掩護(hù)式液壓支架總體及推移千斤頂設(shè)計(jì)

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1、 前言 綜合機(jī)械化采煤是煤礦技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)效率、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。實(shí)踐證明大力發(fā)展綜合機(jī)械化采煤，研制和使用液壓支架是十分關(guān)鍵的。我們60年代起支撐式液壓支架，至今已能成批制造兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式支架，這些系列化一般用于緩傾斜中厚煤層及厚煤層分層開(kāi)采。 至今，我國(guó)煤礦中使有的支架類型很多，按照支架采煤工作面安裝位置來(lái)劃分有端頭支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所的位置的支架。 目前使用的液壓支架分為三類。即：支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、支撐掩護(hù)式液壓支

2、架。從架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來(lái)看，由于直接類別和老頂級(jí)別的不同，支架所承受的載荷也不同，所以為了在使用中合理地選擇架型，要對(duì)支架的支撐力承載力的關(guān)系進(jìn)行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。 本設(shè)計(jì)論文則設(shè)計(jì)層煤厚度在1.9米到2.6米，老頂級(jí)別為二級(jí)，直接頂類別為一類的掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)。其架型特點(diǎn)支柱一排，每排2根。多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)。安的支撐力大，切頂性能好，防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這類支架適用于直接頂為不穩(wěn)定。老頂有明顯或強(qiáng)烈周期來(lái)壓。瓦斯含量較大的中厚煤層中。

3、 1 液壓支架的概述 1.1 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工作人員安全和各項(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是以高壓液體作為動(dòng)力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移動(dòng)和推移輸送機(jī)等一套工序。實(shí)踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快 安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，是實(shí)

4、現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。 1.2 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過(guò)程中，必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作時(shí)利用泵站供給的高壓乳化液通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的。 1) 升柱 當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。 2) 降柱 當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。 3) 支架和輸送機(jī)前移 支架和輸送機(jī)的前移，都是由底座上的推移千斤頂來(lái)完成的。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先將柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕?/p>

5、塞桿腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊唬硪磺换匾?，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。 支架的支撐力與時(shí)間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖1-1所示。 圖1-1 支架的工作特性曲線 Fig 1-1 curve support the work of t0—初撐階段； t1—增阻階段； t2—恒阻階段； p1—初撐力； p2—工作阻力 支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化過(guò)程可分為三個(gè)階段。支架在升柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，

6、當(dāng)增加到泵站工作壓力時(shí)，泵站自動(dòng)卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階段為初撐力階段t0；支架初撐力后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架的安全閥調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力。此階段為增阻階段t1；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過(guò)支架的安全閥壓力調(diào)正值時(shí)，安全閥打開(kāi)而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減少，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限止下，壓力曲線隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。 1.3 液壓支架架型的分類 根據(jù)支架與圍巖相互作用和維護(hù)回采空間的方式，液壓支架可分為：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩

7、護(hù)式支架三類。 1.3.1 支撐式 支撐式支架是利用立柱與頂梁直接支撐和控制采面頂板的。其頂梁較長(zhǎng)，立柱較多，而且一般呈垂直布置靠支撐作用來(lái)維持一定的工作空間，而頂板 。支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式。支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來(lái)保證。因此底座堅(jiān)固定，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板，維護(hù)工作空間。頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。因此，這類支架具有較大的支撐能力和良好的切頂性能；但采空區(qū)防矸不嚴(yán)密，僅適用老頂來(lái)壓強(qiáng)烈的和極強(qiáng)烈的、直接頂穩(wěn)定和堅(jiān)硬的頂板。 1.3.2 掩護(hù)式 掩護(hù)式支架利用立柱、頂梁與掩護(hù)梁來(lái)支護(hù)頂板和防止巖石落進(jìn)采面；其立柱較少，而且一般呈傾

8、斜布置，頂梁也較短，而掩護(hù)梁直接與冒落的巖石相接觸，主要靠掩護(hù)作用來(lái)保持一定的工作空間。掩護(hù)式支架有插腿式和非插腿式兩種型式。頂梁較短，對(duì)頂板的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運(yùn)動(dòng)的能力強(qiáng)；防護(hù)性能好調(diào)高范圍大，對(duì)煤層厚度變化適應(yīng)性強(qiáng)；但整架工作阻力小，通風(fēng)阻力大，工作空間小。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。 1.3.3 支撐掩護(hù)式 這累支架以支撐為主，掩護(hù)為輔，是介于支撐式和掩護(hù)式之間的一種形式，靠支撐和掩護(hù)作用來(lái)維護(hù)一定的工作時(shí)間。架型主要用：四柱支在頂梁上；二柱支在頂梁；一柱或二柱支在掩護(hù)梁上。支柱兩排，每排1-2根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護(hù)梁和四連桿機(jī)

9、構(gòu)。它的支撐力大，切頂性能好，防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價(jià)格昂貴，不便于運(yùn)輸。這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強(qiáng)烈的周期來(lái)壓，瓦斯儲(chǔ)量較大的中厚或厚煤層中。 1.4 液壓支架設(shè)計(jì)目的、要求和設(shè)計(jì)支架必要的基本參數(shù) 1.4.1 液壓支架的設(shè)計(jì)目的 實(shí)踐證明，大力發(fā)展綜合機(jī)械化采煤，研制和使用液壓支架是十分關(guān)鍵的。為了滿足對(duì)煤炭日益增長(zhǎng)的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見(jiàn)對(duì)液壓支架的需要量是很大的。 由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)

