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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
前 言
畢業(yè)設(shè)計(jì)作為本科學(xué)習(xí)最重要的組成部分之一，它能提高我們發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，綜合檢驗(yàn)和鞏固我們所學(xué)知識，同時又是對我們大學(xué)四年所學(xué)知識的全面復(fù)習(xí)，更是向我們以后即將從事的專業(yè)性工作的正常過渡。
放頂煤綜采近年來在我國得到迅速的發(fā)展.放頂煤綜采技術(shù)的推廣使用,擴(kuò)大了綜合機(jī)械化開采的使用范圍,簡化了礦井的采掘系統(tǒng)和生產(chǎn)組織,大幅度里提高了綜采工作面的勞動效率和生產(chǎn),降低了煤炭的生產(chǎn)成本,在煤炭生產(chǎn)上取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果.
盡管我國在綜采放頂煤技術(shù)的發(fā)展和放頂煤綜采設(shè)備的研制上已取得了很大成績,但仍然存在一些重大的技術(shù)問題沒有得到切底解決,如煤炭回收率問題,工作面降、滅塵問題,采空區(qū)發(fā)火問題等,幸運(yùn)的是在這次設(shè)計(jì)中我的課題就是關(guān)于煤礦采煤設(shè)備的液壓支架，能更進(jìn)一步的了解礦山機(jī)械。
在設(shè)計(jì)過程中，得到了指導(dǎo)老師童景林教授的關(guān)心和大力幫助，才得以順利完成，在此表示衷心的感謝。同時，此設(shè)計(jì)有的內(nèi)容尚需進(jìn)一步在實(shí)踐中驗(yàn)證，加之本人水平所限，設(shè)計(jì)中有不足之處，敬請指導(dǎo)老師批評指正。
2012年6月
一、緒 論
1.1 液壓支架的作用及發(fā)展歷史
1.1.1 液壓支架的應(yīng)用及意義
隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)對煤炭需要量的日益增加，煤礦開采，特別是采煤工作免得生產(chǎn)技術(shù)面貌發(fā)生了巨大的變化。自1954年英國裝備了世界上第一個液壓支架工作滿開始，采煤技術(shù)實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化。綜合機(jī)械化采煤，就是工作面采煤，運(yùn)輸和支護(hù)三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。也就是說，采用滾筒式或刨削式等采煤機(jī)械落煤與裝煤；工作面重型可彎曲運(yùn)輸機(jī)，以及與之適應(yīng)的順槽轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)等運(yùn)煤；自移式液壓支架支護(hù)和管理頂板。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機(jī)械化采煤設(shè)備。
液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和滑件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)支撐，降落移架和推移運(yùn)輸機(jī)等一整套工序。液壓支架技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，安全上可靠，當(dāng)前世界各國都在不斷地提高采煤工作面的綜合機(jī)械化水平。
我國于1964年開始研制液壓支架，已先后試制了MZ-1928型,TZ型,BZZC型,WKM-400型,DM-400型,YZ型,ZYZ型,ZY型等多種形式的液壓支架，并在開灤，大同，陽泉，鶴壁，徐州，銅川，義馬，淮北等局礦進(jìn)行了試驗(yàn)和使用，取得了較好的效果。1974年以來，從西德，英國，前蘇聯(lián)和波蘭等國引進(jìn)了許多不同類型的液壓支架。實(shí)踐證明，液壓支架具有強(qiáng)度高，支護(hù)性能好，移設(shè)速度快，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能使采煤工作面達(dá)到高產(chǎn)量，高回采率和高工效，能大大減輕勞動強(qiáng)度，降低成本和掘進(jìn)率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。
1.1.2 國外放頂煤液壓支架
放頂煤綜采能否成功還取決于能否針對具體的使用條件進(jìn)行放頂煤液壓支架的合理選型和設(shè)計(jì)。一般說來，它要滿足對頂煤具有良好的支護(hù)效果，同時還要滿足順利放煤，運(yùn)煤，行人，通風(fēng)，移架和對采煤工作干擾小等一系列要求。國外的放頂煤液壓支架發(fā)展較早。法國60年代初就成批生產(chǎn)放頂煤液壓支架?，F(xiàn)將各主要放頂煤液壓支架生產(chǎn)國家研制，生產(chǎn)，使用的放頂煤支架及其主要特點(diǎn)做一簡要介紹。
法國放頂煤液壓支架；法國主要生產(chǎn)放頂煤液壓支架的為瑪雷爾公司。其生產(chǎn)的第一代放頂煤液壓支架是帶香蕉尾架的支撐掩護(hù)式支架。由于第一代香蕉尾梁式支架存在工人在尾梁處放煤不安全；處理大塊煤困難；頂Kn/架煤排放無法有效控制等，常造成壓死輸送機(jī)的現(xiàn)象。而且，該支架工作阻力也較低，僅1500。第二代放頂煤支架按照此基礎(chǔ)上作了較大的改進(jìn)，基本避免了這些缺陷。工作阻力增加到3000--4000 Kn/架。支架間安設(shè)防到防滑千斤頂，使支架可以在傾角30度的工作面使用。擴(kuò)大了支架啊的使用范圍。
英國放頂煤液壓支架；英國生產(chǎn)放頂煤液壓支架的主要有道梯公司和伽力克公司。英國70年代才開始研制放頂煤液壓支架。由于英國國內(nèi)吧不采用放頂煤開采，其生產(chǎn)的放頂煤液壓支架主要用于出口。支架的主要特點(diǎn)為：放煤門面積大，便于頂煤垮落進(jìn)入后部輸送機(jī)；采用四連桿機(jī)構(gòu)，頂梁對頂板的接觸及支架穩(wěn)定性較好，后輸送機(jī)置于支架加長底座上。利用工作面輸送機(jī)的移溜千斤頂回液進(jìn)入后部立柱，使后輸送機(jī)相對與支架向后推出，而放頂煤位置不變。
德國放頂煤液壓支架：德國70年代末80年代初開始生產(chǎn)放頂煤液壓支架。有代表性的支架為bs2.2型插板式支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架，最大的特點(diǎn)是可吸收放頂煤時產(chǎn)生的水平推力。如果需要打眼放炮松動頂煤，支架上備有安裝鉆機(jī)的位置。頂梁上還有小孔，可讓鉆桿通過。這種支架愛可用于煤層厚度為5~20m的各種放頂煤綜采工作面。加長的底座即可讓后部輸送機(jī)置于地板上，又可在移溜時將其拉到支架底座上。
前蘇聯(lián)放頂煤液壓支架：前蘇聯(lián)研制并投入使用的放頂煤液壓支架主要有KM-81V型，
KM-81V型，KTy型和KAM-1C型。KM-81型放頂煤液壓支架為提腿邁步液壓支架，該支架的移架動力在支架的頂梁上。支架掩護(hù)梁上有一組千斤頂支撐并可伸縮，放煤插板采用液壓伸縮。支架后部配有專用放頂煤輸送機(jī)。
1.1.3 液壓支架的發(fā)展動向
