支撑掩护式液压支架总体及底座设计

中文题目支撑掩护式液压支架总体及底座设计外文题目OVERALLANDBASEDESIGNOFSUPPORTINGSHIELDHYDRAULICSUPPORT毕业设计（论文）共64页（其中外文文献及译文9页）图纸共2张完成日期2015年6月答辩日期2015年6月摘要本设计研究的是煤矿中应用的支撑掩护式液压支架和液压支架的底座设计。支撑掩护式液压支架在煤炭行业是一种重要的支护设备，液压支架是综采工作面支护设备，它的主要用途是支撑煤层的顶部，保证大范围的通风，推移工作配套设备。液压支架主要是以高压液体作动力、由液压元件（液压缸和液压阀）与金属构件组成一种支撑和管理顶板的自移式设备，它不仅能实现支撑、切顶和隔离采空区，而且还能使支架本身前移和推动输送机。底座是支架的主要部件，顶板的载荷通过支架传递给底座。液压支架的四连杆机构包括底座。支架通过底座和推移的机构连接来使配套设备的移动。底座的结构形式分为分式铰接底座和钢性底座。关键词液压支架；立柱；底座；连杆。ABSTRACTTHISDESIGNRESEARCHISUSEDINCOALMINESUPPORTSCREENTYPEHYDRAULICSUPPORTANDTHEBASEOFTHEHYDRAULICSUPPORTDESIGNSUPPORTSCREENTYPEHYDRAULICSUPPORTINCOALINDUSTRYISANIMPORTANTSUPPORTINGDEVICE,HYDRAULICSUPPORTISTHEFULLYMECHANIZEDCOALFACESUPPORTINGEQUIPMENT,ITSMAINPURPOSEISTOSUPPORTTHETOPOFTHECOALSEAM,TOENSUREAWIDERANGEOFVENTILATIONANDGOESONWORKINGEQUIPMENTHYDRAULICSUPPORTISTHEHIGHPRESSURELIQUIDASDYNAMIC,DOMINATEDBYHYDRAULICCOMPONENTSHYDRAULICCYLINDERANDHYDRAULICVALVEANDMETALCOMPONENTOFAROOFSUPPORTANDMANAGEMENTOFTHEMOVETYPEEQUIPMENT,ITCANNOTONLYREALIZESUPPORT,CUTTHETOPANDISOLATIONOFMINEDOUTAREA,BUTALSOCANMAKETHEREACHTHESTENTSTHEMSELVESANDPROMOTETHECONVEYORBASEISAMAJORPARTOFTHESTENT,THEROOFLOADBYSTENTISPASSEDTOTHEBASEFOURBARLINKAGEINCLUDESBASEOFHYDRAULICSUPPORTSTENTTHROUGHTHEBASEANDCONNECTEDTOFORMACOMPLETESETOFEQUIPMENTOFTHEMOBILETHESTRUCTUREOFTHEBASEISDIVIDEDINTOFRACTIONBASEHINGEDANDRIGIDBASEKEYWORDSHYDRAULICPRESSURESUPPORTCOLUMNPEDESTALCONNECTINGROD。目录前言11液压支架的概述211液压支架的组成212液压支架的工作原理2121升柱与降柱2123支架和输送机前移213液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数3131设计目的3132液压支架的基本要求3133设计液压支架必需的基本参数414液压支架的选型4141液压支架的支撑力与承载关系4142液压支架架型的分类5143液压支架选型原则6144液压支架设计的初始条件62液压支架的整体结构尺寸设计821液压支架基本技术参数的确定8211支护高度8212支架伸缩比9213支架间距和底座9214支护强度922液压支架四连杆机构的确定10221四连杆机构的作用10222四连杆机构的几何作图法1123液压支架配套设备和顶梁参数的确定13231采煤机和运输机型号的确定13232顶梁结构形式的确定13233对顶梁长度的影响14234顶梁主要尺寸的确定1424掩护梁的结构及参数的确定16241掩护梁的结构型式16242掩护梁的参数确定1725立柱及主要参数的确定17251立柱布置17252立柱主要参数确定1826千斤顶的技术参数确定20261浮动活塞式推移千斤顶的动作原理20262浮动活塞式推移千斤顶2027侧护板21271侧护板的结构和型式21272侧护板尺寸的确定2228前梁千斤顶推拉力的确定223液压支架的受力分析2331支撑掩护式支架受力分析与计算2332液压支架受力的影响因素29321支架高度对支架受力的影响29322摩擦系数对支架受力的影响29323前梁千斤顶的推拉力对支架的受力影响29324TG值支架受力的影响294液压支架的底座设计3041底座的结构型式及尺寸确定30411底座的结构型式30412底座主要尺寸的确定3142液压支架的底座受力分析及计算3143液压支架底座接触比压计算33431底座平均接触比压33432底座最大、最小接触比压3444对底座设计的要求及减少底座前端比压的措施36441对底座设计的要求36442减少底座前端比压的措施3645底座的强度计算365总结446技术经济分析总结45致谢46参考文献47附录A48附录B52前言综采是煤矿开采技术现代化的重要标志。