cadcam課程設(shè)計 ---支撐掩護式液壓支架設(shè)計

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　綜合機械化采煤是煤礦技術(shù)進步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動效率、增加經(jīng)濟效益的重要手段。實踐證明大力發(fā)展綜合機械化采煤，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式和四柱支撐掩護式支架，這些系列化一般用于緩傾斜中厚煤層及厚煤層分層開采。</p><p>　　至

2、今，我國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劃分有端頭支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。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。</p><p>　　目前使用的液壓支架分為三類。即：支撐式液壓支架、掩護式液壓支架、支撐掩護式液壓支架。從架型的結(jié)構(gòu)特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接類別

3、和老頂級別的不同，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，要對支架的支撐力承載力的關(guān)系進行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。</p><p>　　本設(shè)計論文則設(shè)計層煤厚度在3.60米到3.05米，老頂級別為三級，直接頂類別為一類的支撐掩護式液壓支架的設(shè)計。其架型特點支柱兩排，每排1到2根。多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護梁和四連桿機構(gòu)。安的支撐力大，切頂性能好，防護性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這

4、類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定。老頂有明顯或強烈周期來壓。瓦斯含量較大的中厚或厚煤層中。因此本設(shè)計設(shè)計這類支撐掩護式液壓支架。</p><p><b>　　1.液壓支架的概述</b></p><p>　　1.1液壓支架的組成和用途</p><p>　　1.1.1液壓支架的組成</p><p>　　液壓支架由頂梁、底座、掩護

5、梁、立柱、推移裝置、操縱控制系統(tǒng)等主要部分組成。</p><p>　　1.1.2液壓支架的用途</p><p>　　在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。而液壓支架是以高液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設(shè)備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。實踐表明液壓支架具有支護性能

6、好、強度高，移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤機組合機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施，因此液壓支架是技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理，安全上可靠、是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。</p><p>　　1.2液壓支架的工作原理</p><p>　　液壓支架在工作過程中，必須

7、具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。</p><p><b>　　1.2.1升柱</b></p><p>　　當(dāng)需要支架上升支護頂板時，高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。</p><p><b>　　1.2.2降

8、柱</b></p><p>　　當(dāng)需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。</p><p>　　1.2.3支架和輸送機前移</p><p>　　支架和輸送機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成。當(dāng)需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂對活塞桿腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉

9、向煤壁；當(dāng)需要推輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。</p><p>　　支架的支撐力與時間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖1-1所示。 </p><p>　　圖1-1 支架的工作特性曲線</p><p>　　Fig .1-1 line of support work charact

10、eristic</p><p>　　t0—初撐階段； t1—增阻階段； t2—恒阻階段；</p><p>　　p1—初撐力； p2—工作阻力</p><p>　　支架立柱工作時，其支撐力隨時間的變化過程可分為三個階段。支架在升柱時，高壓液進入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下

11、腔壓力達到初撐力，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支架的安全閥壓力調(diào)正值時，安全閥打開而溢流，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，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。</p>

12、<p>　　1.3液壓支架設(shè)計目的、要求和設(shè)計支架必要的基本參數(shù)</p><p><b>　　1.3.1設(shè)計目的</b></p><p>　　采用綜合機械化采煤機械方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化設(shè)備，迅速綜合機械化采煤工作面（簡稱綜合工作面）。而每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架

13、，可見對液壓支架的需要量是很大的。</p><p>　　由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機械性質(zhì)等的不同，對不同液壓支架的需求也不同。為了有效地支護和控制頂板，必須設(shè)計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)計工作是很重要的。由于液壓支架的類很多，因此其設(shè)計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。</p><p>　　

14、1.3.2液壓支架的基本要求</p><p>　　1)為了滿足采煤工藝及地制條件的要求，液壓支架是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。</p><p>　　2)液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般力為100KN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100KN～150KN，中厚煤炭一般為150KN至250KN。厚煤層一般為300KN～400KN。<

15、/p><p><b>　　3)防止性能要好。</b></p><p><b>　　4)排矸性能好。</b></p><p>　　5)要求液壓支架能保證采煤工作有足夠的通風(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。</p><p>　　6)為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈?lt;/p

16、><p>　　7)調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便</p><p>　　8)支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。</p><p>　　9)要求支架有足夠的剛度，能夠承受一事實上不均勻載荷和沖擊載荷。</p><p>　　10)在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。</p><p>　　11)要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。&l

17、t;/p><p>　　12)液壓元件要可靠</p><p>　　1.3.3設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)</p><p><b>　　1)頂板條件</b></p><p>　　根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進行選型。</p><p><b>　　2)最大和最小采高</b></p

18、><p>　　根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護強度。</p><p><b>　　3)瓦斯等級</b></p><p>　　根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風(fēng)斷面。</p><p>　　4)底板巖性能及小時涌水量</p><p>　　根據(jù)底巖性和小時涌水量驗算底板比壓。