近幾年來，為適應(yīng)采煤綜合機(jī)械化的發(fā)展需要，液壓支架獲得了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了很多類型，據(jù)統(tǒng)計(jì)，它的結(jié)構(gòu)形式已達(dá)數(shù)百種。在緩斜薄及中厚煤層中，液壓支架一獲得廣泛應(yīng)用，但是由于煤層儲存條件復(fù)雜，支架的結(jié)構(gòu)還不夠完善，設(shè)備需要管理和操作經(jīng)驗(yàn)，所以液壓支架的使用仍受到限制。
為了改進(jìn)之間的支護(hù)性能，提高它對不同礦山條件的適應(yīng)性，擴(kuò)大適用范圍，延長使用壽命，目前液壓支架喲下列及方面的發(fā)展動向：
1. 大力發(fā)展掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，對其他形式的支架，應(yīng)用逐漸減少。
2. 液壓支架的進(jìn)一步發(fā)展，是著重解決擴(kuò)大使用范圍的問題。目前，各國正在研制大傾角，大采高。大截深和薄煤層支架，并使支架和采煤機(jī)更好的配合。
3. 采用高壓乳化液泵，以提高支架的初撐力，很多國家使用的泵站壓力已達(dá)到400MPa以上。
4. 為了簡化支架管路系統(tǒng)和便于安全操作，開始采用“多芯管”先導(dǎo)式鄰架控制的操縱方式。
5. 為加快支架移設(shè)速度，進(jìn)一步改善操作條件，支架控制正在向自動控制方式發(fā)展。目前，分組程序控制一開始使用，全工作面的自動控制還處于研究階段。
1.2 設(shè)計(jì)目的
采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)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(jī)械化采煤機(jī)械設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。而每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，可見對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)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效地支護(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。由于液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。
1.3 設(shè)計(jì)要求
（1) 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求,液壓支架要有足夠的初承力和工作阻力,以便有效的控制頂板,保證其合理的下沉量。
（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100～150KN,中厚煤層一般為150～250KN,厚煤層一般為300～400KN。
(3) 防煤性能要好。
(4) 排煤性能要好。
(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)節(jié)范圍要大,照明和通訊方便。
(8) 支架要求有足夠的剛度,能夠承受一定的不均衡載荷和沖擊載荷。
(9) 支架穩(wěn)定性要好,底座最大比壓小于規(guī)定值，要易于拆卸,結(jié)構(gòu)簡單。
(10) 在滿足強(qiáng)度條件下,盡可能減輕支架重量，液壓元件要可靠。
(11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。
(12) 液壓元件要可靠。
1.4 放頂煤液壓支架的分類
按與液壓支架配套的輸送機(jī)的臺數(shù)，放頂煤液壓支架可分類如下
按放煤口位置，放頂煤液壓支架可分類如下：
1.5 低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn)
這是一種雙輸送機(jī)運(yùn)煤、在掩護(hù)梁后部鉸接一個帶有插板的尾梁、低位放煤的支撐掩護(hù)式液壓支架。這類支架有一個可以上下擺動的尾梁(擺動幅度在450左右)，用以松動頂煤，并維持一個落煤空間。尾梁中間有一個液壓控制的放煤插板，用于放煤和破碎大塊煤，具有連續(xù)的放煤口。已投入使用的低位放頂煤掖壓文架，前四連桿式的有FY280—l 4／28型，后四連桿式的有ZFP 5200／17／32型。這類支架由于具有許多特點(diǎn)，并且不斷改進(jìn)，適應(yīng)性增強(qiáng)，具有良好的推廣前景，其主要特點(diǎn)如下：
(1)由于具有連續(xù)的放煤口，放煤效果好，沒有脊背煤損失，回收率高。
(2)和其他支架相比，從煤壁到放煤口的距離最長，經(jīng)過頂梁的反復(fù)支撐和在掩護(hù)粱上方的垮落，使頂煤破碎較充分，對放煤極為有利。
(3)后輸送機(jī)沿底板布置，浮煤容易排出，移架輕快，同時尾梁插板可以切斷大塊煤，使放煤口不易堵塞。
(4)低位放煤使煤塵減少。
(5)前四連桿低位放頂煤液壓支架的抗扭及抗偏截能力差，支架的穩(wěn)定性較差。
(5)尾梁擺動力和向上的擺角較小，破煤和松動頂煤的能力差。
這類支架的原始形式是前四連桿式，在礦區(qū)較小的急斜水平分段開采時比較適應(yīng)，使這種架型在緩斜長壁工作面中發(fā)揮其優(yōu)勢，幾年來作了如下的探索：
(1)把四連桿的上聯(lián)接位置由頂梁上改在掩護(hù)梁上，使支架底部和上部的連接位置更接近扭轉(zhuǎn)力矩的作用點(diǎn)，增加了支架強(qiáng)度，減少了支架的損壞，形成了目前在緩斜工作面大量使用的后四這桿式低位放頂煤液壓支架。
(2)大幅度加強(qiáng)前四連桿本身以及它與頂梁、底座的聯(lián)接強(qiáng)度， 這種作法增加了支架的重量，有的重達(dá)20t以上，但設(shè)計(jì)時容易實(shí)現(xiàn)加大后部運(yùn)輸空間和增加破煤能力。
(3)增大后部空間和尾梁向上擺動的力，使其在較硬煤層中使用時也可讓頂煤順利放落和運(yùn)出，如ZFPS5200／17／32型支架尾梁端部向上擺動力可達(dá)到500kN，使用效果良好。
(4)后四連桿前連桿設(shè)計(jì)為Y型，后連桿設(shè)計(jì)為I型，增大了支架的、后人行道的寬度并加大了后部的人員工作與維護(hù)空間。
(5)把后輸送機(jī)千斤頂耳座與底座的聯(lián)接改為活聯(lián)接，改善了運(yùn)輸狀況。在后輸送機(jī)與千斤頂之間增加了結(jié)構(gòu)件推桿，以避免后輸送機(jī)與千斤頂活塞桿彎曲并防止輸送機(jī)和支架下滑。
前四連桿式支架和后四連桿式支架相比后部空間較大，且重量也輕。
1.6 低位放頂煤液壓支架的適應(yīng)性
前四連桿式支架在急斜水平分段放頂煤綜采中取得成功，如對四連桿及有關(guān)聯(lián)接件再進(jìn)一步增加強(qiáng)度，成為定型設(shè)備，可以不考慮在急斜條件下使用后四連桿式支架。
緩斜中硬難放煤層在選型時考慮到低位放頂煤液壓支架的強(qiáng)度低，又無成功的實(shí)例，往往選用中位放頂煤液壓支架，但受到放煤口的限制，實(shí)際上也未能很好解決其放煤問題。仔細(xì)研究各類放煤支架，就會發(fā)現(xiàn)，只有前四連稈式支架具備大幅度擺動掩護(hù)梁破煤的條件。有的低位放頂煤液壓支架采取強(qiáng)化四連桿及聯(lián)接銷鈾，把擺動掩護(hù)梁的千斤頂一端布置在底座上，而不是布置在頂梁上，盡管這種架型尚無滿意的效果，但這種探索無疑是很有意義的。
后四連桿式支架在煤層硬度系數(shù)f＝2左右，層節(jié)理比較發(fā)育的緩斜厚煤層中使用取得很大成功，如在潞安礦務(wù)局五陽煤礦、王莊煤礦和兗州礦務(wù)局興隆莊煤礦、鮑店煤礦。這種架型與設(shè)計(jì)先進(jìn)的過渡支架配合使用，創(chuàng)出了新水乎，被廣泛推廣使用。如石炭井礦務(wù)局烏蘭礦將這種支架與過渡支架、端頭支架配套使用，在傾角為240的工作面上取得了成功。由此表明了后四連桿式放頂煤液壓支架在緩斜中硬煤層和傾斜厚煤層中均有良好的適應(yīng)性和使用前景。幾種低位放頂煤液壓支架的技術(shù)特征見表1－1