10、等的不同，對(duì)液壓的要求也不用。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可見(jiàn)，研制和開(kāi)發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 經(jīng)過(guò)近30 年的發(fā)展和努力, 我國(guó)液壓支架的設(shè)計(jì)、制造水平在不斷提高, 特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn), 架型已基本趨于成熟、完善, 在品種和質(zhì)量方面與國(guó)際先進(jìn)水平相比差距越來(lái)越小。所以, 研制并選用適于我國(guó)煤層賦存條件及礦壓特點(diǎn)的液壓支架是十分急需的。 1.4.2 對(duì)液壓支架的基本要求 1) 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件

11、的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。 2) 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100KN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100KN～150KN，中厚煤層一般為150KN～250KN，厚煤層一般為300KN～400KN。 3) 防矸性能要好。 4) 排矸性能要好。 5) 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸，稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6) 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 7) 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 8) 支架穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9) 要求支架

12、有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。 10) 在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。 11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單。 12) 液壓元件要可靠。 1.4.3 設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(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，險(xiǎn)算通風(fēng)斷面。 4) 底板巖性及小時(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

13、傾角，決定是否用防倒放滑裝置。 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(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 1.5 支架類型的選擇 1.5.1 煤層厚度 1）厚度超過(guò)2.5m，頂板由傾向推力或者水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不宜用支撐式支架。 2）厚度達(dá)到2.5m至2.8m以上時(shí)，需要選擇帶有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或者支撐掩護(hù)式支架。 3）煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式，帶有機(jī)械加強(qiáng)桿或者雙伸縮立柱的支架。 1.5.2 煤層傾角 1）傾角在至（支撐式支架取下限，掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式取上限）以上時(shí)，應(yīng)選用帶有

14、防滑裝置的支架。 2）傾角在以上時(shí)，應(yīng)選用同時(shí)帶有防滑倒裝置的支架。 1.5.3 底板強(qiáng)度 1）驗(yàn)算比壓，應(yīng)使支架底座對(duì)底板的比壓不超過(guò)底板允許的比壓。 2）為使移架容易，設(shè)計(jì)時(shí)要使支架底座前部比后部比壓小。 1.5.4 瓦斯含量 對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并選用通風(fēng)斷面較大的支撐式或者支撐掩護(hù)式支架。 1.5.5 地質(zhì)構(gòu)造 斷層十分發(fā)育，煤層厚度變化過(guò)大，頂板的允許暴露面積和時(shí)間在5～8和20min以下時(shí)，暫不宜使用綜采。 1.5.6 設(shè)備成本 在同時(shí)允許選用幾種架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。支撐式支架最便宜，其次時(shí)掩護(hù)式，最貴的為支撐掩護(hù)

15、式支架。 2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)及尺寸的確定 2.1 液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定 2.1.1 原始條件 掩護(hù)式液壓支架，煤層厚度為1.9～2.6m，老頂為Ⅱ級(jí)，直接頂為1類，移架力300KN，推運(yùn)輸機(jī)220KN。 2.1.2 液壓支架基本技術(shù)參數(shù) 1)支護(hù)高度 支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)條件的變化等因素來(lái)確定，其最大與最小高度為： 式中：取； 說(shuō)明：支架計(jì)算高度為支架高度減去掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距。 式中參

16、數(shù)如下： —— 支架最大高度； —— 支架最小高度； —— 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； —— 支架最低為之時(shí)的計(jì)算高度； —— 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距，取100mm； —— 后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距，取200mm； —— 煤層最大厚度（最大采高）； —— 煤層最小厚度（最小采高）； —— 考慮偽頂、煤皮冒頂落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度，取250mm； —— 頂板最大下沉量，取100mm； —— 移架時(shí)支架的最小可靠量，一般取50mm； —— 浮矸石、浮煤厚度，一般取50m

17、m。 2)支架伸縮比 支架的伸縮比值最大與最小支架高度之比值即： 由于液壓支架的使用壽命較長(zhǎng)，并可能被安裝在不同采高的采煤工作區(qū)，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。一般取值范圍為1.5～2.5，煤層較薄時(shí)應(yīng)選用大值。 3)支護(hù)強(qiáng)度 插值法： = =433.16 式中參數(shù)如下： —— 當(dāng)支架最大采高為時(shí)，支架應(yīng)有的支護(hù)強(qiáng)度（）； —— 在架型選擇表2-1中與低于但與之相鄰的采高相對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度（）； —— 在架型選擇表2-1中與高于但與之相鄰的采高相對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度（）； —— 所對(duì)應(yīng)的采高(m)； —— 所對(duì)應(yīng)的采

18、高(m)。 表2－1適應(yīng)不同類級(jí)頂板的架型和支護(hù)強(qiáng)度 Tab 2-1 roof level to adapt to different types of aircraft type and intensity of support 老頂級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 液壓支架類型 掩護(hù) 掩護(hù) 支撐 掩護(hù) 掩護(hù)或支撐 支撐 支撐 支掩 支撐或支掩 支撐或支掩 支撐（采高小于2.5m）或支掩（采高大于2.5m） 液壓支架支護(hù)強(qiáng)度 采高1m 采高2m 采高3m 采高4m 2