19、</p><p><b>　　5)工作面煤壁條件</b></p><p>　　根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。</p><p><b>　　6)煤層傾角</b></p><p>　　根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防滑裝置</p><p><b>　　7)井向罐籠

20、尺寸</b></p><p>　　根據(jù)井向罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。</p><p><b>　　8)配套尺寸</b></p><p>　　根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。</p><p>　　1.4液壓支架的選型</p><p>　　1.4.1液壓支架的支撐力與承載關(guān)系

21、</p><p>　　支撐掩護式支架是為了改善上述兩類支架的性能和對頂板的適應(yīng)性而設(shè)計的。主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機構(gòu)和掩護梁，增強了支架的穩(wěn)定性和防護性，提高了支架的支護和承載能力。所以，此種支架介于以上兩種支架的中間狀態(tài)，提高了適用范圍，適用于頂板較堅硬，頂板壓力較大或頂板破碎的各種煤層，其受力狀況如圖1-2所示 </p><p>　　圖1-2支撐掩護式支架的受力狀況

22、</p><p>　　Fig.1-2 bracing caving shield pressure</p><p>　　1.4.2液壓支架架型的分類</p><p>　　按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分 有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。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有位置的

23、支架。</p><p>　　目前使用的液壓支架在分三類即：支撐式、掩護式和支撐掩護式支架。</p><p>　　1) 支撐式支架：支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式。如圖1-3，前梁較長，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來保證。因此底座堅固定，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板，維護工作空間。頂板巖三石則在頂梁后部切斷垮落。這類支架具有較大的支撐能力和良好

24、的切頂性能，適用于頂板緊硬完整，周期壓力明顯或強烈，底板較硬的煤層。</p><p>　　a b</p><p>　　圖1-3 a—垛式 b—節(jié)式</p><p>　　Fig.1-3 a—corduroy  b—division

25、al</p><p>　　2)掩護式支架：掩護式支架有插腿式和非插腿式兩種型式。如圖1-4所示頂梁較短，對頂板的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運動的能力強；防護性能好調(diào)高范圍大，對煤層厚度變化適應(yīng)性強；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。</p><p>　　a b

26、 c</p><p>　　圖1-4 a—插腿式支架 b—立柱支在掩護梁上非插腿式支架</p><p>　　c—立柱支在頂梁上非插腿式支架</p><p>　　Fig.1-4 a－ support b－ leg piece on support  c－leg piece  on suppor

27、t</p><p>　　3)支撐掩護式支架：支撐掩護式支架架型主要用：四柱支在頂梁上（如圖1-5a，b所示）；二柱支在頂梁（如圖1-5，c所示）一柱或二柱支在掩護梁上。支柱兩排，每排1-2根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護梁和四連桿機構(gòu)。它的支撐力大，切頂性能好，防護性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價貴，不便于運輸。這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強烈的周期來壓，瓦斯儲量較大的中厚或

28、厚煤層中。</p><p>　　a b c</p><p>　　圖1-5 a—四柱平行支在頂梁上支架，b—四柱交叉支在頂梁兩柱在掩護梁上支架</p><p>　　c—兩柱在頂梁兩柱支在掩護梁上支架</p><p>　　1.4.3 液壓支架選型原則&l

29、t;/p><p>　　液壓支架的選型,其根本目的是使綜采設(shè)備適礦井和工作面的條件,投產(chǎn)后能做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件進行選擇。</p><p>　　1)液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級別直接選出架型。</p><p>　　2)當(dāng)煤層厚度超過2.5m

30、時，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強支架一般不宜選用支撐式支架。</p><p>　　3)當(dāng)煤層厚度達到2.5～2.8mm以上時，需要選擇有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架，煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護式雙伸縮立柱的支架。</p><p>　　4)應(yīng)使支架對底板的比壓不超過底板允許的抗壓強度。在底板較軟條件下，應(yīng)選用抬底裝置的支架或插腿掩護式支架。</p&g

31、t;<p>　　5)煤層傾角〈10時，支架可不設(shè)倒滑裝置15～25度時，排頭支架應(yīng)設(shè)防倒防滑裝置，工作面中部輸送機設(shè)防滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機調(diào)防滑裝置。</p><p>　　6)對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并優(yōu)先選用通風(fēng)面積大的支撐式或支撐掩護式支架。</p><p>　　7)當(dāng)煤層為軟煤時，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤層

32、時，支架最大采高一般≤3.5m；硬煤時，支架最大采高＜5m</p><p>　　8)在同時允許選用幾種架型時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架。</p><p>　　9)斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露5～8m,時間在20min以上時，暫不宜采用綜采。</p><p>　　10)特殊架型的選擇可根據(jù)特殊架型中各節(jié)的適用條件進行選擇。</p><

33、p>　　1.4.4 液壓支架設(shè)計的原始條件</p><p>　　1）老頂級別 Ⅲ（強烈） </p><p>　　0.3<N≤3～5 Lp>50 N≤0.3 Lp=25～50</p><p>　　2）直接頂類別 Ⅱ（穩(wěn)定頂板）</p><p>　　強度指數(shù) D1 7.1～12</p><p&g