从80年代末迄今为止，高校完全机械化采煤在世界主要采煤机，特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非。高产综采工作面效率不断刷新，新技术不断更新。液压支架是综采工作面配套设备，主要作用是支撑煤层的顶部，确保广泛的通风，推移工作配套设备。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分为三大类，即支撑式、掩护式和支撑掩护式。液压支架架型选择，主要取决于顶底板的条件和矿井的地质条件。本论文设计煤层厚度在25M到35M，老顶级别为三级，直接顶类别为二类的支撑掩护式液压支架的设计。其架型特点支柱两排，每排一到二根。支架多呈倾斜安装，有掩护梁和四连杆机构，支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，这类支架适用于直接顶为中等稳定。老顶有明显或强烈周期来压。瓦斯含量较大的中厚或厚煤层中。因此设计这类支撑掩护式液压支架。1液压支架的概述11液压支架的组成根据液压支架各部件的功能和作用，可由4部分组成（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跨落岩石的载荷。（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）控制元件，包括液压系统操纵阀等，以及管路、液压、电控元件。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。（4）辅助装置，如推移装置、护帮装置、伸缩梁装置等。这些装置是为了实现支架的某些动作或功能所必需的装置。12液压支架的工作原理液压支架基本动作包括升柱、降柱、移架、推溜，这这些动作过程通过液压传动技术来实现的。121升柱与降柱支架的升降依靠立柱伸缩来实现。123支架和输送机前移支架和输送机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成。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对活塞杆腔，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；当需要推输送机时，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，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。工作阻力随时间的变化可由支架特性曲线表示。如图11所示。将操纵阀置于升柱位置，由泵站排出的高压液体经管路、操纵阀和液控单向阀进入立柱的下腔，同时立柱上腔回液。立柱升起撑紧在顶、底板之间。当立柱下腔压力达到泵站工作压力时，初撑阶段T0结束；初撑结束后，将操纵阀手把置于中间位置，立柱下腔的工作液体的被液控单向阀封闭。随着顶板下沉，立柱下腔液体压力升高，立柱的推力也随之增大。这是支架的增阻阶段（T1）；当立柱下腔液体的压力达到安全阀的调定压力时，安全阀开启溢流，立柱收缩，支架随顶板下降。当立柱下腔压力低于调定压力时，安全阀关闭。这就是支架的恒阻阶段（T2）。T0初撑阶段；T1增阻阶段；T2恒阻阶段；P1初撑力；P2工作阻力图11支架的工作特性曲线FIG11LINEOFSUPPORTWORKCHARACTERISTIC13液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数131设计目的在煤炭开采的工作面为了保证人员的安全和防止煤层的掉落，需要对顶板进行支护。用于煤矿工作面的支护设备，经历了木支柱到液压支架等几个发展阶段。目前，我国主要用单体液压支柱和液压支架来完成支护任务。132液压支架的基本要求（1）要求液压支架有合理的初撑力和工作阻力。（2）要求液压支架有足够的推溜力和移架力。（3）防止性能要好。（4）排矸性能好。（5）要求液压支架要有足够的通风，稀释有毒气体，保证人员安全。（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）要求液压支架能承受住一定的载荷。（10）应尽量减轻液压支架的重量。（11）要求液压支架结构简易。（12）要求液压元件要可靠。133设计液压支架必需的基本参数（1）顶板条件根据顶板分为直接顶和老顶分类。（2）最大和最小采高根据煤层的采高计算出最大和最小的采高，还有支护强度。（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条件，决定是否用护帮装置。（6）煤层倾角是否选用防滑装置根据煤层倾角。（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。14液压支架的选型141液压支架的支撑力与承载关系支撑掩护式支架是为了提高支撑式和掩护式液压支架的性能和对顶板的适应性而设计的。主体部分接近垛式，支架后部有四连杆机构和掩护梁，提高了支架的稳定性和防护性，提高了支架的支护和承载能力。