表1－1 鄭州煤機(jī)廠主要低位放頂煤液壓支架技術(shù)特征
1.7 低位放頂煤液壓支架的主要結(jié)構(gòu)
低位放頂煤支架的設(shè)計(jì)要充分依據(jù)煤層的賦存條件，頂、底板狀況，礦壓大小，工作
面傾角，及煤層厚度、層理裂隙發(fā)育情況、硬度和開采方法等，支架總體技術(shù)參數(shù)的確定
應(yīng)滿足：
(1)工作阻力、支護(hù)強(qiáng)度的要求
(2)穩(wěn)定性要好，抗扭能力強(qiáng)，
(3)頂梁、掩護(hù)梁以至尾梁密封性
(4)拉架力大，走得動；
(5)能放煤，出煤易控制，
(6)液壓系統(tǒng)簡單合理；
(7)噴霧降塵裝置可靠實(shí)用。
這樣在設(shè)計(jì)支架各個部件時，不僅要滿足強(qiáng)度要求，還要總體性能好。
低位放頂煤支架的主要結(jié)構(gòu)有前梁(伸縮式或挑梁式)、頂梁、掩護(hù)粱、尾梁、前連桿、后連桿、底座推移裝置、立柱及各種千斤頂、液壓控制系統(tǒng)等組成。
1.7.1 低位放項(xiàng)煤支架主要部件設(shè)計(jì)要求
各部件設(shè)計(jì)要滿足總體配套的要求，就是應(yīng)滿足采煤機(jī)，雙輸送機(jī)和支架配套的空間
要求．支架前部能及時支護(hù)，后部便于放頂煤；應(yīng)有噴霧降塵裝置，為防止煤的自燃發(fā)火
應(yīng)安裝必要的輔助裝置。同時對支架本身應(yīng)采用后四連桿機(jī)構(gòu)，保證支架穩(wěn)定，放煤增設(shè)
擺動伸縮式尾梁，以調(diào)整工作空間和放煤口大小，改善掩護(hù)梁受力狀況；應(yīng)使頂粱(包括
前梁)校長，以利頂煤在礦壓作用下能較好的被壓碎。
各部件設(shè)計(jì)的基本要求；
1)四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳，結(jié)構(gòu)上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向力及扭矩。
2)前梁無論是伸縮式或是挑梁式，都應(yīng)能及時支護(hù)頂板。前梁由前梁千斤頂控制，可上 下擺動150，與頂板保持良好的接觸，維護(hù)機(jī)道上方頂板。伸縮梁靠伸縮千斤頂和
前梁作相對滑移，用以及時支護(hù)新暴露的頂板。挑梁是和前梁鉸接的可翻轉(zhuǎn)支護(hù)板，由防
片幫千斤頂控制，可及時支護(hù)，并超過水平線上挑30－50，拉架時收回，還可在移架后支護(hù)煤壁，以防止片幫。
3)頂梁。頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。它可多次反復(fù)支撐頂煤，以利于放煤。頂梁裝有側(cè)護(hù)板，活動側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸及調(diào)節(jié)支架間距。若四連桿機(jī)構(gòu)與頂梁鉸接，要有可靠的鉸接支座。
4)掩護(hù)梁。它用于承受部分煤、矸載荷，防止其竄入后輸送機(jī)的工作空間，保證支架、后輸送機(jī)正常運(yùn)行。根據(jù)不同的支架類型，掩護(hù)梁有伸縮插板式和在下端餃接一伸縮尾梁式，它裝有側(cè)護(hù)板．作用與頂梁側(cè)護(hù)板同。掩護(hù)梁受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。
5)底座。其作用是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板。它既要有足夠的強(qiáng)度和剛度，又應(yīng)滿足底板比壓不超限。保證支架整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵是在底座上鉸接四連桿機(jī)構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置，側(cè)面設(shè)置拉后輸送機(jī)的千斤頂和推移桿。
6)推移裝置。此機(jī)構(gòu)關(guān)系到支架能否正常推移，由千斤頂和推移桿組成。推移桿結(jié)構(gòu)有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。
7)尾梁。四連桿機(jī)構(gòu)與掩護(hù)梁鉸接的支架，在掩護(hù)梁下鉸接一可轉(zhuǎn)動的伸縮插板尾梁，用以放煤、保證過煤高度及維護(hù)工作空間。對于大塊煤可利用插板進(jìn)行破碎。尾梁裝有側(cè)護(hù)板，作用與頂梁、掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板相同。
8)液壓控制系統(tǒng)及立柱、千斤頂。液壓系統(tǒng)由各液壓件、管路系統(tǒng)組成，它應(yīng)保證立柱、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)。
1.7.2前粱的設(shè)計(jì)
（1） 伸縮式前梁(圖1－1)
圖1－1 伸縮式前梁
伸縮式前梁在頂梁前部鉸接，由前梁體和伸縮梁組成，均是結(jié)構(gòu)件。其強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)前
梁千斤頂?shù)墓ぷ髯枇泶_定，伸縮梁可伸出600mm。按伸縮千斤頂?shù)陌惭b位置可分為埋入
式和外裝式．但不論何種，伸縮梁和前梁梁體間導(dǎo)向結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單，運(yùn)行可靠，不能造成別卡
現(xiàn)象，其端部承載力在未伸出時一股為100一160kN。 （2） 挑梁式前梁(圖1－2）
圖1－2 挑梁式前架
挑梁式前梁由前梁和挑梁組成，均為鋼板焊成的箱式結(jié)構(gòu)件，前梁前部與跳梁鉸接，并設(shè)有與前梁千斤頂，防片幫千斤頂鉸接的耳座。強(qiáng)度設(shè)計(jì)按前梁千斤頂?shù)墓ぷ髯枇碛?jì)算，前梁前端承載力l00一180kN，前梁下部有起吊孔，以使用于維修輸送機(jī)等工作。挑梁由防片幫千斤頂控制轉(zhuǎn)動，可及時支護(hù)頂板，采煤機(jī)通過前收回挑梁，應(yīng)在強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)允許的條件下，力求減少前梁和挑梁的總高，一般宜小于400mm，不應(yīng)超過450mm，以免影響采煤機(jī)通過。
前梁一般前窄后寬，沒有側(cè)護(hù)板，但遇到軟煤或頂煤穩(wěn)定性差，也可設(shè)計(jì)成具有側(cè)護(hù)板，用彈簧、千斤頂控制，解決斷面控頂和粉塵問題，如ZFSB3200/16/28型放頂煤支架的前梁就是這樣的（圖1-3）。
圖1-3 帶測護(hù)板的前梁
1.7.3頂梁的設(shè)計(jì)
(1）中四連桿結(jié)構(gòu)的頂梁（圖1-4）
圖 1-4中四連桿的頂梁
頂梁前、后分別與前梁和掩護(hù)梁鉸接，四個球面柱窩與立柱的活柱頭相連。頂梁有鉸接耳座與四連桿機(jī)構(gòu)的上連桿連接，此外還設(shè)有所需千斤頂?shù)亩?，如前梁、掩護(hù)梁千斤頂耳座。頂梁體箱式結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)可根據(jù)總體受力分析，按不同支護(hù)高度時各部件最大受力值計(jì)算其強(qiáng)度。一般前、后柱窩斷面為最危險斷面，斷面安全系數(shù)n應(yīng)大于1.1，同時要充分考慮各個鉸接孔的擠壓強(qiáng)度，以免孔受塑變拉長而損壞，特別是與上連桿鉸接的耳座，一定要加大強(qiáng)度。