34、t;　　直接頂初次垮落步距L1(m)=19—25</p><p>　　表中按下式計算：D1=σ*c1*c2（Mpa）</p><p>　　σ—巖石單向抗壓強度（Mpa）；</p><p>　　C1—節(jié)理裂隙影響系數(shù)；</p><p>　　C2—分層厚度影響系數(shù)；</p><p>　　C1取0.41；c2取0.32<

35、;/p><p>　　采高3.5m，液壓支架支護強度 1.6*441 kN/㎡（支架工作阻力），煤層厚度（m） 3.60~3.05 老頂級別 Ⅲ 直接頂類別 Ⅰ</p><p>　　表1-1適應(yīng)不同類級頂板的架型和支護強度</p><p>　　Tab 1-1 Adaptive diffent cap of roof and m

36、odel holding strength</p><p>　　注：（1）表中括號內(nèi)數(shù)字系統(tǒng)掩護式支架頂梁上的支護強度。</p><p>　　（2）1.3、1.6、2為增壓系數(shù)。 </p><p>　　2.液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計</p><p>　　2.1液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定</p><p><b>

37、;　　2.1.1支護高度</b></p><p>　　支架高度確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大與最小高度為： </p><p>　?。玈1 (mm) (2-1)</p><p>　?。╩m）

38、 (2-2)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　---支架最大高度，mm</p><p>　　---支架最小高度， mm</p><p>　　---煤層最大高度， =3.60 m</p><p>　　---煤層最小高度， =3.05m</p><

39、;p>　　S1---考慮偽項煤冒落時，仍有可靠支撐力所需要的支撐高度，一般采取200-300mm，S1取250 mm，</p><p>　　S2---頂板最大下沉量是，一般取100～200 mm，S2取100 mm，</p><p>　　a--- 移架時支架的最小可縮量，一般取50 mm，</p><p>　　δ---浮矸石、俘煤厚度，一般取50 mm，<

40、;/p><p><b>　　由式2—1可得</b></p><p>　　3600＋250=3850 mm</p><p><b>　　由式2—2可得</b></p><p>　　3050－100－50－50=2850mm</p><p><b>　　所以?。?lt;/b

41、></p><p><b>　　=3850mm</b></p><p><b>　　=2850mm</b></p><p><b>　　2.1.2支架間距</b></p><p>　　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)支架型式來確定

42、，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)刮板輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定，我國刮板運輸機溜槽每節(jié)長度為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)計取bc=1.5 m。</p><p><b>　　2.1.3底座長度</b></p><p>　　所謂底座，就

43、是將頂板壓力傳遞到底板的穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮以下幾個方面：支架對底板的接觸比壓要??；支架內(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，掩護式支架的底座長度取3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撐掩護式支架對底座長度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本次設(shè)計底座為2.4m。</p><p><b>　　2.1

44、.4支護強度</b></p><p>　　本次設(shè)計中支撐掩護式支架的支護強度可用插入法求得，按下式計算： </p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—支架名義支護強度。（KN/m2）</p><p

45、>　　—采高所對應(yīng)的支護強度，見表1—1</p><p>　　—采高所對應(yīng)的支護強度，見表1—1</p><p>　　—對應(yīng)的采高(m),見表1—1</p><p>　　—對應(yīng)的采高(m),見表1—1</p><p>　　—支架的結(jié)構(gòu)高度，在，之間。</p><p>　　對應(yīng)最大結(jié)構(gòu)高度=3.85m時</p

46、><p>　　=3m =705.6KN/m2</p><p>　　=4m =862.4KN/m2</p><p>　　將各數(shù)據(jù)代入式（2—3）得采高最大時支架支護強度</p><p>　　=705.6＋(862.4-705.6)=838.88KN/m2</p><p>

47、;　　2.2液壓支架四連桿機構(gòu)的確定</p><p>　　2.2.1四連桿機構(gòu)的作用</p><p>　　四連桿機構(gòu)是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要的部件之一。其作用概括起來主要有兩個：一是支架由高到低變化時，借助四連桿機構(gòu)的頂梁前端的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點于煤壁間距離的變化大大減少，提高了管理頂板的性能；二是使支架能承受較大的水平力。</p><

48、;p>　　下面通過四連桿機構(gòu)動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。這些幾何特征是四連桿機構(gòu)動作過程的必然結(jié)果。</p><p>　　1）支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖2—1所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70mm，最好在30mm以下。</p><p>　　2）支架在最高位置和最低位置時,頂梁與掩護梁的夾角P后連桿與底平面的夾角Q，如圖2-1所示,應(yīng)滿足如下要求:&