所以，此种支架介于以上两种支架的中间状态，提高了适用范围，适用于顶板较坚硬，顶板压力较大或顶板破碎的各种煤层，其受力状况如图12所示图12支撑掩护式支架的受力状况FIG12BRACINGCAVINGSHIELDPRESSURE142液压支架架型的分类按在采煤工作面的安装位置来划分，液压支架分为端头支架和中间支架。端头液压支架适用于综采工作面上下出口，即工作面和上下顺槽接合处的液压支架。中间液压支架是除了端头支架以外的液压支架。中间支架按其结构形式划分，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。（1）支撑式支架支撑式支架利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。其特点是立柱多，支撑力大，切顶性好；顶梁长，通风断面大，适用于中等稳定以上的顶板。支撑式又有剁式和节式之分。AB图13A垛式B节式FIG13ACORDUROYBDIVISIONAL（2）掩护式支架掩护式支架的特点是立柱少、切顶能力弱；顶梁短，控顶距小；调高范围大，适用于松散破碎的不稳定或中稳定的顶板。掩护式支架分有插底式和非插底式。ABC图14A插底式支架B立柱支在掩护梁上非插底式支架C立柱支在顶梁上非插底式支架FIG14ASUPPORTBLEGPIECEONSUPPORTCLEGPIECEONSUPPORT（3）支撑掩护式支架支撑掩护式支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和防护作用，用于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。ABC图15A四柱平行支在顶梁上支架B四柱交叉支在顶梁两柱在掩护梁上支架C两柱在顶梁两柱支在掩护梁上支架FIG15APARALLELTOTHEFOURPILLARSONTHETOPBEAMBRACKETBFOURCOLUMNWITHCROSSINTHETOPBEAMTWOCOLUMNONTHECOVERBEAMBRACKETCTWOCOLUMNSINTHETOPBEAMANDCOLUMNONTHECOVERBEAMBRACKET143液压支架选型原则影响架型选择的因素（1）煤层厚度（2）煤层倾角（3）底板强度（4）瓦斯含量（5）地质构造（6）设备成本144液压支架设计的初始条件煤层厚度（M）2535老顶级别直接顶类别表11适应不同类级顶板的架型和支护强度TABLE11LEVELTOADAPTTOTHEDIFFERENTCLASSESOFROOFRACKTYPEANDSUPPORTINGINTENSITY注表中括号内数字系统掩护式支架顶梁上的支护强度。老顶级别直接顶类别12312312344采高25M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25M时用支撑掩护式1294132941629422942343（245）13343245163432343344134313441343164412441支护强度KN/M2支架采高M453944113539441165392539应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区2液压支架的整体结构尺寸设计21液压支架基本技术参数的确定211支护高度根据采煤层的厚度来确定支架的最大高度和最小高度其最大与最小高度为1S1MM21HHMM22A2式中支架最大高度,MMH支架最小高度,MM煤层最大高度，3500MMH大H煤层最小高度，2500MM小S1考虑伪项冒落后初撑力所需要支撑高度，一般采取200300MM，S1取200MMS2顶板最大下沉量是，一般取100200MM，S2取100MMA移架时最小可缩量，一般取50MM浮矸石、俘煤厚度，一般取50MM由式21可得35002003700MMH由式22可得250010050502300MM所以取3700MMH2300MM212支架伸缩比支架的伸缩比最大支架高度与最小支架高度之比值即162307HKNMS由于液压支架可能被安装在不同采高的采煤工作面。所以，支架应具有较大的伸缩比，一般范围15至25。初选使用单伸缩立柱，KS值一般为16左右。213支架间距和底座支架间距，BC表示。支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。液压支架中心距大部分采用15M，本设计取BC15M。所谓底座，就是将顶板压力传递到底板的稳固支架的部件。在设计支架的底座的时，要考虑地板的接触比压要小一点；便于人员操作和行走；保证支架的稳定性等。本次设计底座为24M。214支护强度本次设计中支撑掩护式支架的支护强度QX可用插入法求得，按下式计算12312121XHH式中支架名义支护强度。（KN/M2）XQ采高所对应的支护强度,见表1111H采高所对应的支护强度,见表1122对应的采高M,见表111Q对应的采高M,见表112H支架的结构高度，在，之间XH2H对应最大结构高度31M时M3M7056KN/M211Q4M8624KN/M22H2Q将各数据代入式（23）得采高最大时支架支护强度181536KN/M22M8536KN/M43760586705Q22液压支架四连杆机构的确定221四连杆机构的作用四连杆机构是液压支架的稳定机制，保证底座的稳定性，承受和传递载荷；保持支架的整体刚度。