側(cè)護(hù)板與導(dǎo)桿連接的結(jié)構(gòu)以長方形拉板為好。板厚20mm，可保證導(dǎo)桿和測護(hù)板的連接強(qiáng)度。
(2） 后四連桿結(jié)構(gòu)的頂梁
其結(jié)構(gòu)與一般四柱支撐持護(hù)式支架相同，梁體由鋼板焊成箱式結(jié)構(gòu)件，設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求同上，安全系數(shù)n大于1.1，側(cè)護(hù)板設(shè)計(jì)要考慮降架時不與鄰架側(cè)護(hù)板脫離接觸。側(cè)護(hù)板采用長方形拉板與導(dǎo)桿連接，板厚20mm，支架工作阻力4000kN以上時，側(cè)推千斤頂選取內(nèi)供液式，有利于保證梁體的焊接強(qiáng)度。
1.7.4 掩護(hù)梁的設(shè)計(jì)
(1)中四連桿結(jié)構(gòu)的掩護(hù)梁(圖1-5)
圖1-5 中四連桿結(jié)構(gòu)的掩護(hù)梁
掩護(hù)梁上有耳座，用以安設(shè)掩護(hù)梁擺動千斤頂，千斤頂連接在頂梁與掩護(hù)粱之間，如FY280—14／28型支架，或連接掩護(hù)梁與底座，如FY40 0-14／28型支架。掩護(hù)梁設(shè)有側(cè)護(hù)板，還有千斤頂控制的伸縮插板，因此掩護(hù)梁體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是鋼板焊成的箱式結(jié)構(gòu)件。掩護(hù)梁受力復(fù)雜，彎扭嚴(yán)重，因此各斷面的安全系數(shù)n應(yīng)大于1.3。這種支架的掩護(hù)梁長度大，插板的導(dǎo)向裝置要可靠，它不僅要破煤還要能擋矸，掩護(hù)粱要能上下擺動，便于放煤，其強(qiáng)度要大而可靠。
(2)后四連桿結(jié)構(gòu)的掩護(hù)梁(圖1-6)
圖1-6 后四連桿結(jié)構(gòu)的掩護(hù)梁
掩護(hù)梁下部與前、后連桿相連，下端與尾梁鉸接，還設(shè)有尾梁千斤項(xiàng)的耳座。它的長度較短，約1．5m，結(jié)構(gòu)緊湊，并有側(cè)護(hù)板，活動側(cè)護(hù)板由千斤頂和彈簧控制，側(cè)護(hù)板的橫向?qū)挾龋源笥谝萍懿骄?，這樣移架時能與不動的鄰架間保持封閉。掩護(hù)粱是由鋼板焊成的箱體結(jié)構(gòu)，因與它相連的部件較多，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)注意互不干涉。由于掩護(hù)梁受力復(fù)雜，特別是彎扭和橫向載荷，設(shè)計(jì)時各斷面安全系數(shù)應(yīng)大于1．3；計(jì)算連結(jié)前、后連桿鉸接孔時應(yīng)注意擠壓強(qiáng)度，在梁體還應(yīng)設(shè)有吊裝孔，以利后輸送機(jī)的維護(hù)安裝。
1.7.5 底座的設(shè)計(jì)
(1) 中四連桿結(jié)構(gòu)底座(圖1-7)
底座為整體式剛性底座，四連桿機(jī)構(gòu)鉸接在底座前部(有的鉸接在中部或后部)，有四個球面柱窩與立往缸底相連，底座中間布置有推移裝置，側(cè)面有拉后輸送機(jī)千斤頂固定耳座。該底座整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，與底板接觸面積大，比壓小。由于四連桿機(jī)構(gòu)在中部連接，使底座受力狀態(tài)不好。上連桿與底座的鉸接座為兩凸出的內(nèi)主筋形成的箱體結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)，使突變過渡處強(qiáng)度足夠，呈圓弧狀過渡，以免損壞。
圖1-7 中四連桿結(jié)構(gòu)的底座(FY-280型)
(2)后四連杯結(jié)構(gòu)的底座（圖1-8)
底座為整體式剛性底座，四連桿機(jī)構(gòu)鉸接在底座后部，在兩內(nèi)主筋中間形成的較高的鉸點(diǎn)位置，這主要是為了形成足夠的后工作空間，在不影響人行通道的基礎(chǔ)上，
圖1-8 后四連桿結(jié)構(gòu)的底座
前、后連桿鉸接點(diǎn)應(yīng)盡量前移。在兩內(nèi)主筋間下部布置有推拉裝置。有四個球面柱窩與立柱缸底相連，在底座側(cè)面靠前位置設(shè)有拉后輸送機(jī)千斤頂?shù)目刹鹧b固定耳座。該底座整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，比壓小。
1.7.6 四連桿機(jī)構(gòu)的連桿設(shè)計(jì)
(1)中四連桿結(jié)構(gòu)的連桿設(shè)計(jì)
該機(jī)構(gòu)由單片上連桿和兩片小連桿組成(圖1-9)。所有連桿均為箱式結(jié)構(gòu)件，用以克服頂板指向采空區(qū)的水乎力，增加支架穩(wěn)定性；但承受橫向力和扭力的性能較差，在設(shè)計(jì)時對其鉸接孔的強(qiáng)度、擠壓壽命應(yīng)更加重視。兩種連桿不能按常規(guī)設(shè)計(jì)，橫斷面應(yīng)盡量加
圖1-9 中四建桿結(jié)構(gòu)的連桿
大，以提高安全系數(shù)。在以往實(shí)踐中曾發(fā)生過由于連桿不能適應(yīng)井下條件而造成損壞，特別是上連桿，該連桿機(jī)構(gòu)加大了支架的后部工作空間。
(2) 后四連桿結(jié)構(gòu)的連桿設(shè)計(jì)
l)前連稈的設(shè)計(jì)
為保證支架的穩(wěn)定性，加大抗扭力并滿足工作空間的結(jié)構(gòu)要求，前連桿可設(shè)計(jì)成Y形，比設(shè)計(jì)成彎曲形要合理，其強(qiáng)度不低于兩單片前連桿，它與掩護(hù)梁兩處鉸接，與底座一處鉸接，它由兩個折彎柱體焊接成一個結(jié)構(gòu)件，增大連桿的抗彎、扭能力，提高穩(wěn)定性。多年實(shí)踐也證明其效果良好。由于和底座為單處鉸接，使工人操作及設(shè)備布置具有合適的空間，液壓系統(tǒng)的一組操縱閥可布置在其下部，設(shè)計(jì)時要考慮不影響立柱布置。
2）后連桿的設(shè)計(jì)
后連桿為單片箱形結(jié)構(gòu)件。其布置在掩護(hù)梁與底座中間，與底座的鉸接點(diǎn)離底座較高，這樣可增加后工作空間；其結(jié)構(gòu)簡單，但設(shè)計(jì)時安全系數(shù)要加大。實(shí)踐證明，使用效果很好。
1.7.7 推移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
目前推移機(jī)構(gòu)多采用倒拉架，長推桿(圖1-10a)或兩節(jié)短推桿機(jī)構(gòu)(圖1-10b)，其拉架力大。推桿都采用鋼板焊接成的箱體，強(qiáng)度好。長推桿用在工作面傾角大的條件下，有利于防止前輸送機(jī)下滑，但應(yīng)注意具有足夠的浮煤通道。
圖1-10 推稈機(jī)構(gòu)
a－長推桿；b－短推桿
此外還有一種直推式短程架機(jī)構(gòu)(圖1-11)，這種機(jī)構(gòu)的推桿可較上一種縮短近半，但相同缸徑的拉架力沒有倒拉架機(jī)構(gòu)的大，而且對浮煤、矸的處理更加不易。
圖1-11 短框架推移機(jī)構(gòu)
1.7.8 放煤口及放煤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
低位放頂煤支架的放煤口是由掩護(hù)梁和插板或?qū)恿杭捌淝Ы镯敽筒灏逍纬?。不論?