49、lt;/p><p>　　支架在最高位置時,P=520～620,Q=750～850;支架在最底位置時,為有利矸石下滑,防止矸石停留在掩護梁上,根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知,要求tgP＞W(wǎng),如果綱和矸石的摩擦系數(shù)W=0.3,則P=16.70.而Q角主要考慮后連桿底部距底板要有一頂距離,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Q=250～300，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下絞點的高度。</p&g

50、t;<p>　　3）從圖2-1可知掩護梁與頂梁絞點e’和瞬時中心O之間的連線與水平的夾角Q。設(shè)計時，要使Q角滿足tgQ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。 </p><p>　　圖2-1四連桿機構(gòu)幾何特征</p><p>　　Fig.2-1fore rods geometry feature line</p><p>　　

51、4）頂梁前端點暈運動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。其原因是頂板來壓時，立柱讓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時底板阻止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減少，所以減輕了掩護梁外負載。</p><p>

52、<b>　　2.2.2優(yōu)化過程</b></p><p><b>　　目標(biāo)函數(shù)的確定</b></p><p>　　根據(jù)附加力對液壓支架受力影響的分析，為減少附加力，必須使U=TAN(THETA)有較小值。同時，為有效地支控頂板，要求支架由高到低變化時，頂梁前端點與煤壁距離的變化要小。而支架在某一高度時的THETA角，恰好是頂梁前端點的雙紐線軌跡上的

53、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，頂梁前端點運動軌跡似成直線為目標(biāo)函數(shù)，這兩項要求都能滿足。</p><p>　　四連桿機構(gòu)的幾何特征</p><p>　　四連桿機構(gòu)的幾何特征如下圖所示。</p><p>　　1)支架在最高位置時：P1=0.91- 1.08弧度；</p><p>　　Q1=1.31- 1.48弧度。&l

54、t;/p><p>　?。?）后連桿與掩護梁的比值，支撐掩護式支架為I=0.61- 0.82.</p><p>　　（3）前后連桿上鉸點之距與掩護梁的比值為I1=0.22-0.3.</p><p>　?。?）e`點的運動軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運動軌跡的最大寬度e<70mm最好在30mm以下。</p><p>　?。?）支架在最高

55、位置時的TAN(THETA)的值應(yīng)小于0.35，在優(yōu)化設(shè)計中，對支撐掩護式支架最好應(yīng)小于0.2。</p><p>　　2.2.3四連桿機構(gòu)各部尺寸的計算</p><p>　　1）后連桿與掩護梁長度的確定</p><p>　　當(dāng)支架在最高位置時的H1值確定后，掩護梁長度G為：</p><p>　　G=H1/（SIN（P1）+I*SIN（Q1））

56、；</p><p>　　后連桿長度為：A=I*G；</p><p>　　前,后連桿上鉸點之距為:B=I1*G;</p><p>　　前連桿上鉸點至掩護梁上鉸點之矩為:F=G-B;</p><p>　　對各變量規(guī)定相應(yīng)的步長:</p><p>　　P1的步長為0.034弧度;</p><p>　　

57、Q1的步長為0.034弧度;</p><p>　　I1的步長為0.02弧度;</p><p>　　I的步長為0.042弧度;</p><p>　　2）后連桿下鉸點至坐標(biāo)原點之距</p><p>　　E1=G*COS(P1)-A*COS(Q1);</p><p>　　3）前連桿長度及角度的確定</p>&l

58、t;p>　　為使頂梁上鉸點的運動軌跡最大寬度和THETA角盡量小,我們將支架在最高和最低點以及后連桿與掩護梁成90度角時頂梁上鉸點的坐標(biāo)定在一條垂直的直線上。（下面B1，B2，B3分別為此3點對應(yīng)的前連桿與掩護梁的鉸點，C為前連桿下鉸點）</p><p>　?。╝）B1點坐標(biāo)：X1=F * COS（P1）</p><p>　　Y1=H1-F*SIN（P1）</p>&l

59、t;p>　?。╞）B2點坐標(biāo)：X2=F*COS（P2）</p><p>　　Y2=B*SIN（P2）+A*SIN（Q2）</p><p>　　其中， Q2=0.436</p><p>　　P2由幾何關(guān)系求出。</p><p>　?。╟）B3點坐標(biāo)：X3=F*COS（P3）</p><p>　　Y3=B*SIN

60、（P3）+A*SIN（Q3）</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　P3=</b></p><p><b>　　Q3=</b></p><p>　　（d）C點坐標(biāo)：Xc=（M*（Y2-Y3）-N*（Y3-Y1））/T</p><

61、;p>　　Yc=（N*（X3-X1）-M*（X2-X3））/T</p><p>　　其中，M=X32-X12+Y32-Y12</p><p>　　N=X22-X32+Y22-Y32</p><p>　　T=2[（X3-X1）（Y2-Y3）-(Y3-Y1)(X2-X3)]</p><p>　　4）前連桿下鉸點的高度D和前、后連桿下鉸點在底

