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XXXX大学学士学位论 Abstract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XXXX大学学士学位论文 液压支架的选型目 录1 概述51.1液压支架的组成和分类51.2液压支架的工作原理81.3液压支架的支护方式111.4支架选型的基本参数122 总体设计142.1选架型142.2液压支架基本参数的确定162.3采煤机、液压支架和输送机的配套192.4四连杆机构设计212.5顶梁长度的确定282.6立柱及柱窝位置的确定292.7平衡千斤顶位置的确定332.8其它千斤顶位置的确定363 支架的受力计算39 3.1液压支架受力分析39 3.2确定支架的支护强度40 3.3底座接触比压计算40 3.4支架支护效率404 液压支架的主要部件的设计42 4.1前梁434.2主顶梁434.3掩护梁444.4前、后连杆454.5底座454.6立柱464.7千斤顶475 主要零、部件的强度校核495.1校核的基本要求495.2前梁的校核505.3主顶梁的校核525.4掩护梁的强度校核555.5底座强度校核575.6销轴和耳座的强度校核595.7立柱强度校核626 液压系统设计686.1液压支架的液压系统的简介686.2液压支架的液压系统拟订696.3液压元件的选取716.4液压控制系统72结束语76参考文献771 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液压支架的分类及特点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 支撑式支架支撑式支架是出现最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同，支撑式支架又分为垛式支架（图1-4 a）和节式支架（图1-4 b）两种结构型式。垛式支架每架为一整体，与输送机连接并互为支点整体前移。节式支架由个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移，输送机用于支架相连的推移千斤顶推移。节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。支撑式支架的结构特点是：顶梁较长，其长度多在左右；立柱多，一般是根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置。以平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内。支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的的工作空间和通风断面大。由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。此种支架在现阶段的综采工作面的生产时都已基本不再采用。(a) (b) 图1-4支撑式支架结构形式 垛式支架 节式支架2 掩护式支架（如图1-2） 其主要由前梁、主梁、掩护梁和侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、推移千斤顶、操纵阀等组成。 它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用与顶梁或直接作用与顶梁上。掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为左右。 掩护式支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。由上可知，掩护式支架适用于顶板不稳定或中等稳定、老顶周期来压不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。3 支撑掩护式支架（如图1-3）其主要由防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、立柱等组成。支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。此种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。它的缺点是：结构复杂，成本较高。支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾或后倾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，两排立柱都是直接支撑在顶梁上，个别情况下，也有后排立柱支撑在掩护梁上而前排立柱支撑在顶梁上。4 特种液压支架特种液压支架是为了满足某些特殊的要求而发展起来的液压支架，在结构形式上仍属于以上某种液压支架。包括放顶煤支架等。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。1.4.2 设计液压支架必需的基本参数1. 顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。给定参数：老顶I级直接顶2级2. 最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。给定煤层厚度：3. 瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。给定条件：瓦斯等级1级4. 底板岩性及小时涌水量根据底板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. 煤层倾角根据煤层倾角，决定是否选用防倒防滑装置。给定条件：煤层倾角7. 井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8. 配套尺寸据配套尺寸及支护方式来计算定量长度。