19、94 343(245) 441(343) 539(441) 1.3294 1.3343（245） 1.3441（343） 1.3539(441) 1.6249 1.6343 1.6441 1.6539 ＞2249 ＞2343 ＞2441 ＞2539 應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 注：（1）表中括號(hào)內(nèi)數(shù)字系統(tǒng)掩護(hù)式支架頂梁上的支護(hù)強(qiáng)度。 （2）1.3、1.6、2為增壓系數(shù) （3）表中采高為最大采高。 4)支架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離。用bc表示。支架間距bc要根據(jù)支架型式來(lái)確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送

20、機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來(lái)確定，我國(guó)刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5 m，千斤頂連接位置在刮板槽槽幫中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5米，本設(shè)計(jì)取bc=1.5 m。 2.2 底座設(shè)計(jì) 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(qiáng)度要求外，還要求對(duì)底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對(duì)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，要便于人員操作行走；能起一定的擋矸排矸作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性等。 2.2.1 底座長(zhǎng)度 在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度

21、時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撐掩護(hù)式支架對(duì)底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本次設(shè)計(jì)底座為2.1m。 2.2.2 底座主要尺寸的確定 1) 底座長(zhǎng)度 通過(guò)比較，取底座長(zhǎng)度為2100mm. 2) 底座寬度 支架底座寬度一般為1.1～1.2m。為提高橫向穩(wěn)定性，減少對(duì)底板的比壓，厚煤層支架可達(dá)1.3m左右；放頂媒支架為1.3～1.4m。底座中間安裝推移裝置的槽子寬度，與推移

22、裝置的結(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)，一般為0.3～0.38m。 通過(guò)比較，本設(shè)計(jì)取底座長(zhǎng)度取2100mm；寬度為1300mm。 2.3 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.3.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要部件之一。其作用概括起來(lái)主要有兩個(gè)，其一是當(dāng)支架由高到低變化時(shí)，借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點(diǎn)與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。 下面通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程的幾何特征進(jìn)一步闡述其作用。這些幾何特征是四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程的必然結(jié)果。 1）支架高度在最大和最?。?900m

23、m～3200mm）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e應(yīng)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(1600mm～2900mm)時(shí),頂梁與掩護(hù)梁的夾角P后連桿與底平面的夾角Q，如圖3-1所示,應(yīng)滿足如下要求: 支架在最高位置時(shí),,;支架在最底位置時(shí),為有利矸石下滑,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,如果綱和矸石的摩擦系數(shù)W=0.3,則.而Q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，一般去，在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下絞點(diǎn)的高度。 3）從圖3-1可知掩護(hù)梁與頂

24、梁絞點(diǎn)和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平的夾角Q。設(shè)計(jì)時(shí)，要使Q角滿足tanQ的范圍，其原因是Ｑ角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 圖2－1四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 Fig 2-1 Geometric characteristics of four-bar linkage 4）頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙鈕線向前凸的一段為支架最佳工作段，如圖2-1所示的h段。其原因是頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓下縮，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

25、前端比壓減少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減少，所以減輕了掩護(hù)梁外負(fù)載。 從以上分析得知，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e值減少。當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，在設(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)，如圖2-2所示： 圖2－2掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu) Fig 2-2 after the cover-link beams and constitute a slider-crank mechanism 2.3.2 掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定 用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖2－3所示。 圖2－3 掩護(hù)梁和后

26、連桿計(jì)算圖 Fig 2-3 Connecting the cover of the calculation after the beams and map 設(shè)： G —— 掩護(hù)梁長(zhǎng)度（mm） A —— 后連桿長(zhǎng)度（mm） 其中：—支架最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角(度) —支架最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角(度) —— 支架最高位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度） —— 支架最低位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度） 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求： 1）支架在最高位置時(shí)，；。 2）后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為。 3） 前、后連桿上的鉸點(diǎn)之距與掩護(hù)梁的比值為。 4）點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡

27、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，最好在30mm以下。 5）支架在最高位置時(shí)值應(yīng)小于0.35。 圖2－4 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖 Fig 2-4 Geometric characteristics of four-bar linkage map 支架在最高位置時(shí)選定，由于支架型式不同，對(duì)于掩護(hù)式支支架,一般A/G的比值按以下范圍來(lái)?。? A/G=0.45～0.61,取A/G=0.53 支架在最高位置時(shí)有： （2-1） 因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度為： 后連桿長(zhǎng)度

28、為：A=0.53G= 998.33mm 取整得：G＝1884mm，A＝998mm。 2.3.3 幾何作圖法作圖過(guò)程 用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部尺寸，具體作法如圖2－5所示。 具體作圖步驟如下： 1) 確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它比底座面略高200mm。 2) 過(guò)O點(diǎn)作與底座面平行的水平線H—H線。 3) 過(guò)O點(diǎn)作與H—H線的夾角為Q1的斜線。 4) 在此斜線截取線段，長(zhǎng)度等于A,a點(diǎn)為支架在最高位置時(shí)后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 5) 過(guò)a點(diǎn)作與H—H線有交角P1的斜線，以a點(diǎn)為圓心，以G點(diǎn)為半徑作弧交些斜線一點(diǎn)e′此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 6) 過(guò)e′點(diǎn)作H—H

29、線的平行線，則HH線與F—F線的距離為H1，為液壓支架的最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 7) 以a點(diǎn)為圓心，以0.23G長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b,為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 8) 過(guò)O點(diǎn)作與H—H線夾角為Q2的斜線。 9) 在此斜線上截取線段〞. 〞的長(zhǎng)度等于A，a〞點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 10) 過(guò)a〞點(diǎn)作與H—H線有交角P2的斜線，以a〞點(diǎn)為圓心，以G為半徑作弧交些斜線一點(diǎn)e〞，此點(diǎn)為支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 11) 以a〞為圓心以0.24G長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b〞，為支架在最低位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 12) 取〞線之間一點(diǎn)e