架型，其橫向長度均為架寬，即1500mm，縱向長度根據(jù)架型、配套設(shè)備不同而異。
(1)中四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
這種支架的掩護(hù)梁由鉸接在頂梁上的平衡千斤頂支撐或鉸接在底座上的千斤頂支撐。掩護(hù)梁下部有可伸縮插板，放煤時收回插板，利用千斤頂?shù)纳臁⒖s，調(diào)控放煤口進(jìn)行放煤，放煤后伸出插板擋住矸石流入后輸送機(jī)內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)能滿足放煤工藝、放煤口及工作空間的要求。從支架整體設(shè)計(jì)看，其橫向穩(wěn)定性較差，特別是那種由底座上雙千斤頂支撐掩護(hù)梁的支架，極易將千斤頂及其支座損壞。
(2)后四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在該支架后部由掩護(hù)梁、前、后連桿、底座、尾梁和尾梁千斤頂形成工作空間，用以放煤和布置后輸送機(jī)，由尾梁及其千斤頂組成放煤機(jī)構(gòu)(圖1-12)。操縱鉸接在掩護(hù)梁上的尾梁千斤或擋矸。向下轉(zhuǎn)動尾梁時收回插板進(jìn)行放煤，可視情況反復(fù)多次進(jìn)行放煤。尾梁千斤頂為2個，缸徑有φ125、φ140、φ160mm三種規(guī)格，可根據(jù)井下條件選用。插板千斤頂為1—2個，缸徑φ80mm。該架型穩(wěn)定性好，利于放煤，放煤口大，操作方便。
尾梁由尾梁體、插板、插板千斤頂、側(cè)護(hù)板及其千斤頂組成。尾梁體和插板那是由L6Mn銅板焊成的箱體結(jié)構(gòu)，由插板千斤頂操縱插板在尾梁體的鑄件導(dǎo)軟上滑動，實(shí)現(xiàn)伸縮。
圖1-12 后四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)
1-前連桿；2-底座；3-后連桿；4-掩護(hù)梁；5-尾梁；6-插板千斤頂；7-插板；8-尾梁 千斤頂；9-放煤時尾梁位置；10-后部輸送機(jī)；11-尾梁結(jié)構(gòu)
尾梁長度的確定應(yīng)滿足工作空間，保證后輸送機(jī)的過煤高度要求，插板千斤頂?shù)男谐虘?yīng)滿足擋矸要求，插板應(yīng)盡可能加寬，以減小架向間隙，尾梁可上擺70一l00，下擺380。
二、 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 液壓支架的選型
2.1.1 液壓支架結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)選
根據(jù)以往液壓支架設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，考慮到不同架型 和機(jī)構(gòu)的支架――圍巖力學(xué)相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點(diǎn)，可以對掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。
（1）液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表2-1）
表2－1不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較
支架型式
結(jié)構(gòu)特征
主要力學(xué)特性
掩護(hù)式
支掩式
二支柱掩護(hù)式
支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大
支頂式
二柱支頂掩護(hù)式
支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對頂板的主動水平力較大，前端支撐力大
支撐掩護(hù)式
支頂支掩
四柱（或三柱）
穩(wěn)定性好，抗水平力強(qiáng)，比壓均勻，但支柱能力利用率低
支頂式
四柱X型
頂梁合力調(diào)節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高
四柱支撐掩護(hù)式
承載力大，切頂能力強(qiáng)，比壓較均勻
（2）支架選型要素及簡要評價。
液壓支架結(jié)構(gòu)選型必須考慮的要素及對各類型支架的評價（見表2－2）
表2－2支架類型評價（見下頁）
要素
支架類型
支撐掩護(hù)式
支撐式
插底掩護(hù)式
一般掩護(hù)式
垛式
節(jié)式
支架圍巖適應(yīng)性
直接頂冒落傾向
優(yōu)
良
良
差
差
基本頂周期來壓
差
良
優(yōu)
優(yōu)
良
底板壓入傾向
良
差
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
防煤壁片幫
優(yōu)
良
優(yōu)
差
差
通風(fēng)斷面
差
良
良
差
差
頂梁前端支撐力
優(yōu)
良
良
差
差
頂梁后段切頂性
差
良
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
對頂板遮蓋率
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
差
差
隔絕采空區(qū)能力
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
差
差
橫向穩(wěn)定性
良
優(yōu)
優(yōu)
差
差
對采高適應(yīng)性
良
優(yōu)
優(yōu)
差
差
支撐效率
差
良
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
支護(hù)強(qiáng)度
良
良
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
對傾角適應(yīng)性
良
優(yōu)
良
良
差
2.1.2 液壓支架的架形選擇原則
在選擇液壓支架時既要保證對工作面頂板實(shí)現(xiàn)可靠的支撐，又要避免過大的設(shè)備投資，導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。因此，液壓支架的正確選型對于工作面經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系重大。
液壓支架架形的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)性能是否適用礦井的頂?shù)装鍡l件和其它地質(zhì)條件。在同時允許選用幾種架形時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架，支承式支架最便宜，其次為掩護(hù)式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩護(hù)式支架適合于中等穩(wěn)定和一般破碎的頂板。支承掩護(hù)式支架適合于周期來壓強(qiáng)烈，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定頂板。