山东科技大学学士学位论文 022 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IIIIIIIV直接顶级别12312312344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12340.2940.343（0.245）0.441（0.343）0.539（0.441）1.30.2941.30.343（0.245）1.30.441（0.343）1.30.539（0.441）1.60.2941.60.3431.60.4411.60.53920.29420.34320.44120.539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123.0.1470.2450.3431.30.1471.30.2451.30.3431.60.1471.60.2451.60.343按采空区处理方法确定注：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5%的波动范围。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。5 地质构造 地质构造十分复杂，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在和以下时，暂不宜采用液压支架。6 设备成本 在满足要求的前提下，应选用价格便宜的支架。此外，对于特定的开采要求，应选用特种支架。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，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 (2.3)式中 支架顶梁长度,两端距, 支架顶梁宽度， 架间距, 支架中心距, 对于支撑式支架，支架立柱的总工作组力等于支架工作阻力。对于掩护式和支撑掩护式支架，由于受到立柱倾角的影响，支架工作阻力小于支架立柱的总工作阻力。工作阻力与支架立柱的总工作阻力的比值，称为支架的支撑效率，所以支架立柱的总工作阻力为 （2.4）支撑式支架的、支撑掩护式和掩护式支架取左右。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。支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为。当支架中心距为时，最小宽度一般取,最大宽度一般取。当支架中心距为时，最小宽度一般取，最大宽度一般取。当支架中心距为时，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度一般取，最大宽度一般取，如果顶梁不带活动侧护板，则一般取。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）生产能力的配套采煤机是综采工作面的主要生产设备，综采工作面的生产能力主要取决于采煤机的落煤能力。因此，为保证采煤机生产能力的发挥，工作面输送机的生产能力要大于采煤机的生产能力，液压支架移架的速度应大于采煤机的牵引速度。通常与采煤机配套的工作面输送机，液压支架、平巷转载机、可伸缩皮带机等设备，其生产能力要按采煤机生产能力的120%计算。（2）性能配套综采工作面“三机”性能配套，主要通过设备结构参数的配套来实现，以解决设备性能间互相制约的问题。如采煤机的摇臂长度应大于输送积机尾的长度，这样才能保证采煤机割煤到输送积机尾底座端部。（3）几何关系的配套 为便于司机观察和操作，并考虑顶板下沉量的影响，适应顶底板起伏以及煤层变化、机身调斜等情况，使采煤机沿工作面顺利通过，要求支架顶梁和采煤机工作面之间留有足够的空间，该空间高度C称为过机高度，一般C小于。 采机底托架应有足够的高度，以保证过煤高度。 从安全角度考虑，F应愈小愈好，但却受到机器结构参数等因素的约束，由图可知 (2.8)式中 煤壁与输送机铲板之间的距离。，以防止采煤机滚筒在输送机弯曲段切割铲煤；立柱倾斜时的水平增距；输送机宽度，由铲煤机宽度f,输送机中部溜槽宽度、电缆槽和导向槽宽度及前柱与电缆槽间的距离组成； 其它符号的意义同前为避免由于输送机偏斜时采煤机截割顶梁、支架梁端与煤壁间应留有。 从前柱到梁端的距离L为 (2.9)支架工作时的最小支撑高度H为 (2.10)其中 顶梁厚度采煤机机面高度，为采煤机机身高度、输送机高度和底托架高度和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：配套图如下图（2-1）图2-12.4 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22所示的h段。图22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 DoubleDim 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 DoubleDim s As Doubleh1 = Val(Text1.Text)h2 = Val(Text2.Text)For p1 = 0.91 To 1.08 Step 0.034For q1 = 1.31 To 1.48 Step 0.034For i = 0.61 To 0.82 Step 0.042For i1 = 0.22 To 0.3 Step 0.02g = h1 / (Sin(p1) + i * Sin(q1)a = i * gb = i1 * gf = g - be1 = g * Cos(p1) - a * Cos(q1)X1 = f * Cos(p1)Y1 = h1 - f * Sin(p1)q2 = 0.436p2 = 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 - p3x3 = f * Cos(p3)y3 = b * Sin(p3) + a * Sin(q3)m = x3 * x3 - X1 * X1 + y3 * y3 - Y1 * Y1n = X2 * X2 - x3 * x3 + Y2 * Y2 - y3 * y3t = 2 * (x3 - X1) * (Y2 - y3) - (y3 - Y1) * (X2 - x3)xc = (m * (Y2 - y3) - n * (y3 - Y1) / tyc = (n * (x3 - X1) - m * (X2 - x3) / tc = Sqr(X1 - xc) 2 + (Y1 - yc) 2)o = c / aIf 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 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 q1Next p1End 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)式中： 支护面积() 顶梁宽度，取1.5m顶梁长度移架后顶梁前端点到煤壁的距离，取0.3m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)式中：当支架最大采高为时，支架应有的支护强度()；在架型选择表中低于但与之相邻的采高相对应的支护强度()；在架型选择表中高于 但与之相邻的采高相对应的支护强度()；所对应的采高(m)；所对应的采高(m)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：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。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2-62.7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式中平衡千斤顶的推力、拉力（推力取“”、拉力取“”）顶梁与掩护梁之间的摩擦系数，计算时取0.3支架在最高位置时的立柱倾角支架在最高位置时平衡千斤顶倾角。为使平衡千斤顶与掩护梁不发生干涉，保证支架在不同高度是平衡千斤顶与掩护梁平行，可以取支架在最高位置时顶梁上平面和掩护梁的夹角。 平衡千斤顶活塞杆铰点至顶梁面之距，当支架降到顶梁和掩护梁成时，为使平衡千斤顶不与掩护梁发生干涉，所以可以按下式进行计算：（m） (2.18)式中 掩护梁厚度（m） 平衡千斤顶外径（m） 平衡千斤顶外径与掩护梁间之间隙，一般取 瞬心点至顶梁和掩护梁铰点之距（） 立柱柱窝中心至平衡千斤顶上铰点之距（） 平衡千斤顶上铰点至顶梁和掩护梁铰点之距 支护阻力合力作用点位置。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差动回路式千斤顶的缸体内径由以下两式联立确定： (2.22) (2.23)式中 -推移千斤顶的推力，一般取-泵站额定压力，（）-活塞杆直径 -推移千斤顶的移架力，代入数据求得， 参照表2-7，选取推移千斤顶技术参数如下：缸径 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确定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的确定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第一系列第二系列第三系列第一系列第二系列第三系列50450635008055090600100650110700125750140800160900170925185950200100022010502401100260280115012503001300320350400缸径 杆径 推力 拉力 行程 2-72.8.4 护帮板千斤顶的技术参数的确定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 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）3.4 支架支护效率 由于立柱支撑时不是垂直工作，而是倾斜一定的偏角，故只有立柱的垂直分力来平衡支架所受的外部载荷，外部载荷与立柱工作阻力的比值称为支架的支护效率，其值为： （3.8）对于支撑掩护式支架，故满足要求4 液压支架的主要部件的设计各部件设计的基本要求如下：1. 四连杆机构应进行优化设计，使支架梁端距变化小，支架受力状态最佳，结构上既满足工作空间要求，又能承受足够的纵向、横向力及扭矩。2. 前梁无论是伸缩式或是挑梁式，都应能及时支护顶板。前梁由前梁千斤顶控制，可上、下摆动。与顶板保持良好的接触，维护机道上方顶板。伸缩梁靠伸缩千斤顶和前梁作相对滑移用以及时支护新暴露的顶板。3. 顶梁。顶梁是支架主要承受顶板压力的部件，并起切顶作用。它可多次反复支撑顶煤，以利于放煤。顶梁装有侧护板，活动侧装有千斤顶和弹簧，防止架间漏煤、矸及调节支架间距。若四连杆机构与顶梁铰接，要有可靠的铰接支座。4. 掩护梁。它用于承受部分煤、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。根据不同的支架类型，掩护梁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。掩护梁受扭力和横向载荷力大，是十分重要的部件。5. 底座。其作用是将支架承受的顶板压力和侧向力传至底板。它既要有足够的强度和刚度，又应满足底板比压不超限。保证支架整体稳定性的关键是在底座上铰接四连杆机构，在底座中间设置有推移装置，侧面设置拉后输送机的千斤顶和推移杆。6. 推移装置。此机构关系到支架能否正常推移，由千斤顶和推移杆组成。推移杆结构有长推杆或是由两部分短推移杆组成。7. 尾梁。四连杆机构与掩护梁铰接的支架，在掩护梁下铰接一可转动的伸缩插板尾梁，用以放煤、保证放煤高度及维护工作空间。对于大块煤可利用插板进行破碎。尾梁装有侧护板，作用与顶梁、掩护梁的侧护板相同。8. 8. 液压控制系统及立柱、千斤顶。液压系统由各液压件、管路系统组成，它应保证立住、千斤顶完成支架要求的各种性能，并达到设计技术参数。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。XXXX大学学士学位论文 液压支架的受力分析和计算图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
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