30、〞為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)。 13) 以O(shè)為圓心，為半徑圓弧。 14) 以e〞點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)ˊ為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn)aˊ，以點(diǎn)為液壓支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 15) 以ˊ連線，并以aˊ點(diǎn)為圓心，ab長(zhǎng)為半徑作弧，交〞上一點(diǎn)bˊ點(diǎn)。則b， bˊ,b〞三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí) ，前連桿上鉸點(diǎn)。 16) 由b， bˊ,b〞三點(diǎn)確定的圓心C，為前連桿下鉸點(diǎn)位置。 17) 過(guò)C點(diǎn)H－H線作垂線，交點(diǎn)d，則線段,,,,和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。 18) 按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫(huà)出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)eˊ的運(yùn)動(dòng)軌跡，只

31、要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，便可以畫(huà)出不同的曲線，再按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸。 圖2－5 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 Fig 2-5 Hydraulic stent geometric four-bar linkage mapping 應(yīng)用幾何作圖法得出四連桿各參數(shù)如下： ， ， 0.338 后連桿長(zhǎng)度A=998mm 掩護(hù)梁長(zhǎng)度G=1884mm 前連桿長(zhǎng)度C=1139.56mm 前后連桿下鉸點(diǎn)底座投影距離E=551mm 前連桿下鉸點(diǎn)高度D=549mm 支架由高到低雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度。 2.4 頂梁

32、 頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求以外，還要保證支護(hù)頂板的需要。 2.4.1 頂梁的作用及用途 頂梁作用是支護(hù)頂板一定面積的直接承載部件，并為立柱、掩護(hù)梁、護(hù)頂裝置等提供必要的連接點(diǎn)。 用途：a.用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板。 b.承受頂板的壓力。 c.將頂板載荷通過(guò)立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。 2.4.2 頂梁的結(jié)構(gòu)型式的確定 掩護(hù)式支架頂梁結(jié)構(gòu)形式如下圖所示： 圖2－6 掩護(hù)式支架頂梁結(jié)構(gòu)方式 Fig 2-6 Top cover stent mode beam structure 1－頂梁；2－前梁；3－后梁；4－掩護(hù)梁；5－立柱

33、；6－限位千斤頂；7－前梁千斤頂；8－平衡千斤頂 圖2－6 a平衡式頂梁，頂梁1較短，與其下部的掩護(hù)梁鉸接，因?yàn)樗茉陧敯灏纪棺兓瘯r(shí)自取平衡，所以叫平衡式頂梁頂梁鉸接點(diǎn)前、后段的比例近似為（按載荷分布近似為三角行設(shè)計(jì)）。這種頂梁后部和掩護(hù)式形成三角區(qū)，易被冒落釬石堵住，影響支護(hù)效果。 圖2－6 b為潛入式頂梁，頂梁后端為扇形結(jié)構(gòu)掩護(hù)梁可潛入扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)，消除了三角區(qū)。 圖2－6 c為鉸接式頂梁，頂梁1為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護(hù)梁4鉸接，取消了三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上，用平衡千斤頂8調(diào)節(jié)頂梁與頂板的接觸面積。 圖2－6 d為帶前梁的鉸接式頂梁，由前梁千斤頂7調(diào)節(jié)前梁就角度，可提高前

34、梁前端的支撐能力，改善前梁前端的支控效果。 圖2－6 e帶伸縮前梁的鉸接式頂梁，可及時(shí)支護(hù)頂板，較少頂板的暴露時(shí)間。 鉸接式頂梁加伸縮和擺動(dòng)前梁，為圖2－6 d和2－6 e兩種型式的結(jié)合，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，并在前梁內(nèi)加伸縮前探梁。 圖2－7鉸接式頂梁 Fig 2-7 articulated roof beam 綜合上述本設(shè)計(jì)選擇鉸接式頂梁，如圖2－7。頂梁1為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護(hù)梁4鉸接，取消了三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上，用平衡千斤頂8調(diào)節(jié)頂梁與頂板的接觸面積。OY型掩護(hù)式支架就采用此種結(jié)構(gòu)。 2.4.3 頂梁斷面形狀 頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成

35、。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來(lái)，支撐掩護(hù)式支架在頂梁后端有銷孔，通過(guò)銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前后連桿鉸接的耳座，有的支架在掩護(hù)梁上有立柱柱窩?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的兩側(cè)。 從側(cè)面看掩護(hù)梁，其形狀有直線型和折線型兩種。 按頂梁的斷面形成，還可以把頂梁分為如下結(jié)構(gòu)： 1）閉式頂梁 閉式頂梁為頂梁上、下蓋板與筋板焊接成封閉型如圖2－8 一種為立筋凸出型，如圖圖2－8所

36、示，增加了焊接強(qiáng)度；另一種為立凹下，焊接后使用頂梁平整，但是焊接強(qiáng)度不如前一種，如圖2－9 圖2－8 頂梁筋板焊接圖 Fig 2-8 Top beam welding ribs map 2）開(kāi)式頂梁 開(kāi)式頂梁結(jié)構(gòu)如下圖： 圖2－9 頂梁式立開(kāi)筋型式 Fig 2-9 Open the top beam reinforcement type legislation 開(kāi)式頂梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：可減輕頂梁的重量，增強(qiáng)頂梁的抗彎強(qiáng)度。 對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，為了便于側(cè)護(hù)板能自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護(hù)板稍厚的鋼板，稱為頂板，如圖2－10所示，同時(shí)增強(qiáng)了頂梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

