，由于沿程阻力损失，传到支架时油液压力一般只有左右。 (2) 设计计算 移架时： （4.1） 所以： （4.2） 由国家标准，选取内径为，外径为。则，时， 移架力： 所以，移架力矩满足要求。 由于配套煤机的截深为，去推移千斤顶的行程为。 缸体外经，长度，杆径。 （2）前梁千斤顶 前梁千斤顶的基本参数为： 缸径： 杆径： 推荐材料规格：缸 行程。安全阀的调整压力：。 （3）护帮板千斤顶 护邦千斤顶的基本参数： 缸径： 杆径： 推荐材料规格： 缸 杆 110圆钢 液压行程 5 主要零、部件的强度校核 5.1校核的基本要求 在液压支架的研制过程中,个构件的强度校核是极为重要的。强度条件以现阶段的液压支架所选用的材料、制造工艺及失效形式等为依据。 1. 强度校核均以材料的屈服极限计算安全系数。 2. 结构件、销轴、活塞杆的屈服极限及强度条件： (1) 个别结构件通常用等普通合金结构钢。并由具有标准厚度的钢板焊接而成。采用钢。 (2) 主要销轴均采用等合金结构钢，现用。 (3) 活柱杆均采用号钢，取屈服极限 。 (4)结构件、销轴和活塞杆的强度条件为： (5.1) 3. 刚体材料采用无缝钢管，取抗拉强度 ，强度条件为： 式中：刚体许用应力。 4. 焊条抗拉强度条件为： 式中：按焊条类型来定。 许用挤压应力 。 表5--1 安全系数 前梁 顶梁 底座 掩护梁 前连杆 N 1.1 1.1 1.1 1.3 1.3 后连杆 主要轴 刚体 焊缝 活塞杆 1.3 1.3 3.3~4 3.3~4 >4 5.2前梁强度校核 5.2.1 前梁受力情况 假定前梁千斤顶缸体内径先按下表标准取为125 表5--2 50 63 80 100 110 125 140 (145) 200 (210) 220 (230) 250 则前梁千斤顶的支撑力为： （5.2） 图5-1 前梁前端受一集中载荷P，其受力图如上图所示： 前端集中载荷为： 在断面A-A处的弯矩为： 前梁做成变断面箱形结构，A-A断面如下图所示： 图5-2 A-A断面 5.2.2 前梁强度计算 (1) 形心位置 各板件的计算数据如下表所示： 表5--3 件号 1 2 3 4 5 数量 面积 形心位置 惯性矩 1 138 0.5 11.6 2 16 9 340 1 123 17.5 10 2 74 19.5 4220 4 48 9 1024 结构件的形心位置为： （5.3） (2) 惯性矩 （5.4） = ++ =53790 (3) 弯曲应力 （5.5） = (4) 安全系数 钢板材料选取16Mn， （5.6） 5.3 主顶梁强度校核 5.3.1 主顶梁受力情况 假设前梁失去作用，主顶梁受一集中载荷，其受力图如下图所示： 由上面求出为3279.3KN，距离铰接点1661mm,最大弯矩为 图5-3 主顶梁受力情况图 主顶梁做成等断面箱式结构，在最大弯矩处的断面如下图所示： 图5-4 5.3.2 主顶梁强度计算 （1）形心位置 各板件计算数据如下表所示： 结构件的形心位置为： （5.7）= 表5--4 件号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量 1 139.2 0.8 29.7 2 73.6 2.4 31.4 2 27.8 11.9 1404.8 4 52.2 11.9 5268 2 18.8 11 1107.4 2 37.1 21.2 5447.7 2 35.2 21.2 5166 2 25.9 21.2 3804 1 30.4 11.2 914.5 (2) 惯性矩 （5.8） (3) 弯曲应力 （5.9） (4) 安全系数 钢板材料选取16Mn， 5.4 掩护梁强度校核 5.4.1 掩护梁受力情况 由前面已经求出在掩护梁上前后连杆的销轴处受力为2725.9KN和2096.89KN，其受力图如下图所示： 图5-5 掩护梁受力图 最大弯矩发生在前连杆处，其值为： 最大弯矩处的断面表示如下图所示： 图5-6 5.4.2 掩护梁强度计算 (1) 形心位置 各板件记算数据如下表所示： 表5--5 件号 1 2 3 4 5 数量 1 1 1 4 2 156 150 175 18 39 0.6 4.4 14.8 14 27 17.2 673.5 2960.1 249.4 14.2 结构件的形心位置： （5.10）