所以，对于液压支架的研究主要就是针对四连杆机构的研究。（1）支架在最高位置时，顶梁与掩护梁夹角P和后连杆与底座的夹角Q，如图21所示，支架在最高位置时,P5262，Q7585；在最底位置时P25，Q2530。（2）掩护梁与水平线之间的夹角为。设计时，TAN035的范围。（3）顶梁前梁顶端轨迹双曲线是支架的工作阶段。图21四连杆机构几何特征FIG21FORERODSGEOMETRYFEATURELINE如图21分析得出，为了使支架受力均匀和稳定，应该使E值较小。当知道掩护梁和后连杆的长度后，在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，如图22所示（实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构）图22掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构FIG22CAVINGLOCKPIECEANDRODMECHANISM222四连杆机构的几何作图法用四连杆机构设计的几何作图法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图23所示。图23掩护梁和后连杆计算图FIG23CAVINGLOCKPIECEANDAFTERRODMAP设G掩护梁长度（MM）后连杆长度（MM）L2E点引垂线到后连杆下铰点之距（MM）H1支架最高位置时的计算高度，求得H1H大22015037002201503330（MM）其中220（MM）是后连杆下铰点与底平面之距150（MM）是掩护梁上铰点与顶梁之距支架最小计算高度。由下式求得2H22016023002201501930（MM）2H其中P1支架在最高位置时，掩护梁和顶梁夹角度P2支架在最低位置时，掩护梁和顶梁夹角度Q1支架在最高位置时，后连杆和底平面夹角（度）Q2支架在最低位置时，后连杆和底平面夹角（度）从几何关系可以列出如下两式124LACOSQGP1251将以上两式联立可得12612COSQPGA说明根据四连杆几何特征，选定P1,Q1,P2,Q2代入（26）式，得出A/G比值，因为支架型式不同，一般A/G的比值按以下范围来取。支撑掩护式液压支架，A/G的值满足以下范围10826A/G支架在最高位置时有27111SINQIPH因此掩护梁长度为2811SIN/SINGAP后连杆长度为29/根据A/G的比值和（27）式算出掩护梁的长度G和后连杆长度A，取整后，再重新算出P1,Q1,P2,Q2的角度，这些参数就确定了。图24FIG24按照以上作图步骤，利用CAXA计算机绘图软件，作出液压支架四杆机构位置及尺寸。应用几何作图法得出四连杆各参数如下，,，,581P01Q26P402QMGLAB50283203203,后连杆长度A1415MM,掩护梁长度G2283MM,前连杆长度C1463MM,7TANT前后连杆下铰点底座投影距离LDO680MM,前连杆下铰点高度LCD538MM,支架由高到低双纽线运动轨迹的最大宽度。ME50设计支架在最高位置时，因为支架型式不同，对于支撑掩护式液压80,11QP支架,一般A/G的比值按如下范围来取A/G061082,取A/G062因此掩护梁长度为MQGAPH283SIN6058SIN3I/SIN11后连杆长度为A062G1415MM取整得G2283MM，A1415MM。23液压支架配套设备和顶梁参数的确定231采煤机和运输机型号的确定根据配套尺寸关系，在设计中配套采煤机和运输机型号采煤机KWB3RVW型运输机SGZ730/320型配套尺寸的确定配套尺寸E6803158254502270（MM）2232顶梁结构形式的确定顶梁是液压支架的主要承载的部分，液压支架通过顶梁来支撑顶板和管理顶板，顶梁应该具有一定的强度。支撑掩护式支架的顶梁较长，为了改善顶梁的接顶状况，增大梁端支撑力，这类支架采用分段组合式顶梁，它有以下几种组合型式A铰接分体式顶梁如图27A所示，这种顶梁分为前梁和后梁两部分。这种顶梁的接顶性能好，也加大了靠近煤壁顶板的支撑能力。B伸缩铰接式顶梁它是在铰接分体顶梁的前梁上套上可伸缩的梁，这种梁具有铰接分体顶梁的优点，还可以超前支护，防止片帮。C整体刚性顶梁这种顶梁结构简单、质量较轻，但对顶板不平的适应能力差，接顶不理想。多用于顶板比较平整、稳定，很少出现片帮现象的采煤工作面。AB1前梁2后梁3前梁千斤顶4前梁伸缩千斤顶图24支撑掩护式顶梁的结构形式FIG24BRACINGCAVINGSHIELDCONSTRUCTION以上三种顶梁型式比较，本设计选用铰接分体顶梁的型式。233对顶梁长度的影响1液压支架工作方式对支架顶梁长度的影响液压支架的工作对顶梁长度的影响很大，先移架后推溜的方式（又称及时支护方式）需要的顶梁长度有较大；先推溜后移架方式（又称滞后支护方式）支持模式需要短的顶梁长度。先移架后推溜时顶梁的长度需要比先推溜后移架时的顶梁长度要长一个步距，一般为600MM。2顶梁长度受配套尺寸的影响设备配套尺寸和液压支架顶梁长度有着直接关系。为了防止当采煤机向液压支架内侧倾斜时，采煤机的滚筒不截割煤壁，考虑到采煤机切割时，不一定把煤壁剪出成一个垂直面，所以在设计，顶梁前端距煤壁最小距离为300MM，这个距离叫空顶距。另外在输送机铲煤板前也留有一定距离。一般为135150MM左右，也是为了防止采煤机截割煤壁不齐，给推移输送机留有一定的距离。