37、 圖2－10頂梁斷面 Fig 2-10 Top beam cross-section 2.4.4 頂梁主要尺寸的確定 1)掩護(hù)式頂梁長(zhǎng)度Lg的計(jì)算： 頂梁長(zhǎng)度＝[配套尺寸＋底座長(zhǎng)度＋]－[]＋掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距（mm） =3126mm 式中：配套尺寸取1972mm。 底座長(zhǎng)度 —— 底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距取2100mm e —— 支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離取45mm 、 —— 支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角 2)梁面積A A

38、= （2-2） 式中： —— 頂梁長(zhǎng)度mm —— 頂梁寬度mm,在本次設(shè)計(jì)中頂梁寬度為1440mm 代入公式（2-11）得 A=31261440=4501440≈4.5 3)支架的支護(hù)面積Fc (2-3) 式中： —— 支護(hù)面積 Δ —— 移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離 m,一般Δ= —— 支

39、架間距（支架中心距），一般為1.5m 代入公式(4-1)得： = 1500(3126＋345)=5204500 =5.2 4)支架的理論支護(hù)阻力F1 （2-4） 式中: F1 —— 支架的理論支護(hù)阻力（KN） —— 支護(hù)面積 （） —— 支護(hù)強(qiáng)度 （KN/） 支架在最高處的理論支護(hù)阻力為： =5.2433.16=2252.43（KN） 5)

40、頂板覆蓋率δ δ=A/100% （2-5） 式中： δ —— 頂板覆蓋率 A —— 頂梁面積 —— 支護(hù)面積 代入2-5公式得： δ=4.5/5.2100%=86.5% 覆蓋率應(yīng)該滿足頂板性質(zhì)的要求，一般，不穩(wěn)定的頂板；中等穩(wěn)定頂板；穩(wěn)定頂板為；堅(jiān)硬頂板。 2.5 側(cè)護(hù)板 2.5.1 側(cè)護(hù)板的選擇 頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種： 1）一側(cè)固定另一側(cè)活動(dòng)的側(cè)護(hù)板，由于固定側(cè)護(hù)板與梁體焊接在一起，可節(jié)省原梁體的側(cè)板，既節(jié)省材料又可加固梁體。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)左右工作面來(lái)確定左側(cè)或右側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)

41、護(hù)板，下方為活動(dòng)側(cè)護(hù)板?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板通過(guò)彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動(dòng)側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。但當(dāng)改換工作面開(kāi)采方向時(shí)，活動(dòng)側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，對(duì)調(diào)架、防倒等帶來(lái)不便，所以很少采用。 2）兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開(kāi)采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。 本設(shè)計(jì)取兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板的類型。 2.5.2 側(cè)護(hù)裝置的作用 1)消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁間的間間隙，防止冒落矸石進(jìn)入支護(hù)空間； 2)防止支架移架的傾倒； 3)防止支架的傾倒； 4)調(diào)整支架間距 2.5.3 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 如圖2－11所示，這種型式克服了當(dāng)頂板被冒落矸石壓住時(shí)，

42、影響側(cè)護(hù)板伸縮的缺點(diǎn)，但支架承受偏載時(shí)，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。 圖2－11側(cè)護(hù)板的機(jī)構(gòu)形式 Fig 2-11 sideguard agency forms 2.5.4 側(cè)護(hù)板尺寸的確定 頂梁側(cè)護(hù)板的側(cè)向?qū)挾?，按支架升降高度和推移步距?lái)確定。即：考慮到當(dāng)一架升起，另一架降柱時(shí)，要保證相鄰兩架側(cè)護(hù)板不脫離接觸。同時(shí)考慮到支架降柱后要前移，為防止頂梁后部側(cè)護(hù)板脫離接觸，頂梁側(cè)護(hù)板后部要加寬，加寬的長(zhǎng)度一般為頂架后部起大于一個(gè)步距，即大于600mm。 掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的側(cè)面寬度，主要考慮移架步距，一般比一個(gè)步距大100mm，即相當(dāng)700mm。當(dāng)一架固定，另一架前移時(shí)，兩架之間能封閉，同時(shí)又考

43、慮到降架前移時(shí)，原不動(dòng)的掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板下部不致脫開(kāi)。所以，掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板下部要加寬。 頂梁和掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的頂面寬度，與活動(dòng)側(cè)護(hù)板的行程有關(guān)。由兩臺(tái)相鄰支架的架間距離來(lái)確定。 頂梁和掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的連接，在考慮動(dòng)作靈活可靠的情況下，應(yīng)盡量減少間隙，加強(qiáng)密封性。 2.6 立柱 立柱是支架的承載構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 1) 初選立柱類型為單伸縮雙作用活塞式立柱，如圖2－12。此種類型的立柱具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 2) 立柱的布置：掩護(hù)式支架為傾斜布置，這