62、座上的投影距離： </p><p><b>　　D=Yc</b></p><p><b>　　E=E1-Xc</b></p><p>　　2.2.4四連桿機構(gòu)的優(yōu)選</p><p>　　1）前，后連桿的比值范圍：C/A=0.9-1.2。</p><p>　　2）前連桿的高度：

63、 D<H1/5。</p><p>　　3）E的長度： E<H1/4.5。</p><p>　　4）TAN（THETA）〈0.2。</p><p>　　TAN（THETA）=S/L=U。</p><p><b>　　其中，L=X6</b></p><p&g

64、t;<b>　　S=H1-Y6</b></p><p>　　X6，Y6為掩護梁速度瞬心的坐標(biāo)，通過幾何關(guān)系可求出</p><p>　　2.2.5求掩護梁上鉸點軌跡坐標(biāo)</p><p>　　X=-A*COS（Q4）+G*COS（P4）</p><p>　　Y= A*SIN（Q4）+G*SIN(P4)</p>

65、<p>　　其中Q4為后連桿與底座夾角，</p><p>　　P4為掩護梁與頂梁夾角。</p><p>　　P4=arcCOS（Z）；</p><p><b>　　Z=</b></p><p>　　J=2ABsinQ4-2BD </p>

66、<p>　　K=2EB+2ABcosQ4</p><p>　　R=A2+B2+D2-C2+E2+2AEcosQ4-2ADsinQ4</p><p>　　2.2.6C語言程序編制</p><p><b>　　程序框圖</b></p><p><b>　　2.2.7源程序</b></p&

67、gt;<p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#include<math.h></p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　Double h1,h2,p1,q1,i,i

68、1,g,a,b,f,e1,x1,y1,q2,p2,x2,y2,p3,q3,</p><p>　　x3,y3,m,n,t,xc,yc,c,o,d,e,x4,y4,x5,y5,k1,c1,k2,x6,y6,l,s,u,xx,xi,q4,k,j,r,ex,z,p4,x,y;</p><p>　　scanf("%lf,%lf",&h1,&h2);

69、 /*輸入h1,h2*/</p><p>　　for(p1=0.91;p1<=1.08;p1=p1+0.034) /*設(shè)p1,q1,i,i1*/</p><p>　　for(q1=1.31;q1<=1.48;q1=q1+0.034)</p><p>　　for(i=0.61;i<=0.82;i=i+0.042)</p>

70、<p>　　for(i1=0.22;i1<0.3;i1=i1+0.02)</p><p>　　{g=h1/(sin(p1)+i*sin(q1)); /*計算g,a,b,f*/</p><p><b>　　a=i*g;</b></p><p><b>　　b=i1*g;</b></p&

71、gt;<p><b>　　f=g-b;</b></p><p>　　e1=g*cos(p1)-a*cos(q1); /*計算b1,b2,b3,c點坐標(biāo)*/</p><p>　　x1=f*cos(p1);</p><p>　　y1=h1-f*sin(p1);</p><p><b>　　

72、q2=0.436;</b></p><p>　　p2=atan(sqrt(fabs(g*g-(e1+a*cos(q2))*(e1+a*cos(q2))))/</p><p>　　(e1+a*cos(q2)));</p><p>　　x2=f*cos(p2);</p><p>　　y2=b*sin(p2)+a*sin(q2);<

73、;/p><p>　　p3=3.14/2-atan(a/g)-atan(e1/sqrt(g*g+a*a-e1*e1));</p><p>　　q3=3.14/2-p3;</p><p>　　x3=f*cos(p3);</p><p>　　y3=b*sin(p3)+a*sin(q3);</p><p>　　m=x3*x3-x1

74、*x1+y3*y3-y1*y1;</p><p>　　n=x2*x2-x3*x3+y2*y2-y3*y3;</p><p>　　t=2*((x3-x1)*(y2-y3)-(y3-y1)*(x2-x3));</p><p>　　xc=(m*(y2-y3)-n*(y3-y1))/t;</p><p>　　yc=(n*(x3-x1)-m*(x2-x

75、3))/t;</p><p>　　c=sqrt((x1-xc)*(x1-xc)+(y1-yc)*(y1-yc)); /*計算c,d,e*/</p><p><b>　　o=c/a;</b></p><p>　　if(o<0.9||o>1.2)</p><p><b>　　continue;<

76、/b></p><p><b>　　d=yc;</b></p><p><b>　　e=e1-xc;</b></p><p>　　x4=e1+a*cos(q1); /*計算a1,q2,q1點坐標(biāo)*/</p><p>　　y4=a*sin(q1);</p>

77、<p><b>　　x5=e1;</b></p><p><b>　　y5=0;</b></p><p>　　k1=(y1-yc)/(x1-xc);</p><p>　　c1=atan(k1);</p><p>　　k2=(y4-y5)/(x4-x5);</p><

78、p>　　x6=(k1*x1-y1-k2*x4+y4)/(k1-k2);</p><p>　　y6=k1*(x6-x1)+y1;</p><p>　　l=x6; /*計算l,s*/</p><p><b>　　s=h1-y6;</b></p><p><b>

