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中 國(guó) X X 大 學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
姓 名： 學(xué) 號(hào)：
學(xué) 院：
專 業(yè)：
設(shè)計(jì)題目： ZZ5600-25-47支撐掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)
專 題：
指導(dǎo)教師： 職 稱：
20** 年 6 月
摘 要
本論文的內(nèi)容是支撐掩護(hù)式液壓支架的總體設(shè)計(jì)。論文主要闡述了一般支撐掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：選架型、總體設(shè)計(jì)、主要零部件的設(shè)計(jì)、主要零部件的校核和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)合了垛式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)。所以，支撐掩護(hù)式液壓支架具有以上兩者所具有的優(yōu)點(diǎn)。
液壓支架作為回采工作面的一種支護(hù)設(shè)備，液壓支架在工作過程中能否取得良好的支護(hù)效果，取決于支架的架型，結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)。首先，通過作圖確定支架的四連桿機(jī)構(gòu)各桿系的長(zhǎng)度；然后，以力學(xué)模型為依據(jù)，分析了液壓支架的頂梁、掩護(hù)梁上載荷的作用機(jī)理，得到了較為合理的支架載荷的計(jì)算公式；其次，結(jié)合設(shè)計(jì)的支架，從平面和空間兩方面對(duì)支架主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行受力分析；最后對(duì)支架主要結(jié)構(gòu)件、連接銷軸進(jìn)行強(qiáng)度校核,并畫出所有的機(jī)械圖。
關(guān)鍵詞：支撐掩護(hù)式支架； 頂梁； 四連桿； 強(qiáng)度
ABSTRACT
The content of my paper is the overall design of support-sheild Hydraulic support. This paper mainly expounds the design process of the general support-sheild hydraulic support . What contents of this design include: choose the type, overall design, the design of the mainly parts, the checking of the mainly parts and the design of the Hydraulic system .
The support-shield combines the features of the support and the shields. So it possesses the advantages of both.
As the equipment of support and protection in the mine,whether the hydraulic support works well bases on its support type, structure and relevant parameters.Firstly, the length of every pole of the leading four-bar mechanism are determined by painting, secondly, basing on the mechanic model , the reasonable computational formula of the support load is decided by analysing the mechanism of the top-beam and the load on shield-beam. Thirdly, with the of design of hydraulic support, the main mechanics of hydraulic support is analyzed and calculated by plane and spatial model. Finally, the maily structure and the connection pin shaft are checked by calculation. And draw out all the process drawings.
Key words: support-shield hydraulic support; top-beam; four-bar links; strength
目 錄
1支撐掩護(hù)式液壓支架概述 1
1.1 液壓支架的用途 1
1.2液壓支架的工作原理 1
1.2.1支架自由度計(jì)算 1
1.2.2支架升降 1
1.2.3 支架移動(dòng)和推移輸送機(jī) 3
1.3 液壓支架的分類 3
1.4 液壓支架的組成 4
1.4.1 頂梁 4
1.4.2 底座 5
1.4.3 立柱 5
1.4.4 掩護(hù)梁 5
1.4.5 活動(dòng)側(cè)護(hù)板 5
1.4.6 連桿 5
1.4.7操縱控制系統(tǒng) 6
1.5 液壓支架的設(shè)計(jì) 6
1.5.1 設(shè)計(jì)目的 6
1.5.2 對(duì)液壓支架的基本要求 6
1.5.3 設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(shù) 7
1.5.4堅(jiān)硬頂板的液壓支架設(shè)計(jì) 7
1.6 液壓支架的設(shè)計(jì)動(dòng)向 8
2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
2.1 液壓支架基本尺寸的確定 10
2.1.1 支架高度和伸縮比 10
2.1.2 支架中心距 11
2.1.3 支架間距的確定 11
2.2 支架整體機(jī)構(gòu)尺寸確定 11
2.2.1底座長(zhǎng)度 11
2.2.2確定四連桿機(jī)構(gòu) 11
2.2.3確定頂梁的長(zhǎng)度 17
2.2.4液壓支架的性能參數(shù) 18
2.2.5立柱布置 19
2.2.6覆蓋率 20
2.2.7支架立柱的計(jì)算 20
2.3 立柱的參數(shù)計(jì)算 21
2.3.1 立柱的初撐力 21
2.3.2 立柱的工作阻力 22
2.4 千斤頂參數(shù)確定 22
2.4.1移架千斤頂?shù)某叽?22
2.4.2前梁千斤頂參數(shù) 23
2.4.3側(cè)推千斤頂參數(shù) 23
2.4.4護(hù)幫千斤頂參數(shù) 24
2.5 底座接觸比壓的計(jì)算 24
2.6 液壓支架的主要技術(shù)參數(shù) 25
3液壓支架的受力分析及校核 26
3.1液壓支架整體受力分析 27
3.2液壓支架的底座分析 30
4 液壓支架部件的安全強(qiáng)度校核 32
4.1 液壓支架在強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度條件 32
4.2 液壓支架的強(qiáng)度校核 33
4.2.1 頂梁強(qiáng)度的校核 33
4.2.2 掩護(hù)梁強(qiáng)度的校核 37
4.2.3 底座強(qiáng)度的校核 38
4.2.4 立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算 41
4.2.5 頂梁耳板的強(qiáng)度校核 44
4.2.6 前連桿與底座的銷軸校核 45
4.2.7 掩護(hù)梁與頂梁的銷軸校核 45
4.2.8 后連桿與底座的銷軸校核 46
4.3 液壓系統(tǒng)的控制方式 46
5 液壓支架的操作和維護(hù) 47
5.1 液壓支架的操作管理事項(xiàng) 47