在綜采工作面支架選型時，還應(yīng)注意下述四點(diǎn)原則：
(1) 對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護(hù)式支架。但在底板極松軟條件下，必須嚴(yán)格驗(yàn)算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強(qiáng)度。在此條件下，通常應(yīng)避免使用重型支架。
(2) 對于非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強(qiáng)烈和十分強(qiáng)烈的頂板，應(yīng)優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護(hù)式支架。
(3) 眾所周知，三點(diǎn)決定一個平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對頂板的實(shí)際支撐力很低，因而二柱式掩護(hù)支架支撐能力利用率高于四柱式。即二柱式支架對頂板的實(shí)際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機(jī)道上方頂板的支護(hù)強(qiáng)度。
（4）在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應(yīng)注意對機(jī)道上方的頂板控制，包括增加前任阻力及可伸縮前梁等。
2.1.3 影響架形選擇的因素
液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件的限制，因此，以上因素都會影響到支架的選型。
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，由表3-1-5 見《綜采技術(shù)手冊》（上冊）中直接選出架型。
（1）煤層厚度
① 當(dāng)煤層厚度超過1.5m，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不用支承式支架。
② 當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.5m～2.8m以上時，需選擇帶有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支承掩護(hù)式支架。
③ 煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式，帶有機(jī)械加長桿或雙伸縮立柱的支架。
④ 假頂分層開采，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。
（2）煤層傾角
① 煤層傾角<10時，支架可不設(shè)防倒滑裝置。
② 傾角在10°～25°以上時，應(yīng)選用帶有防滑裝置的支架。
③ 傾角>25°時，排頭支架設(shè)防倒滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機(jī)設(shè)置防倒滑裝置。
（3）底板強(qiáng)度
① 驗(yàn)算比壓，應(yīng)使支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓。
② 為使移架容易，設(shè)計(jì)時要使支架底座前部比后部的比壓小。
(4) 瓦斯含量
對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)端面較大的支承式或支承掩護(hù)式支架。
(5) 煤層硬度
當(dāng)煤層為軟煤層時，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤層時，支架最大采高一般≤3.5m；硬煤層時，支架最大采高<5m。
(6) 地質(zhì)構(gòu)造
斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露面積在5～8㎡以下時，時間在20min以上時，暫不宜使用綜采。
(7) 設(shè)備成本
綜合各條件，宜選用支撐掩護(hù)式支架的架形，即本人畢業(yè)設(shè)計(jì)所選擇架型。
2.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
ZFS4000/14/28型支撐掩護(hù)式液壓支
頂板條件：老頂 Ⅲ級
直接頂 2類
底板比壓: 1.5MPa
工作阻力：4000kN
推溜力： 150KN
拉架力： 300KN
泵站壓力：32MPa
適應(yīng)煤層傾角：<150
支架高度：1.4～2.8m
支架寬度：1.43m
初撐力：2508KN
支護(hù)強(qiáng)度：0.656~0.715KN/m（在使用范圍內(nèi)）
采用ZFS4000/14/28型支撐掩護(hù)式液壓支架，其工作阻力為3921kN，初撐力2508kN，支護(hù)強(qiáng)度大于656KN/m，對底板的比壓為1.5MPa，能夠滿足地質(zhì)條件及礦區(qū)的要求。支架寬度為1420～1590mm，中心距為1.5m，支架最低時長5m左右。支架高度為1.4～2.8m，滿足其采高要求?？紤]運(yùn)輸機(jī)的拉架強(qiáng)度，支架總量約為11.2t。
液壓支架的架型選擇
1.確定老頂級別和直接頂類別
（1）老頂級別的確定
老頂級別按老頂來壓強(qiáng)弱來劃分。老頂來壓強(qiáng)弱取決于冒落帶巖石對采空區(qū)充滿程度N（N為直接頂厚度M與采高h(yuǎn)之比）老頂初次來壓步距Lp。通常按N和L,把老頂分為四級見表2-3。
老頂級別
老頂級別
老頂級別
老頂級別
老頂級別
老頂來壓
不明顯
明顯
強(qiáng)烈
極強(qiáng)烈
指標(biāo)
N=3～6
0.3
50
N0.3
Lp=25～50
N0.3
Lp>50
比值N應(yīng)根據(jù)采煤工作面所在位置的地質(zhì)柱狀圖中的M和h來計(jì)算。
老頂初次來壓步距Lp可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測或礦壓顯現(xiàn)特征確定。
（2）直接頂類別按表2－4來確定
指標(biāo)
類別
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
不穩(wěn)定頂板
中等穩(wěn)定頂板
穩(wěn)定頂板
堅(jiān)硬頂板
主要指標(biāo)
強(qiáng)度指數(shù)D1
3
3.1~7
7.1~12
>12
無直接頂,巖層厚度在2-5米以上,>60~80
參考指標(biāo)
直接頂初次垮落步距l(xiāng)（m）
8
9-18
19-25
>25
2.支架架型和支護(hù)強(qiáng)度的確定
按表2-5根據(jù)老頂級別和直接頂類別來確定支架架型,再根據(jù)老頂級別和采高確定支架強(qiáng)度.
支護(hù)強(qiáng)度被定義為單位支護(hù)面積的支護(hù)阻力.