79、　　u=s/l;</b></p><p>　　if(u>0.2||u<0||d>0.2*h1||e>h1/4.5)</p><p><b>　　continue;</b></p><p>　　printf("u=%f,q1=%f,a=%f,b=%f,c=%f,d=%f,e=%f,f=%f\n,g=%

80、f,p1=%f,c1=%f,l=%f,s=%f\n",u,q1,a,b,c,d,e,f,g,p1,c1,l,s);</p><p><b>　　xx=0;</b></p><p><b>　　xi=3;</b></p><p>　　for(q4=1.48;q4>=0.436;q4=q4-0.0348)<

81、;/p><p>　　{x1=a*cos(q4);</p><p>　　k=2*e*b+2*a*b*cos(q4);</p><p>　　j=2*a*b*sin(q4)-2*b*d;</p><p>　　r=a*a+b*b+d*d-c*c+e*e+2*a*e*cos(q4)-2*a*d*sin(q4);</p><p>　　

82、if(k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j)<0)</p><p>　　{ex=xx-xi;</p><p>　　printf("ex=%f\n",ex);</p><p><b>　　continue;</b></p><p><b>　　}</b><

83、;/p><p>　　z=(k*r+sqrt(k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j)))/(k*k+j*j);</p><p>　　p4=atan(sqrt(fabs(1-z*z))/z);</p><p>　　x=-a*cos(q4)+g*cos(p4);</p><p>　　y=a*sin(q4)+g*sin(p4);</

84、p><p>　　if(y>=h1||y<=h2)</p><p><b>　　continue;</b></p><p>　　printf("x=%f,y=%f,x1=%f\n",x,y,x1);</p><p><b>　　if(x>xx)</b></p&g

85、t;<p><b>　　xx=x;</b></p><p><b>　　if(x<xi)</b></p><p><b>　　xi=x;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</

86、b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　操作過程及結(jié)果 啟動tc程序， 輸入3.5，2.5 按回車鍵 ，經(jīng)比較取用下劃線行數(shù)據(jù)</p><p>　　u=0.196169,q1=1.378000,a=1.515680,b=0.546639,c=1.432839,d=0.663708,e=0.700078

87、,f=1.938082 </p><p>　　,g=2.484721,p1=0.944000,c1=1.084333,l=1.782039,s=0.349582 x=1.167751,y=3.496170,x1=0.293980 x=1.176549,y=3.43

88、9717,x1=0.345536 x=1.182178,y=3.381463,x1=0.396673 x=1.185252,y=3.321268,x1=0.447329 x=1

89、.186288,y=3.258985,x1=0.497445 x=1.185733,y=3.194455,x1=0</p><p>　　2.3液壓支架配套設(shè)備和頂梁參數(shù)的確定</p><p>　　2.3.1采煤機和運輸機型號的確定</p><p>　　根據(jù)配套尺寸關(guān)系，在設(shè)計

90、中選用采煤機和運輸機型號為：</p><p>　　采煤機：MLS3PH-170型 運輸機：SGWD-180PB型</p><p>　　1）配套尺寸.配套圖的確定</p><p>　　配套尺寸的確定，由圖2-6可知</p><p>　　配套尺寸： E=650＋377＋730＋352=2109（mm）</p><p&

91、gt;　　2)液壓支架配套關(guān)系圖,如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 液壓支架配套關(guān)系圖</p><p>　　Fig.2-6 hydraulic pressure map</p><p>　　2.3.2頂梁的確定</p><p>　　頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強度要求以外，還要保證支護頂板的需要。&

92、lt;/p><p>　　1)頂梁的作用及用途</p><p>　　頂梁作用是支護頂板一定面積的直接承載部件，并為立柱、掩護梁、護頂裝置等提供必要的連接點。</p><p>　　用途：a.用于支撐維護控頂區(qū)的頂板。</p><p>　　b.承受頂板的壓力。</p><p>　　c.將頂板載荷通過立柱、掩護梁、前后連桿經(jīng)底座傳

93、到底板。</p><p>　　2)頂梁的結(jié)構(gòu)型式的確定 </p><p>　　支撐掩護式支架的頂梁較長 ，為了改善頂梁的接頂狀況，增大梁端支撐力，這類支架采用分段組合式頂梁，它有以下幾種組合型式：</p><p>　　a)鉸接前梁的剛性頂梁 </p><p>　　鉸接前梁的剛性頂梁，如圖2—7 a所示，該結(jié)構(gòu)頂梁分前后梁并鉸接，在鉸接前梁設(shè)有

94、前梁千斤頂，支撐靠近煤壁處的頂板，同時還可以調(diào)整前梁的上下擺角，以適應(yīng)頂板不平的變化。</p><p>　　b)伸縮前探梁的剛性頂梁</p><p>　　伸縮前探梁的剛性頂梁，如圖2—7 b所示，該結(jié)構(gòu)前梁有伸縮千斤頂使它伸縮，因此及時伸出支護剛暴露的頂板，從而可使頂梁長度減小，也可使用前梁千斤頂和伸縮千斤頂，使前梁即可伸縮又可以上下擺動。</p><p>　　a