5.2 液壓支架維護(hù)和管理的具體內(nèi)容 47
結(jié) 論 48
參考文獻(xiàn) 49
翻譯部分
英文原文 50
中文譯文 57
致 謝 63
1 支撐掩護(hù)式液壓支架概述
1.1 液壓支架的用途
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(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是一高壓液體作為動(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、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。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)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
液壓支架的主要?jiǎng)幼饔猩?、降架、推移輸送機(jī)和移架。這些動(dòng)作是利用乳化液泵站提供的高壓液體，通過液壓控制不同功能的液壓缸來完成的。每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，如圖1－1所示，其中液控單向閥和安全閥設(shè)在架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架操作。
1.2.1支架自由度計(jì)算
低副是指兩個(gè)構(gòu)件參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面面接觸的運(yùn)動(dòng)副。
高副是指點(diǎn)接觸或線接觸的運(yùn)動(dòng)副。
運(yùn)動(dòng)副是指兩構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成的可動(dòng)連接。
式中
n為機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目。
為機(jī)構(gòu)的低副數(shù)目。
為機(jī)構(gòu)的高副數(shù)目。
1.2.2支架升降
支架的升降依靠立柱2的伸縮來實(shí)現(xiàn)，其工作過程如下：
1、初撐
操縱閥8處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥6進(jìn)入立柱的下腔，同時(shí)立柱的上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當(dāng)頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的工作壓力后，操縱閥置于中位，液控單向閥6關(guān)閉，從而立柱下腔液體被封閉，這就是支架的初撐階段。
2、承載
支架初撐后，進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對(duì)支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴(kuò)張，這一過程就是支架的增阻過程。當(dāng)下腔液體的壓力超過安全閥5的動(dòng)作壓力時(shí)，高壓液體經(jīng)安全閥5瀉出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉，停止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過程。此時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。
3、卸載
當(dāng)操縱閥8處于降架位置時(shí)，高壓液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開液控單向閥6，立柱下腔排液，于是立柱卸載下降。
由以上分析可以看出，支架工作時(shí)的支撐力變化可分為三個(gè)階段，如圖1－2，即：開始升柱至單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段，以及安全閥出現(xiàn)脈動(dòng)卸載時(shí)的恒阻階段，這就是液壓支架的阻力－時(shí)間特性。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時(shí)，具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板的有效支撐作用，在達(dá)到額定工作阻力時(shí)，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向 立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實(shí)現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個(gè)重要元件。
1.2.3 支架移動(dòng)和推移輸送機(jī)
支架和輸送機(jī)的前移，由底座3上的推移液壓缸4來完成。
需要移架時(shí)，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進(jìn)入推移液壓缸4的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁。
需要推移輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板，高壓液體進(jìn)入推移活塞缸4的活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點(diǎn)，活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。
1.3 液壓支架的分類
液壓支架按結(jié)構(gòu)形式劃分，可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三類。
1、支撐式支架
支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點(diǎn)是：立柱多，支撐力大，切頂性能好；頂梁長(zhǎng)，通風(fēng)斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。
支撐式支架有垛式和節(jié)式之分。
（1）節(jié)式
節(jié)式支架由2～4個(gè)框架組成，用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)互相聯(lián)系，交替前進(jìn)，
（2）垛式
整個(gè)支架為一整體結(jié)構(gòu)，整體移動(dòng)，通常有4～6根立柱，可以支撐堅(jiān)硬與極堅(jiān)硬的頂板。
2、掩護(hù)式支架
掩護(hù)式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護(hù)梁來防止巖石落入工作面。其特點(diǎn)是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距小；由前后連桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)使抗水平力的能力增強(qiáng)，立柱不受橫向力；而且使板前端的運(yùn)動(dòng)軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化??；架間通過側(cè)護(hù)板密封，掩護(hù)性能好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的頂板。
3、支撐掩護(hù)式支架
支撐掩護(hù)式支架具有支撐式的頂梁和掩護(hù)式的掩護(hù)梁，它兼有切頂性能和防護(hù)作用，適于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。
根據(jù)使用條件，支撐掩護(hù)式支架的前、后排立柱可前傾或后傾，傾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架適用于薄煤層。