44、樣可以克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。一般支架在最高工作位置時(shí)立柱軸線與頂梁的垂線夾角在，在最低位置時(shí)應(yīng)小于 。本設(shè)計(jì)中立柱的根數(shù)為兩根。 3) 立柱間距為1～1.5m。 4) 支撐方式為四柱平行支在頂梁上。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于(支架在最低位置時(shí))，由于夾角小，所以有效支撐能力大。 5) 立柱缸體內(nèi)徑 （2-6） = = 20.35cm =203.5mm 式中 ： —— 立柱數(shù)目 —— 支架承受

45、的理論支護(hù)阻力（KN）:[KN] —— 立柱在支架在最低位置時(shí)軸線與頂梁的垂線夾角小于取 —— 安全閥正壓力，本設(shè)計(jì)中選用的安全閥為型， 查標(biāo)準(zhǔn)表取 代回原公式可求得： ，所以可行。 表2－1立柱缸體內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)值 Tab 2-1 Column diameter cylinder of the standard value 50 63 80 100 110 125 140 （145） 160 180 200 （210） 220 （230） 250 表2－2單伸縮立柱的缸徑、柱徑組配合關(guān)系 Tab 3-2 telescopic column

46、of single-bore, with the relationship between column diameter group 缸體 內(nèi)徑 （mm） 250 220 200 180 160 140 125 活柱 外徑 （mm） 240 210 190 185 170 130 130 105 工作 阻力 (KN) 2352 1960 1764 1372 784 784 588 額定 工作 壓力 (MPa) 50 51.6 58.4 56.1 50.7 51.9 50 推薦 選用 管材 缸體

47、 29928 27332 24528 21925 19422 18024 15020 鋼材 規(guī)格 （mm） 活柱 24526 21925 20024 19425 18024 15920 14018 115元鋼材 根據(jù)查表得：活柱外徑 210 工作阻力 1960 額定工作壓力 51.6 泵站壓力 32.6 缸體外徑 273mm

48、立柱缸體壁厚 2.6.1 立柱的初撐力與泵站額定工作壓力 立柱初撐力按下式進(jìn)行計(jì)算 (KN) (2-7) (KN) 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。（泵站額定工作壓力Pb即由上述查得，本設(shè)計(jì)?。? 2.6.2 安全閥壓力與立柱工作阻力的確定 安全閥的動(dòng)作壓力即為支架安全閥的調(diào)整壓力Pa=40MPa。 立柱工作阻力P2按下式進(jìn)行計(jì)算 (KN) 因?yàn)?，則此安全閥可行。 當(dāng)泵站和安全閥都選定后，立柱的初撐力和工作阻力便已確定，液

49、壓支架的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)表明，初撐力與工作阻力間應(yīng)滿足一定關(guān)系，即：。過(guò)小，不能有效地支撐頂板，過(guò)大，易壓碎頂板。目前這個(gè)關(guān)系有增加的趨勢(shì)，掩護(hù)式支架取=過(guò)為宜。 2.6.3 立柱位置的確定 1)立柱布置 掩護(hù)式支架為二柱。 支撐方式:掩護(hù)式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于（支架在最低工作位置時(shí)），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。同時(shí)由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增大。 2)立柱間距 立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前，后柱的間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作，行人和部件合理

50、布置。支撐式和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為1～1.5m。 3)立柱柱窩位置的確定 a、掩護(hù)式支架柱窩位置的確定: 掩護(hù)式液壓支架立柱上、下柱窩位置的確定，對(duì)液壓支架能否正常工作，極為重要。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)頂板載荷分布和底板條件，先確定支架頂梁的支撐力分布和底座對(duì)底板的比壓分布，使支架能適應(yīng)工作面條件的要求，從此來(lái)確定立柱上，下柱窩的位置。 b、立柱上柱窩位置的確定: 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂梁載荷分布一致。但頂板載荷分布復(fù)雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向按線性規(guī)律變

51、化，沿支架寬度方向分布。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時(shí)為偏于安全，可以認(rèn)為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向想后越來(lái)越大呈三角形分布，并按集中載荷計(jì)算，所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計(jì)算立柱上柱窩位置。此時(shí)認(rèn)為支架頂梁承受集中載荷F1在頂梁1/3初，取頂梁為分離體，受力情況如圖2－13所示： 圖2－13頂梁受力分析 Fig 2-13 Stress Analysis of Top Beam 對(duì)A點(diǎn)取矩： （2-8） （2-9） 式中 :

52、 —— 立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距（m） F1 ——支架支護(hù)阻力（KN）， （KN） Q ——支架最大支護(hù)強(qiáng)度（） Fc ——支護(hù)面積（） Lg ——頂梁長(zhǎng)度（不包括頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁后端之距）（m） Pt ——立柱工作阻力之和（KN） ——頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距（m） ——立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距（m） ——立柱在最高位置時(shí)的傾角（度） 已知： ； ； ； ； ； ； ； 代入公式2-9得： =0.756m 立柱全部伸長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)度： 立柱全

53、部縮回時(shí)的長(zhǎng)度： 式中: ——單位缸長(zhǎng)行程 ——活塞全部伸出時(shí)立柱的總長(zhǎng)度 ——活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)度 ——活塞的行程 所以采用單伸縮雙作用液壓缸是可行的。 c、立柱下柱窩位置的確定: 立柱下窩位置得確定，要由利于移架，使底座前端比壓小，同時(shí)考慮柱前行人和支架得調(diào)高范圍以及下窩柱與前連桿下鉸點(diǎn)的距離，一般按支架最低工作位置時(shí)，立柱最大傾角應(yīng)按小于來(lái)考慮。 按幾何關(guān)系計(jì)算立柱下柱窩位置： 代入數(shù)據(jù)： 式中: ——支架最小高度 G ——掩護(hù)梁長(zhǎng)度 A ——后連桿長(zhǎng)度 ——支架最低位置時(shí)，后連桿與水平面的夾角 ——