因此，所有的配套设备包括采煤机和输送机，都要在顶梁掩护之下工作，以此来计算出顶梁的长度。234顶梁主要尺寸的确定1顶梁长度LG2顶梁长度配套尺寸底座长度ACOSQ1GCOSP1300E100210式中配套尺寸为2270MM，底座长度为2400MM，P1580，Q1800代入公式（210）中得LG227024001415COS8002283COS580300501003454MM取整为3454MM。2顶梁面积AALGB（211）式中LG顶梁长度MM,B顶梁的宽度MM,在设计中顶梁的宽度选为1600MM,代入公式（211）得A34541600552M23支护面积FCFCBCLGM2（212）式中FC支护面积M2移架后顶梁的前端点到煤壁距离M,一般03EBC支架间距（支架中心距），一般为15M代入公式212得FC1500345430050571M24支架的理论支护阻力F12F1FCQ（2X13）式中F1支架的理论支护阻力，KNFC支护面积M2Q支护强度KN/M2X支架在最高处理论支护阻力为F157181536465571（KN）5顶板覆盖率A/FC100（214）式中顶板覆盖率A顶梁面积M2FC支护面积M2代入式（214）得552/5711009676顶梁其它有关尺寸的确定确定立柱上绞点，前梁千斤顶绞点、前后梁绞点、掩护梁与顶梁绞点位置（包括水平方向和垂直方向）各尺寸如图26所示。24掩护梁的结构及参数的确定241掩护梁的结构型式掩护梁的结构形式如图27所示。图26支架结构尺寸总图FIG26HYDROPOSTGEOMETRYMAP1顶梁；2掩护梁；3立柱；4前连杆；5后连杆；6底座；7限位千斤顶梁的结构型式；图27掩护梁结构型式FIG27CAVINGLOCKPIECEMECHANISMMETHOD（1）整体直线形掩护梁掩护梁一般都为整体箱型结构，这类掩护梁整体性能好，强度高。从侧面上看，掩护梁上轮廓线形状为直线型，目前广为使用。（2）整体折线形掩护梁从侧面看，掩护梁上轮廓线为折线型，相对地增加了工作的空间，但当液压支架倾斜时架间密封性差，加工工艺差，目前应用的少。所以本次设计选用整体直线形掩护梁。242掩护梁的参数确定（1）掩护梁的长度G从前面的四连杆机构可知，掩护梁的长度为2283MM。（2）掩护梁宽度BY本次设计掩护梁宽度和顶梁宽度一样，所以掩护梁的宽度为1600MM。（3）掩护梁上前后连杆铰点位置通过对比，可以得出前后连杆铰点位置（水平和垂直方向）具体尺寸可以通过图26中掩护梁长度可知。25立柱及主要参数的确定251立柱布置（1）立柱数现代过内支撑式支架立柱数一般为4根；掩护式支架为2柱；支撑掩护式支架为4柱。（2）支撑方式支撑式液压支架立柱是垂直布局。掩护式液压支架呈倾斜状，因为它可以克服一部分水平力，并能够增加调高范围。一般立柱轴线与顶梁的垂线夹角小于300（支架在最低位置时），角度较大，增加调高范围。同时由于顶梁较短，加大立柱倾角能够使顶梁柱窝位置往前移，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100（支架在最高位置时），由于夹角较小，所以有效支撑能力较大。（3）立柱间距立柱间距指支撑式和支撑掩护式液压支架来说即前、后柱的间距。支撑式和支撑掩护式支架的立柱间距为115M。（4）立柱类型立柱根据动作方式分为单作用与双作用；根据结构来分类，分为活塞式与活柱式；根据伸缩方式分为单伸缩与双伸缩，如图210所示。ABCDEFA单作用活塞式；B单作用柱塞式；C双作用活塞式；D、E、F双伸式图28立柱类型FIG28COALSORTING252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（2140COSDDAMFDNP15）式中立柱数目DN支架承受的理论支护阻力（KN）KN1FXC1QF立柱在液压支架在最低位置时轴线与顶梁的垂线夹角取M10M安全阀正压力，本设计中选用的安全阀为型，APBYF1AAMP40代入公式（215）得DDM90COS413/46570查表取整为200MM。代回原公式可求得，所以可行。A2M2D1A40MP637COS1043650COSADNF40P506380100110125140（145）160180200（210）220（230）250表21立柱缸体内径的标准值TABLE21COLUMNCYLINDERINNERDIAMETERSTANDARDVALUES表22单伸缩立柱的缸径、柱径组配合关系TABLE22SINGLETELESCOPICCOLUMNDIAMETER,COLUMNDIAMETERGROUPCOOPERATIONRELATIONSHIP缸体内径（MM）250220200180160140125活柱外径（MM）240210190185170130130105工作阻力KN2352196017641372784784588额定工作压力MPA5051658456150751950推荐选用管材缸体29928273322452821925194221802415020钢材规格（MM）活柱24526219252002419425180241592014018115元钢材2立柱初撑力和工作阻力A初撑力216KN104DB2E1053P21式中泵站额定工作压力减去从泵站到支架沿城压力损失后的值。（泵BPABM站额定工作压力PB，本设计取）。