老頂級別
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
直接頂級別
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4
4
液壓支架架型
掩護(hù)
掩護(hù)
支撐
掩護(hù)
掩護(hù)和支撐
支撐
支掩
支掩
掩護(hù)和支撐
掩護(hù)和支撐
支撐或支掩
液壓支架支護(hù)強(qiáng)度kN/m2
采高1m
采高2m
采高3m
采高4m
294
343（245）
441（343）
539（441）
1.3×294
1.3×343(245)
1.3×441(343)
1.3×539(441)
1.6×294
1.6×343
1.6×441
1.6×539
>2×294
>2×343
>2×441
>2×539
應(yīng)結(jié)合深孔爆破,軟化頂板等措施處理采空區(qū)
2.3 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.3.1 液壓支架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和形式的確定
1. 支架高度的確定
一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。
對于大采高支架，按下式確定支架高度，即
H＝M十(200～400)mm
H=M-(500～400)mm
H———支架最大高度(mm)；
H———支架最小高度(mm)；
M———最大采高(mm)；
M———最小采高(mm)
M＝KM
M=KM
式中M——— 煤層平均厚度；
K、K———煤層厚度上、下波動系數(shù)，一般取K＝1．1～1．3，K＝0．8～0．90。
對于中厚煤層支架，按下式確定支架高度，
即： H＝M＋(200～300)
H＝M－(300～400)
對于薄煤層支架，則按下式確定支架高度，即
H＝M＋(100～200)
H＝M－(150～250)
支架的最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。支架最大高度和最小高度取值應(yīng)符合表2－3支架高度系列單位（ｍ）
表2－6支撐掩護(hù)式液壓支架高度系列表
H
H
H
H
1.0
0.5
3.1
1.6
1.1
0.55
3.2
1.7
1.2
0.6
3.3
1.8
1.3
0.65
3.5
1.9
1.4
0.7
3.8
2.0
1.5
0.75
4.0
2.1
1.6
0.8
4.2
2.2
1.7
0.9
4.5
2.3
1.8
1.0
4.7
2.4
2.0
1.1
5.0
2.5
2.2
1.2
5.3
2.6
2.5
1.3
5.5
2.7
2.8
1.4
6.0
2.8
3.0
1.5
綜合以上分析我們在設(shè)計(jì)過程中取H＝2800mm，H=1400mm。
2.支架伸縮比
支架的伸縮比指其最大與最小高度之比
M= H/ H=2
(2) 中心距和寬度的確定
支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用1．5m。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用1．75m，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25ｍ。
支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸安裝和調(diào)高要求。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板一般形成170～200mm。當(dāng)支架中心距為1.5ｍ時，最小寬度一般1400～1430mm，最大寬度一般1570～1600mm。當(dāng)支架中心距為1.75ｍ時，最小寬度一般1650～1680mm，最大寬度一般1850～1880mm。當(dāng)支架中心距為1.25ｍ時，如果帶有活動側(cè)護(hù)板，最小寬度一般1150～1180mm，最大寬度一般1320～1350mm；如果不帶活動側(cè)護(hù)板，則寬度一般取1150～1200mm。
綜合以上分析我們在設(shè)計(jì)過程中取中心距1.5m寬度取1.43m
3. 支架間距
所謂支架間距，就是相鄰兩架中心間的距離，按如下公式計(jì)算：
b = B + nC
式中 b:支架間距
B:每架支架頂梁總寬度
C:向鄰支架頂梁間的間隙
n:每架所包含的組架或框架數(shù)，總體自移式支架n＝1，整體逐步式支架n＝2，節(jié)式組合邁步支架n＝支架節(jié)數(shù)。支架間距b主要根據(jù)支架形式，但目前主要根據(jù)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定，目前我國刮板運(yùn)輸機(jī)油槽每節(jié)長度為1.5m,千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m，此處恰取1500mm。
4、底座長度
底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長度時，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要小；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(hù)式支架的底座長度取3．5佰的移架步距(一個移架步距為o．6m)，即2．1m左右；支撐掩護(hù)式支架的底座長度取4倍的移架步距，即2．4m左右。
5. 頂梁尺寸
① 頂梁長度
頂梁長度受支架型式、配套采煤機(jī)截深(滾筒寬度)、刮板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護(hù)方式等因素的制約。
減小頂梁長度，有利于減小擰頂面積，增大支護(hù)強(qiáng)度。減少頂板反復(fù)支護(hù)次數(shù)，保持支架結(jié)構(gòu)緊湊，減輕重量。
掩護(hù)式支架，由于一般用于破碎頂板，應(yīng)將頂板長加以控制，使空頂區(qū)范圍內(nèi)的重復(fù)支承次數(shù)不超過4～5次，頂梁長度為1.5～2.5m,最大3m?？捎霉饺缦?
頂梁長度＝[配套尺寸＋底座尺寸＋A·cos]-[G·cos+300+e]
式中：
配套尺寸＝600＋392＋730＋350＝2072mm
A:完全伸出的擺桿千斤頂長度（mm）
G:頂梁與掩護(hù)梁鉸接處到掩護(hù)梁與擺桿千斤頂鉸接處的距離（mm）
e:支架由高到低頂梁前端最大位移量（mm）
、：支架在最高位置時，分別為后連桿與水平面及掩護(hù)梁與水平面的夾角＝71°，＝35°
按條件取底座長度大約為2.4m
頂梁長度L=2072mm+2400mm+1968.3mm×cos71°－[1091mm×cos35°+300mm+30mm]
=3889.1mm
取整得L＝3890mm
② 頂梁寬度
頂梁寬度根據(jù)支架間距和架形來定，架間間隙為0.2m左右。其中寬面頂梁一般為1.4～1.59m,節(jié)式支架一般為0.4～0.6m,此處取1430mm。
③ 頂板覆蓋率ζ
ζ= ×100﹪
式中
B:頂梁的寬度(㎡)
l:支架頂梁長度 (m)
ｊ:支架間距 (m)
對破碎機(jī)頂板：覆蓋率s值應(yīng)達(dá)到85﹪～95﹪，故掩護(hù)式支架裝可移動側(cè)護(hù)板，以維護(hù)架間的間隙，中等穩(wěn)定頂板覆蓋率ζ值為75﹪～85﹪，穩(wěn)定側(cè)護(hù)板覆蓋率為60﹪～70﹪。支架控頂距L為支架頂梁長度加頂梁前端與煤壁間距。
次處ζ=(3890 ×1430)/[(3890+300)×(1430+200)]=81﹪
6. 立柱布置
① 立柱數(shù)
此支撐掩護(hù)式支架為四柱
② 支承方式
此處掩護(hù)式支架采用傾斜布置，這樣可以克服一部分水平力，并能提高范圍。一般立柱與頂梁夾角小于30°，前排立柱與豎直平面的夾角小于，后排立柱與垂直平面的夾角小于。
③ 立柱間距
立柱間距的選擇原則為有利于工作部件合理布置的情況下，采用較小的柱間距，立柱間距小，可減小控頂距，但工人行走不便。
其余主要尺寸見下圖所示：
圖2-1
圖 2－2 支架主要尺寸
2.3.2 液壓支架的總體布置
（1） 支架整體機(jī)構(gòu)尺寸的確定
① 按照以前的支架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),確定支架底座長度l=2400mm。
② 按確定四連桿機(jī)構(gòu)尺寸的方法,確定四連桿及掩護(hù)梁。
③ 根據(jù)工作方式及設(shè)備配套尺寸確定頂梁長度 l=5209mm。
④ 確定立柱布置
確定立柱布置可以用類比法,其確定原則考慮支架的穩(wěn)定性及支架的合力作用位置綜合進(jìn)行考慮,我們知道,作用位置超前易產(chǎn)生啃底現(xiàn)象,所以一般盡量使合力位置向后移。支架頂梁只支承兩柱時,上柱窩位置在頂梁后部,一般頂梁前端與后端之比為2.2～2.4:1此處取2.3:1,而下柱窩的位置根據(jù)立柱的角度來定。一般掩護(hù)式支架的立柱與底座垂線的夾角為 q,小于30°。
(2) 側(cè)護(hù)板尺寸的確定
① 頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)向?qū)挾?按支升降高度和移架步距來定。即考慮到一架升起,另一架降柱時,要保證兩側(cè)護(hù)板不離開,同時考慮到支架降柱后要前移,為防止頂梁后部側(cè)護(hù)板離開,所以頂梁側(cè)護(hù)板要加寬,加寬的寬度為頂梁后部起大于一個步距,即大于600㎜。
② 掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的側(cè)向?qū)挾?主要考慮移架步距,一般比一個步距大100mm,即側(cè)護(hù)板寬度大于700mm,當(dāng)一架固定另一架前移時,兩架支架之間能封閉.同時又考慮到降架前移時,原不動支架的掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板不至于離開,所以掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板下部要加寬。
③ 頂梁與掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的上部寬度,與活動側(cè)護(hù)板行程有關(guān).