54、支架最低位置時(shí)，立柱傾角 ——支架最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與水平面的夾角 2.7 千斤頂技術(shù)參數(shù)確定 2.7.1 平衡千斤頂?shù)淖饔迷砼c用途 平衡千斤頂，也稱穩(wěn)定千斤頂、角位移千斤頂或者頂梁補(bǔ)償千斤頂。平衡千斤頂式一種外供液的雙作用千斤頂。當(dāng)高壓液從缸體下部進(jìn)入千斤頂活塞腔（下腔）時(shí)，推出活塞桿撐緊頂梁，此時(shí)環(huán)形腔（上腔） 內(nèi)液體從缸體上部回到回油路。反之，當(dāng)高壓液進(jìn)入環(huán)形腔收回活塞桿時(shí)，活塞腔回液。由此可見(jiàn)平衡千斤頂?shù)睦碚撟饔檬浇柚睦⑸?，使得寬而長(zhǎng)的頂梁較好的接頂，調(diào)節(jié)頂梁與頂板的接觸角度，克服頂梁仰頭、翹尾，使頂梁盡量保持與頂?shù)装迤叫械剡M(jìn)行工作。所以平衡千斤頂鉸接于頂梁和掩護(hù)

55、梁之間，使掩護(hù)式支架構(gòu)成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；通過(guò)它可以調(diào)節(jié)頂梁呈水平狀態(tài)或者所需要的角度，使相鄰的支架保持良好的密封狀態(tài)，還可以利用雙向控制閥，使平衡千斤頂呈推力或者拉力，適應(yīng)頂板載荷的變化。 本設(shè)計(jì)平衡千斤頂為雙作用液壓缸。 2.7.2 平衡千斤頂對(duì)頂梁受載的影響 平衡千斤頂作用之一是調(diào)節(jié)頂板對(duì)頂梁作用力得合力位置，使得頂梁與頂板接觸嚴(yán)密。觀測(cè)表明，平衡千斤頂?shù)貌僮鳎ㄉ锨换蛘呱锨还┮海?duì)頂板與支架相互平衡得合力作用點(diǎn)油顯著影響。 平衡千斤頂上腔供液，可是合力作用點(diǎn)后移，載荷垂直分力增加，合力與垂線夾角減小，支撐效率增大，可以達(dá)到1.05以上，有利于適應(yīng)老頂來(lái)壓。 平衡千斤頂下腔供液，可使

56、合力作用點(diǎn)前移載荷垂直分力減小，載荷水平分力增大，即合力與垂線夾角加大，支撐效率降低（0.65～0.8），可以改善支架對(duì)斷面頂板得維護(hù)。 平衡千斤頂上、下腔均部供液時(shí)的特征介于以上兩者之間。 合力作用點(diǎn)主要取決于頂板運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和立柱壓力，一般處在立柱與頂板鉸點(diǎn)之間平均載荷呈三角分布。如下圖2－14；2－15表示平衡千斤頂供液方式對(duì)頂梁載荷分布的影響。上腔供液合力作用點(diǎn)位于立柱后方，靠近頂梁與掩護(hù)梁鉸接點(diǎn)；下腔供液相反，合力作用點(diǎn)位于立柱前方，靠近頂梁前端。 總之，采用不用的供液方式操作平衡千斤頂，可以改變頂梁載荷合力點(diǎn)的位置和方向，可影響支架支撐效果，改善支架適應(yīng)頂板的能力。 圖2－

57、14 平衡千斤頂上腔給液頂梁載荷分布 Fig 2-14 jack balanced solution to the top of the cavity beam load distribution 圖2－15平衡千斤頂下腔給液頂梁載荷分布 Fig 2-15 balanced jack cavity to the fluid under the top beam load distribution 2.7.3 平衡千斤頂技術(shù)參數(shù)確定 平衡千斤頂缸體內(nèi)徑的計(jì)算： [cm] （2－14）

58、式中： —— 平衡千斤頂?shù)耐屏?88（KN） —— 平衡千斤頂?shù)耐屏?95（KN） —— 根據(jù)上述＝40 代入公式2-14得： ＝13.68cm＝136.8mm 查表2－3得平衡千斤頂缸體內(nèi)徑取，外徑為168mm。 表2－3千斤頂缸體內(nèi)徑 Tab2-3 jack cylinder diameter 缸徑（mm） 160 140 125 100 80 63 50 桿徑（mm） 140 100 85 100 85 70 70 (63） 50 45 45 40 32 泵壓（MPa） 32.6 推力（KN） 637 490 3

59、92 245 157 98 63 拉力（KN） 1500 382 445 234 304 284 127 157 98 103 48 58 40 推薦材料規(guī)格（mm） 缸 19422 16820 14614 12114 10214 8311 / 桿 15217 105元鋼 95元鋼 110 105元鋼 95元鋼 85元鋼 80 85元鋼 70元鋼 / / / / / 平衡千斤頂活塞桿外徑的計(jì)算：

60、 （2－15） 式中： —— 活塞桿外徑。 代入公式2-15得： ＝6.2cm＝62mm 查2－3表可得＝85mm，泵壓取32.6MPa。 2.7.4平衡千斤頂位置的確定 1）平衡千斤頂安裝位置的確定原則 為保證支架工作的可靠性，支架的支撐力分布（包括立柱的支撐力和平衡千斤頂?shù)耐屏蛘呃Φ龋仨氝m應(yīng)頂板載荷分布。當(dāng)立柱的上、下柱窩位置確定后，就可以根據(jù)頂板載荷分布來(lái)確定平衡千斤頂?shù)奈恢?，現(xiàn)按照兩種情況進(jìn)行分析。 當(dāng)頂梁前端出現(xiàn)空頂時(shí)，頂梁后端載荷加大，頂板載荷合力作用點(diǎn)位置后移，此時(shí)平衡千斤頂受到拉力，為使支架支撐力分布適應(yīng)頂板載荷分布，假設(shè)合力作用點(diǎn)位置在頂梁后端0.