35B立柱工作阻力217KN1257401P04D2A2E2因为，则此安全阀可行。21P26千斤顶的技术参数确定浮动活塞式推移千斤顶，因为掩护式和支撑掩护式液压支架的重量较大,为了增大移架力,就要提高缸径或者增加供液压力。如果使用直接推移方式的话，在提高移架力的过程同时，推溜力也将有所增加，这样就有可能推坏溜槽，所以为了解决这个问题，就要设计成移架力大于推溜力的方式，浮动活塞方式就是满足这样的结构形式。261浮动活塞式推移千斤顶的动作原理活塞腔进液，活塞杆腔回液，因为活塞空套在活塞杆上，活塞推到前方，活塞杆在压力液作用下推溜，活塞杆面积小，推溜力小。移架时，活塞杆腔进液，缸体前移而移架，因为活塞杆腔环形面积大于活塞杆面积，所以移架力大于推溜力。262浮动活塞式推移千斤顶1浮动活塞式推移千斤顶推移千斤顶的缸体内径按下两式联立求得32182BTDP/40FD219TD式中DT推移千斤顶缸体内径MMDT推移千斤顶活塞杆直径MM推移千斤顶移架力，KN，一般取,本次选为200KNF250KN1FF推移千斤顶推溜力，KN一般取P推移千斤顶处泵站来压P326MPA，取为32MPABB将代入219公式得F4DT6308MM将代入218公式得4DT10925MM式中DT、DT取整标准值为DT110MM，DT63MM。2推移千斤顶的推溜力和移架力A推溜力975KNFB移架力204327侧护板271侧护板的结构和型式侧护板的结构如图29所示。通常采用两种类型。一种是侧护板在顶梁的外侧。这种类型侧护板又有三种型式，图29A，顶梁上无顶板，侧护板易被冒落矸石压住，影响侧护板的伸缩；图29B、C，在顶梁上加设顶板，克服了以上的缺点，但支架承受偏载时，侧护板装置受力很大。另一种是铰接式侧护板，如图29D、所示。它克服了以上两种侧护板的缺点，但由于架间侧护板造成三角带容易填入碎矸，影响架间密封效果。图29侧护板结构的形式FIG29MININGSORTINGMECHANISMMETHOD272侧护板尺寸的确定（1）顶梁侧护板侧向宽度顶梁测护板侧向的宽度，根据液压支架的升降高度和推移步距来确定。即当前一架升起时，另一架降柱时，需要保证相邻两架之间侧护板不能够脱离接触，同时又要考虑到支架降柱后需要向前前移动，为了防止顶梁后部侧护板脱离了接触，所以顶梁的侧护板后部需要加宽，加宽长度一般为从顶梁的后部起大于一个移架的步距。（2）掩护梁侧护板侧向宽度掩护梁的侧护板侧面宽度，需要考虑移架的步距，一般比一个移架的步距大100MM，当一个架固定，另一架前移时，两架之间才能封闭，同时考虑到降架前移时，掩护梁侧护板的下部不至于脱开，所以在掩护梁的下部需要加宽。（3）顶梁与掩护梁的侧护板的上部宽度和活动侧护板的行程有关系，从两台相邻支架距离的确定。本次设计选用顶梁和掩护梁测扩板上部宽度为200MM。（4）本次设计两侧活动的侧护板活动方式。28前梁千斤顶推拉力的确定220B2PD/4PKN98453液压支架的受力分析31支撑掩护式支架受力分析与计算当液压支架撑牢在顶底板之间时，取其整体或某一部件为分离体，皆处于平衡状态，据此，把支架简化成平面杆系进行受力分析和计算。支架整体受力如图32所示图31支撑掩护式整体受力FIG31BRACINGCAVINGSHIELDLININGRESISTANCE（1）取前梁为分离体进行受力分析，如图33所示。图32前梁分离体受力FIG32LOCKPIECELIBERATIONMAP求A点的内力,Y和FM为AX（31）AXWFCOSPMK式中XA前梁A梁点所受水平力，KN待求PK前梁千斤推力。P29845KNK前梁千斤顶水平倾角，00代入公式（31）得275KNXA（32）12KLHCOSPSINFM式中前梁千斤顶铰接点距顶梁距离取330MM1H前后梁铰点距顶梁距离取95MM2前梁长度取900MM1L代入公式（32）得5793KNFM（33）SINPYA式中Y前梁点受垂直力KNAFM前梁千斤顶所受集中力KN前梁千斤顶水平倾角00代入公式（33）得YA7793KN（1）取后梁为分离体进行受力分析，如图34所示（3AKABNBXCOSPSINIPWFX124）（3ABAKNBYSPCSIY215）式中后梁所受集中力KNBX后梁所集中力KNNF顶梁千斤顶板摩擦系数，03前排立柱的合力2514（KN）APAP后排立柱的合力，P2514（KN）BB的反作用力K的反作用力BAY,XBA,后梁B点所受垂直力，KNY图33后梁分离体受力FIG33AVINGSHIELDPRESSURE由式34和35联立，求FN5TANBXYAK2BABAKNXCOSPSINIPWFY121整理得5TGXCOSPSINPSISIYCOSPSWTG1FAK2B1AKA2B1AN（36）式中瞬心角（度）代入公式（36）得FN528923KN5由式（34）得X117193KNB由式（35）得Y35829KN5X（37）N63K26A42A652B6415B41A6FHPHXLHSINPSICOPLCSFW式中X后梁集中力作用点与顶梁后端之距MMH7掩护梁与顶梁铰点与顶梁上表现之距，H7150MML4前排立柱上铰点与顶端后端之距，L41425MML5后排立柱上铰点与顶梁后端之距，L5600MMH4前排立柱上铰点与顶梁上表面之距，H4200MMH5后排立柱上铰点与顶梁上表面之距，H5200MML2前排立柱上铰点与前后梁铰点之距，L21007MM代入公式（37）得5X96193MM（3）取掩护梁为分离体进行受力分析。