④ 頂梁和掩護(hù)梁的連接部位及側(cè)護(hù)板在次的連接部位,在考慮動作可靠的情況下,盡量減小間隙,加強(qiáng)密封性。
2.3.3 支架的主要結(jié)構(gòu)
(1) 前梁
前梁為一鋼板焊接件，它可以向上擺動15°，向下擺動15°，從而改善了前梁與頂板的接觸狀況。
采高大于2.5m的支架，為了防止煤壁片幫和房子煤壁向人行道一側(cè)片落，保護(hù)人的安全，一般要采用護(hù)幫裝置。本支架采用四連桿回轉(zhuǎn)式護(hù)幫裝置，該裝置由長桿、短桿、護(hù)幫板和前梁組成四連桿機(jī)構(gòu)，能使護(hù)幫板回轉(zhuǎn)180°，支護(hù)頂板時的支撐力能達(dá)到10～20kN。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
(2) 主頂梁
頂梁用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板，承受頂板壓力，將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。
圖 2-3 頂梁筋板焊接方式
這里采用前后鉸接式頂梁。整個頂梁分前梁和主頂梁兩部分。前梁由前梁千斤頂支撐，對頂板的適應(yīng)性較好。鉸接前梁端部的支撐力決定于前梁千斤頂?shù)闹瘟?。一般梁的支撐力，未伸出前?00~160kN。
主頂梁為焊接箱式結(jié)構(gòu)。中間以兩根主骨架為主體，在主骨中焊接四個柱窩。在頂梁兩側(cè)裝有側(cè)護(hù)板，根據(jù)工作面方向不同可使一側(cè)固定，另一側(cè)活動。要使側(cè)護(hù)板固定，只要把彈簧套筒收回，用銷子銷在銷孔中。為了防止銷子脫出，用擋板固定。如果銷不住，側(cè)護(hù)板就在彈簧作用下伸出。頂板采用的鋼板厚度為30mm，筋板厚度為30mm。
(3) 掩護(hù)梁
掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座。還承受對支架水平作用力及偏載扭矩。掩護(hù)梁和頂梁（包括活動側(cè)護(hù)板）一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸性能。
掩護(hù)梁為款面板式箱形結(jié)構(gòu)件。焊接方式與頂梁相似，掩護(hù)梁上鉸接座與頂梁鉸接，下端通過前、后連桿與底座鉸接。掩護(hù)梁上的側(cè)護(hù)板的裝配方式與頂梁相同。
(4) 底座
底座為支架的其它結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)，與前、后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)，將立柱和前、后連桿傳遞的頂板壓力傳給底板。
本底座是由鋼板焊接成的箱形整體結(jié)構(gòu)。在底座前端中間焊接有過橋它可以起到對底座的加強(qiáng)作用，另外還要用于固定推移千斤頂，將其一端固定在底座上。除了滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，對底板不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對底板的接觸比壓要??；有足夠的空間安裝立柱液壓控制裝置，推移裝置和其它輔助裝置；便于人員操作行走，起一定的擋煤作用，考慮排煤能力，有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性能等。采用整體式底座：這種底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小，底座的前端做成滑靴形，以減小支架的移動阻力，同時底座后部重量大于前部避免移架時底座啃底，底座與立柱之間連接處用鑄剛球面柱窩接觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷柱限位，防止立柱脫出柱窩。在整體式底座后部中間底板去掉一塊，增加底座后部比壓，同時有利排煤。
(5) 立柱
該立柱為一單伸縮雙作用油缸，為了適應(yīng)頂?shù)装宓淖兓透纳破涫芰顩r，立柱兩端均采用球面結(jié)構(gòu)，以便更好地承受頂板壓力。
為了補(bǔ)充立柱液壓行程的不足，加設(shè)有機(jī)械加長段。在煤層厚度變化不大的工作面，可在安裝時一次將加長桿調(diào)節(jié)到所需要的高度，在回采工作中可不再調(diào)節(jié)加長桿的長度。加長桿的調(diào)節(jié)長度為900mm，分3擋，每擋300mm。
加長桿的拉出辦法：
① 根據(jù)采高的要求首先確定加長桿所需伸出的長度，然后把操縱閥打到升柱位置，伸出長度稍大于所需長度；
② 用單體支柱或圓木撐住頂梁；
③ 拆卸開口銷、銷軸、擋套和卡環(huán)；
④ 把操縱閥打到降柱的位置，使立柱下降，加長桿即可伸出，直到所需要的高度；
⑤ 裝上卡環(huán)、擋套和銷軸及開口銷。
縮短加長桿的方法：
① 決定了縮短加長桿的數(shù)值以后，調(diào)節(jié)活柱高度，使加長桿的銷軸中心高于導(dǎo)向套頂端的距離；
② 用單體支柱或圓木撐住梁頂；
③ 拆除開口銷、銷軸、擋套和卡環(huán)、
④ 伸出活柱，使加長桿縮進(jìn)活柱套管，直到所需的高度；
⑤ 裝上卡環(huán)、擋套、銷軸和開口銷。
圖 2－4 帶機(jī)械加長的雙作用單伸縮立柱
1－機(jī)械加長段；2－卡環(huán)；3－擋套；4－開口銷；5－活柱；6－ 缸體； 7－活塞；
圖 2－5(a) 立柱的缸口結(jié)構(gòu)
1－橡膠防塵圈；2－導(dǎo)向環(huán)；3－擋圈；4－蕾型圈；5、6－O型圈和擋圈；7－方形鋼絲
圖 2－5（b） 立柱活塞部分結(jié)構(gòu)
1－活柱；2－限位套；3－活塞頭；4－導(dǎo)向環(huán)；5－鼓形密封圈；6－內(nèi)卡鍵；
7－外卡鍵；8－卡箍；
(6)千斤頂
在ZFS4000/14/28型液壓支架上有推移千斤頂、護(hù)幫千斤頂、側(cè)推千斤頂、前梁千斤頂?shù)?。都是采用外供液固定活塞式千斤頂?
圖 2－6 推移千斤頂結(jié)構(gòu)圖
1－活塞桿；2－防塵圈；3－鋼絲擋體；4－蕾型圈；5、6－O型圈、擋圈；7－管接頭；8－活塞頭；9－O型圈；10－蕾型密封圈；11－擋圈；12－壓緊帽；13－缸體
2.3.7 主要參數(shù)的確定
1．支護(hù)面積：
支架得支護(hù)面積按如下進(jìn)行計(jì)算
Fc = B(L + m)
Fc： 支護(hù)面積（㎡）
L： 頂梁長度（m）
m: 移架后頂梁前端至煤壁的距離，一般m=284mm
則 Fc＝1430×（3890＋300）
＝5991700mm
＝5.99㎡
2．支護(hù)強(qiáng)度
支護(hù)強(qiáng)度是指支架對單位面積頂板提供的工作阻力，按下式計(jì)算：
q=
式中 P——立柱總工作阻力(N)；
K——支護(hù)效率；
L——支架中心距(mm)；
L——梁端距(mm)；
L——頂梁長度(mm)。
K按下式計(jì)算：
K=
Q——支架對頂板的垂直作用合力
支撐式支架K＝1