61、27倍頂梁長(zhǎng)度處來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)后端出現(xiàn)空頂區(qū)時(shí)，頂梁前端載荷加大，頂板載荷合力作用點(diǎn)位置前移，此時(shí)平衡千斤頂受到推力，為使支架支撐力分布適應(yīng)頂板載荷分布，假設(shè)合力作用點(diǎn)位置在頂梁后端0.35倍頂梁長(zhǎng)度處進(jìn)行計(jì)算。 2）平衡千斤頂在頂梁上位置的確定 平衡千斤頂在拉力時(shí)，取，平衡千斤頂在推力時(shí)，取 圖2－16 頂梁和掩護(hù)梁分離體 Fig 2-16 cover the top beams and beam separator 圖2－17 頂板分離體受力圖 Fig 2-17 separator by the roof trying to （2－16）

62、 式中： —— 平衡千斤頂?shù)耐?、拉力（推力取“＋?、拉力取“－” ） W —— 頂板與頂梁之間的摩擦系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.3 —— 支架在最高位置時(shí)的立柱傾角 —— 支架在最高位置時(shí)，平衡千斤頂?shù)膬A角；為使平衡千斤頂與掩護(hù)梁不發(fā)生干涉，保證支架在不同高度時(shí)，平衡千斤頂與掩護(hù)梁平行，可以取支架在最高位置時(shí)頂梁上平面和掩護(hù)梁的夾角，即 —— 平衡千斤頂活塞桿鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距，當(dāng)支架降到頂梁和掩護(hù)梁成時(shí)，為使平行千斤頂不與掩護(hù)梁干涉，所以按照下列計(jì)算： （m） （2－17） 式中 ： —— 掩護(hù)梁厚度

63、取230mm —— 平衡千斤頂外徑（mm） —— 平衡千斤頂外徑和掩護(hù)梁之間的間隙，一般取30～50mm —— 立柱柱窩中心至平衡千斤頂上鉸點(diǎn)之距（mm） —— 平衡千斤頂上鉸點(diǎn)至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距 x —— 支護(hù)阻力合力作用點(diǎn)的位置。 代入（2－17）式可得： 平衡千斤頂在拉力時(shí)： 得 平衡千斤頂在推力時(shí)： 得 則 3）平衡千斤頂行程計(jì)算 圖2－18 支架在最高位置時(shí)的L4 Fig 2-18 bracket the highest position in the L4 圖2－19 L5計(jì)算圖 Fig 2-19

64、 L5 calculation chart 為了防止平衡千斤頂?shù)亩h(huán)或者平衡千斤頂本身被拉壞，對(duì)平衡千斤頂?shù)男谐逃腥缦乱螅寒?dāng)支架在最高位置時(shí)，頂梁不能下擺；支架在最低位置時(shí)，頂梁能上擺，或者頂梁和掩護(hù)梁近似成。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，取如下兩種情況：假設(shè)平衡千斤頂?shù)幕钊可斐鰰r(shí)，頂梁成；平衡千斤頂?shù)幕钊靠s回時(shí)，支架恰好在最高位置 。 平衡千斤頂行程 上式中由下式進(jìn)行計(jì)算： （2-18） 表2－4液壓缸活塞行程系列 Tab 2-4 Series of hydraulic cylinder pist

65、on stroke 第一系列 第二系列 第三系列 第一系列 第二系列 第三系列 50 450 63 500 80 550 90 600 100 110 700 125 750 140 800 160 900 170 925 185 950 200 1000 220 1050 240 1150 260

66、 1250 280 1300 300 320 350 400 查表行程最終取S＝320mm。 4） 平衡千斤頂在掩護(hù)梁上的位置的確定 平衡千斤頂?shù)男谐檀_定后，即可確定它在掩護(hù)梁上的位置如下圖所示： 圖2－20 a1、b1示意圖 Fig 2-20 a1, b1 diagram 式中： —— 當(dāng)活塞全部縮回時(shí)，缸體上鉸點(diǎn)至活塞上部之距，如圖2－20所示，取。 —— 當(dāng)活塞全部縮回時(shí)，活塞桿鉸點(diǎn)至活塞桿腔出油孔中心線之距，如圖2－20所示，取 通過(guò)和的計(jì)算，平衡千斤頂在掩護(hù)梁上的位置就確定了。 5） 掩護(hù)梁類型 掩護(hù)梁是支架的掩護(hù)構(gòu)件，它有承受冒落矸石的載荷和頂板通過(guò)頂梁傳遞的水平載荷引起的彎矩，掩護(hù)梁的用途，掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過(guò)前后連桿傳遞給底座。掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩。掩護(hù)梁和頂梁（包括