如图35所示。写出连杆受力F,的表达式。56图34掩护梁分离体受力FIG34CAVINGLOCKPIECELIBERATIONPRESSURE（3443B6SINCOTGYXF8）式中F6后连杆力；KN4后连杆与水平面的夹角；度5前连杆与水平面的夹角；度的反作用力。BAY,XBA,代入公式（38）得6KN23491F6（3346B5/SINY9）式中F前连杆力，KN5代入公式（39）得6KN356F（4）顶梁载荷分布把顶梁所受顶板的载荷求出后，就可以进一步计算出载荷在顶梁上面的分布情况。由于顶板与顶梁接触情况不同，载荷实际分布很复杂。为了使计算方便，假设顶梁与顶板均匀接触并且载荷为线性分布。设顶梁长为LG顶板的集中载荷为F1,其作用点距顶梁一端为X。图35顶梁三角形载荷分布FIG35LOCKPIECETRIANGULARPRESSURE当LG/3时，载荷分布为三角形，如图36所示X顶梁前端比压Q2为零，后端比压Q3为710310M1B2F3式中Q3顶梁后端比压,MPABM顶梁宽度，BM1600MM代入公式（310）得MPA24Q3（5）支护强度液压支架结构设计已经结束，它的结构尺寸已确定。再经过受力分析，它的外载荷也已确定。因此可计算出液压支架的实际支护强度如下式9（33M10BLGFQ11）式中LG顶梁长度，MMBM顶梁宽度，MM顶梁前端至煤壁的距离，MM代入公式（311）得100869MPA3C10FQ（6）支护效率整台液压支架的工作阻力是从立柱工作阻力产生的。对掩护式支架和支撑掩护式支架而言，两者并不是相等的。根据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，支护效率按下式计算312PF1式中P支架的名义工作阻力,KN支护效率值与支架的架型、结构尺寸和支架高度有关，值过大或过小都不好。以为支架的工作阻力F1是立柱工作阻力之和的垂直分力以及掩护梁和前、后连杆来共同承担的，而立柱的工作阻力之和不变，当值过大时，表示掩护梁和前、后连杆受载增大，对于掩护梁和前、后连杆有不利的影响；所以当值过小时，说明立柱工作阻力不能充分发挥性能。一般要求在液压支架工作段过程中，支撑掩护式支架因为立柱倾角较小，所以值应在95105之间；32液压支架受力的影响因素掩护式和支撑掩护式支架在工作过程中，各个部件的受力是变化的，它的影响因素有许多的方面。当进行支架设计时，需要注意到以下这些因素及其影响的规律，找出主要部件受力最大的状态。321支架高度对支架受力的影响支撑式支架的支护高度对支架受力没有影响，而掩护式和支撑掩护式支架，由于支护高度的变化，使立柱的支撑角度、平衡千斤顶的角度、掩护梁的四连杆的角度等的不同，使支架受力也不同。322摩擦系数对支架受力的影响液压支架在工作过程中，顶梁与顶板、底座与底板以及掩护梁与它上面的矸石之间均存在着相对运动，因此在相对运动两者之间产生摩擦力。这摩擦力的大小与摩擦系数W有关，并且直接影响支架受力、支护效率等。323前梁千斤顶的推拉力对支架的受力影响液压支架在实际的工作过程中，前梁千斤顶的推力和拉力是变化的。按支架在如下工况时进行计算支护高度为顶梁承受最大合力时的高度值，矸石作用力0，摩擦系3P数W03，并且按前梁千斤顶产生的推力和拉力两种情况分别进行支架的受力计算，研究结果得出，前梁千斤顶产生拉力时，顶梁后端比压增大，能够增加切顶能力，底座比压分布状态较好，这样连杆受力较小；当顶梁千斤顶产生推力时，顶梁合力的作用点向前前移，将使顶梁前端支撑能力提高，底座前端的比压增大，连杆受力也将增加。324TG值支架受力的影响TG值对支架受力的影响，TG值增加，附加力也提高。当摩擦系数W03，TG1时，附加力可高达支架名义工作阻力的30。因此，TG值过大对于液压支架受力有不利的影响。在支架的工作高度范围内，一般把TG值控制在035以下，把附加力控制在支架名义工作阻力的10范围下。4液压支架的底座设计底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。因此，底座除了满足一定的刚度和强度要求外，还要求对底板起伏不平的适应性要强，对底板接触比压要小，要有足够的空间能安装立柱、液压控制装置、推移装置和其它辅助装置，要便于人员操作；能起一定的挡矸排矸作用等。41底座的结构型式及尺寸确定411底座的结构型式（1）整体刚性底座底座用钢板焊接成的箱形结构，底部封闭。具有较强的强度、稳定性好、对底板比压小的特点；缺点是排矸性能差。该底座适用于底板比较松软、采高与倾角较大以及顶板稳定的采煤工作面。（2）分式刚性底座底座分为左右对称的两部风，上部用过桥或箱型结构将左右部分固定连接。这种底座在刚性、稳定性和强度等方面基本与整体刚性底座相同，由于安装推移装置通道的底座不封闭，故排矸性能好。该底座适用于各类支架，在底板比压允许的条件下，广为应用。（3）左右分体底座底座由左右两个独立而又对称的箱型构件组成，两部分之间用铰接过桥或连杆连接，并可在一定范围内摆动。对不平底板适应性较好；缺点是底座面积小、稳定性差，故不宜采用。（4）前后分体底座底座由前后两个独立而又对称的箱型构件组成，用铰接或连板连接。对地板的适用好，多用于多排立柱、支撑掩护式、端头支架等。