95、 b</p><p>　　圖2—7 支撐掩護式頂梁的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　Fig.2-7 bracing caving shield construction</p><p>　　1—前梁 2—后梁 3—前梁千斤頂 4—前梁伸縮千斤頂</p><p>　　以上二種

96、頂梁型式比較，本設(shè)計選用鉸接前梁的剛性頂梁的結(jié)構(gòu)型式。</p><p>　　2.3.3對頂梁長度的影響</p><p>　　1)支架工作方式對支架頂梁長度的影響</p><p>　　支架工作方式對支架頂梁長度的影響很大，從液壓支架的工作原理可以看出，先移架后推溜方式（又稱及時支護方式）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（又稱滯后支護方式）要求頂梁長度較短。這是因為

97、采用先移架后推溜的工作方式，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護。因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距，一般為600mm。</p><p>　　2)配套尺寸對頂梁長度的影響</p><p>　　設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長度有直接關(guān)系。為了防止當(dāng)采煤機向支架內(nèi)傾斜時，采煤機滾筒不截割頂梁，同時考慮到采煤機截割時

98、，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設(shè)計時，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm，這個距離叫空頂距。另外在輸送機鏟煤板前也留有一定距離。一般為135～150mm左右，也是為了防止采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機留有一定的距離。除此而外，所有配套設(shè)備包括采煤機和輸送機，均要在頂梁掩護之下工作，在此來計算頂梁長度。</p><p>　　2.3.4頂梁主要尺寸的確定</p><p><

99、b>　　1)頂梁長度Lg</b></p><p>　　頂梁長度=[配套尺寸＋底座長度＋A×cosQ1]－[G×cosP1＋300＋e] (2-10)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　配套尺寸為 2109 mm，</p><p>　

100、　底座長度為 2400 mm，</p><p><b>　　P1=540</b></p><p><b>　　Q1=790</b></p><p>　　代入公式（2-10）中得</p><p>　　Lg=2109＋2400＋1515 ×cos790－2485×cos540－3

101、00=3037.4mm</p><p><b>　　取整為3037mm</b></p><p><b>　　2)頂梁面積A</b></p><p>　　A=Lg×B (2-11)</p>&l

102、t;p>　　式中： Lg—頂梁長度mm,</p><p>　　B---頂梁寬度mm,在本次設(shè)計中頂梁寬度為1500mm,</p><p>　　代入公式（2-11）得</p><p>　　A=3037×1500=4.55 m2</p><p><b>　　3)支護面積Fc</b></p>&

103、lt;p>　　Fc = Bc(Lg＋Δ)m2 (2-12)</p><p>　　式中：Fc—支護面積 m2 ，</p><p>　　Δ—移架后頂梁前端點到煤壁的距離 m,一般Δ=0.3</p><p>　　Bc—支架間距（支架中心距），一般為1.5m</p>

104、<p>　　代入公式(2-12)得：</p><p>　　Fc = 1500(3037＋300)=5.00 m2</p><p>　　4)支架的理論支護阻力F1</p><p>　　F1=Fc×q （2—13）</p>

105、;<p>　　式中: F1—支架的理論支護阻力，KN </p><p>　　Fc—支護面積 m2</p><p>　　q—支護強度 KN/M2</p><p>　　支架在最高處的理論支護阻力為：</p><p>　　F1=5.00×838.88=4194.4（KN）</p><p><

106、b>　　5)頂板覆蓋率δ</b></p><p>　　δ=A/Fc×100% (2-14)</p><p>　　式中： δ—頂板覆蓋率</p><p><b>　　頂梁面積 m2</b></p><p>　　Fc—支護面積 m2</p>

107、<p>　　代入式（2—14）得</p><p>　　δ=4.55/5.00×100%=91.10%</p><p>　　6)頂梁其它有關(guān)尺寸的確定</p><p>　　確定立柱上絞點，前梁千斤頂絞點、前后梁絞點、掩護梁與頂梁絞點位置（包括水平方向和垂直方向）各尺寸如圖2-8所示</p><p>　　圖2-8 支架結(jié)構(gòu)尺

108、寸總圖</p><p>　　Fig.2-8 hydropost geometry map</p><p>　　2.4掩護梁的結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定</p><p>　　2.4.1掩護梁的作用和用途</p><p>　　掩護梁是支架的掩護構(gòu)件，它有承受冒落矸石的載荷和頂板通過頂梁傳遞的水平載荷引起的彎矩，掩護梁的用途，掩護梁承受頂梁部