通过以上几种形式的底座比较，本次设计采用底座型式为整体刚性底座，如图41D图41底座的结构型式FIG41BOTTOMCARRIERMECHANISMMETHOD本设计的液压支架采用的整体刚性底座前端都做成滑撬形，为了减少支架的移动阻力，同时使底座后部重量大于前端，避免了在移架时底座啃底，底座与立柱间连接处用铸纲球棉面柱窝接触，避免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销轴限位，防止立柱脱出柱窝。在底座中间后部去掉一块，减少底座后部与底板的接触面积，提高底座后部比压，同时有利排矸。412底座主要尺寸的确定（1）底座长度L2底座长度为2400MM。（2）底座宽度底座宽度为1500MM。（3）底座其它尺寸的确定通过比较，确定立柱下绞点，连杆下绞点位置（水平与垂直方向距离）具体尺寸见图28。42液压支架的底座受力分析及计算取底座为分离体进行受力分析，如图42所示，可求出底板对底座的支撑反力及F1作用点的位置如下X104135462B1ASINFICOSPSF42172B91835983561A797LCOPWHLINFHCOPINP图42底座分离体受力FIG42BASEISOLATEDBODYFORCE式中F1底座集中力大小，KNF5F5的反作用力,KNX底座集中力距底座后端距离，MMH7前后立柱下铰点距底座下平面之距，H7160MMH8前连杆下铰点距底座下平面之距，H8538MMH9后连杆下铰点距底座下平面之距，H9220MML6前后立柱下铰点之距，L6825MML7后排立柱下铰点与底座后端之距，L7995MML8前后连杆下铰点小平距离，L8680MMPA,PBPA,PB的反作用力将式（41），（42）联立可得。X,F1KN16537MN876因为液压支架的重量相对于支架所受工作阻力小，所以支架的重量可以忽略不计，支架底座集中力和顶梁集中力相等,10KN6537F43液压支架底座接触比压计算顶板对支架的巨大载荷通过整台支架传到底板，在液压支架底座与底板接触处将具有一定的比压。因为底板岩性不同、含水量不同、高低不平等因素，使底板具有不同的抗压强度。底座对底板的比压值应小于底板的抗压强度否则底座回陷入底板，导致移架困难，顶底板移近量增大以及支撑力降低等现象。431底座平均接触比压底座对底板的平均比压按下式计算10433BLRQDD式中底座对底板平均比压,MPADQL底座长度，MMB底座当量宽度，MMDR底座对底板合力，与底座对底座合力成作用力与反作用力，KN1F底座型式如图41所示。下式计算1DBD212LHB整理得441DD212图43底座与底板接触面积计算图FIG43BASECONTACTWITHTHEFLOORAREACALCULATIONCHART如图43，取L2400MM,B21500MM,168MM,450MM,650MM,D1L21H2将已知数据代入公式（44）得1B13998MMD由式（43）得QD16MPA432底座最大、最小接触比压假设底座对底板均匀接触且载荷为线性分布。1当LD/3时，底座比压呈倒三角形分布，如图44所示。X底座后端比压为1（43D510BXF2Q5）式中底座后端比压，MPA5Q其它符号意义同前。2当LD/3LD/2时,底座比压呈倒梯形分布，如图45所示。X底座前端比压为463D2140BLX6FQ底座后端比压为473D21510BX6Q式中底座前端比压，MPA4Q（3）当LD/22LD/3时,底座比压呈正梯形分布，如图46所示。X底座前端比压为1483D2140BLX6FQ底座后端比压为1493D21510BX6Q（4）当2LD/3时，底座比压呈三角形分布，如图47所示。X底座前端比压为4103D410BX3LF2Q图44图45FIG44FIG45图46图47FIG46FIG475底座最大、最小接触比压Q4,Q5由75687MM,LD2400MM得X/3LXD因此，底座比压呈倒三角形分布,载荷分布示意图如图44所示由式45得1Q40,Q5338MPA44对底座设计的要求及减少底座前端比压的措施441对底座设计的要求底部最大比压限制在底板抗压强度之内,针对底面压力通常岩石抗压强度的四分之一,因此,设计选择地板最低许用压力1962156N/CM2,软层小于98N/平方厘米。为了减少接触压力,设计可适当增加地上接触汽车前水平距离通常大于300毫米的基础宽度。442减少底座前端比压的措施1把推移千斤顶倾斜布置，可使液压支架底座前端铰接的活塞杆抬高。缸体端头固定一卡轴，使与输送机相连的臂杆和其铰接。如果这样，移架时推移千斤顶就可以产生一个向上的分力，把支架底座稍抬起而向前前移，避免移架时底座前端在啃底。在底板软弱的采面，底座下陷后，靠其抬起底座，减少移架困难是有用的。2采用底座提升千斤顶，移架时将底座前端提起。安装在底座前端的提升千斤顶，其缸体固定在底座上，活塞杆滑套在筒形梁上。筒形梁放在推移千斤顶外面，推溜时随缸体一起前移。移架时，提升千斤顶活塞腔进压力液，活塞杆推动筒形梁着地（但推移千斤顶不受横向力），缸体将底座前端提起，推移千斤顶活塞杆收缩支架前移时，铰接在提升千斤顶活塞端的滑套，在筒形梁上滑动。45底座的强度计算底座强度计算一般按底座中点或两端接触底板计算求底座各截面弯矩，具体计算步骤和方法如下1求总水平力和总垂直力1前连杆水平分力PCX1778KN35COSF前连杆垂直分力PCY3080KNIN后连杆水平分力PDX606KN46后连杆垂直分力PDY3438KNSI前立柱水平分力PAXPASIN5219KN前立柱垂直分力PAYPACOS52504KN后立柱水平分力PB