109、分載荷和掩護梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座。掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。掩護梁和頂梁（包括活動側(cè)護板）一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護體，完善了支架的掩護和擋矸性能。</p><p>　　2.4.2掩護梁的結(jié)構(gòu)型式</p><p>　　掩護梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座。有的支架在掩護梁上焊有立柱柱窩?；顒觽?cè)護板裝在掩護

110、梁的兩側(cè)。</p><p>　　從側(cè)面看掩護梁，其形狀有直線型、折線型。如圖2-9所示。</p><p>　　圖2-9 掩護梁結(jié)構(gòu)型式</p><p>　　Fig.2-9 caving lock piece mechanism method</p><p>　　1—頂梁；2—掩護梁；3—立柱；4—前連桿；5—后連桿；6—底座；</p&

111、gt;<p>　　7—限位千斤頂梁的結(jié)構(gòu)型式</p><p>　　折線型相對直線型支架端面大，結(jié)構(gòu)強度高，但工藝性差。所以很少采用，從掩護梁的寬度方向來分，可分為整體式和對分式兩種。對分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強度差。所以本次設(shè)計采用的是整體式、直線型。</p><p>　　2.4.3掩護梁的參數(shù)確定</p><p><b>

112、;　　1）掩護梁的長度G</b></p><p>　　掩護梁就是兩鉸點的距離，由前面的四連桿機構(gòu)可得知，掩護梁長度為2485mm。</p><p><b>　　2）掩護梁寬度By</b></p><p>　　本設(shè)計掩護梁寬度與頂梁寬度相同，所以掩護梁寬度為1500mm。</p><p>　　3）掩護梁上前后連

113、桿鉸點位置</p><p>　　通過比較，可確定前后連桿鉸點位置（水平和垂直方向）具體尺寸可以通過圖2—8中掩護梁部分所知。</p><p>　　2.5立柱及主要參數(shù)的確定</p><p>　　立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長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、抗彎強度、良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。&

114、lt;/p><p><b>　　2.5.1立柱布置</b></p><p><b>　　1)立柱數(shù)</b></p><p>　　目前過內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為2～6根，常用為4根；掩護式支架為2柱；支撐掩護式支架為4柱。</p><p><b>　　2)支撐方式</b></p&g

115、t;<p>　　支撐式支架立柱為垂直布置。掩護式支架為傾斜布置，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300（支架在最低位置時），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護能力增大。支撐掩護式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁垂線夾角小于100（支架在最高位置時），由于夾角較小，有效支撐能力較大。</p&

116、gt;<p><b>　　3)立柱間距</b></p><p>　　立柱間距指支撐式和支撐掩護式支架而言即前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式和支撐掩護式支架的立柱間距為1～1.5m。</p><p><b>　　4)立柱類型</b></p><p>　　立柱按動作方式，

117、分為單作用和雙作用；按結(jié)構(gòu)分類，分為活塞式和活柱式；按伸縮方式分為單身縮和雙伸縮，如圖2-10所示</p><p>　　a b c </p><p>　　d e f</p><p>　　圖2-10 立柱類型</p&

118、gt;<p>　　Fig.2-10 coal sorting</p><p>　　單作用活塞式；b—單作用柱塞式；c—雙作用活塞式；d、e、f—雙伸式</p><p>　　2.5.2立柱主要參數(shù)確定</p><p>　　1)立柱缸體內(nèi)徑和活塞外徑</p><p>　　a.立柱缸體內(nèi)徑的確定</p><p>

119、;　　D= （2-15）</p><p>　　式中： D—立柱缸體內(nèi)徑mm</p><p>　　F1—支架承受的理論支護阻力KN</p><p>　　nd—每架支架立柱數(shù)</p><p>　　Pa—安全閥的正壓力，pa=40mpa</p><p>　　αm —立柱最大傾角（度）</p

120、><p>　　代入公式（2-15）得</p><p><b>　　Dd==184mm</b></p><p>　　查表取整為200mm。</p><p>　　2).立柱初撐力和工作阻力</p><p><b>　　a.初撐力</b></p><p>　　P

121、1= [KN] （2-16）</p><p>　　式中： —立柱初撐力 KN </p><p>　　Pe — 泵站壓力 P=35(Mpa)</p><p>　　代入公式（2-16）得</p><p>　　=3.14/4×2002×35=1099.0（KN）</p>&

122、lt;p><b>　　b.立柱工作阻力</b></p><p>　　= （2-17）</p><p>　　式中： —立柱工作阻力， KN</p><p>　　Pa —安全閥調(diào)整壓力，取Pa=40Mpa，</p><p>　　代入公式（2-17）得：</p>&l

123、t;p>　　=3.14/2002×40=1256(KN)</p><p>　　2.6千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)確定</p><p>　　框架連接方式推移千斤頂，動作原理如圖2-11所示, 由于掩護式和支撐掩護式支架重量較大,為了提高移架力,就要增加缸徑或提高供液壓力。如果采用直接推移方式，在提高移架力的同時，推溜力也將增加，這樣有可能把溜槽推壞，為了解決這個問題，就要設(shè)計成移架力大于