1.4 液壓支架的組成
液壓支架由以下六個(gè)主要部分組成：
頂梁、底座、立柱、掩護(hù)梁、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、推移機(jī)構(gòu)、操縱控制系統(tǒng)。
1.4.1 頂梁
用途：
1、用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板；
2、承受頂板的壓力；
3、．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。
要求：
1、頂梁應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即使在接觸應(yīng)力分布不均勻的情況下也不致被壓壞；
2、頂梁應(yīng)有足夠的剛度，以承受扭力；
3、頂梁對(duì)頂板的覆蓋率高；
4、頂梁能適應(yīng)頂板的起伏變化。
1.4.2 底座
用途：
1、為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)；
2、與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)；
3、將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。
要求：
1、底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度；
2、底座對(duì)底板的起伏變化適應(yīng)性好；
3、底座與底板的接觸面積大，以減小底座對(duì)底板的接觸比壓，避免支架陷入底板；
4、底座應(yīng)有足夠的地方來安設(shè)立柱、推移裝置以及液壓控制裝置；
5、底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到老塘中。
1.4.3 立柱
用途：
1、支撐頂梁，承受載荷的作用；
2、調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的高度滿足工作面的要求；
3、立柱設(shè)置有大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。
1.4.4 掩護(hù)梁
用途：
1．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；
2．掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩；
3．掩護(hù)梁和頂梁（包括活動(dòng)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)和擋矸能力。
1.4.5 活動(dòng)側(cè)護(hù)板
用途：
1、消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落的矸石進(jìn)入支護(hù)空間；
2、作為支架移架過程中的導(dǎo)向板；
3、防止支架降落后傾倒；
4、調(diào)整支架的間距。
1.4.6 連桿
前后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。其四連桿機(jī)構(gòu)的作用：
1、通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使用使支架前端頭離煤距離大大減小，提高了管理頂板性能；
2、能承受較大的水平力。
1.4.7操縱控制系統(tǒng)
液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。
對(duì)于液壓支架的操縱控制系統(tǒng)傳動(dòng)裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備外形尺寸小，能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；在爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證安全工作；動(dòng)作迅速；操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單；過載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單。
容積式液壓傳動(dòng)可最大限度的滿足這些要求，因此，所有液壓支架均采用這種傳動(dòng)。
1.5 液壓支架的設(shè)計(jì)
1.5.1 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(duì)煤炭日益增長(zhǎng)的需求，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（簡(jiǎn)稱綜采工作面）。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見對(duì)液壓支架的需求量是很大的。
由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)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(gè)環(huán)節(jié)。
1.5.2 對(duì)液壓支架的基本要求
1．為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，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100左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100～150，中厚煤層一般為150～250，厚煤層一般為300～400。
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．支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。
9．要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。
10．在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架的重量。
11．要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
12．液壓元件要可靠。
1.5.3 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?，?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，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。
4．底板巖性和小時(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)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。
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)方式來計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。
1.5.4堅(jiān)硬頂板的液壓支架設(shè)計(jì)
堅(jiān)硬頂板工作面頂板不易冒落，直接頂或基本頂懸頂時(shí)間長(zhǎng)。一但冒落，瞬間頂板壓力顯著增大，支架立柱安全閥來不及釋放，立柱可能遭破壞。因此，對(duì)堅(jiān)硬頂板液壓支架設(shè)計(jì)的要求是：
1、根據(jù)直接頂和基本頂?shù)膸r性、分類級(jí)別、截高及配套設(shè)備，確定支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力，支架要有足夠切頂能力。
2、應(yīng)盡量減小掩護(hù)梁長(zhǎng)度，增大掩護(hù)梁與水平夾角，減小掩護(hù)梁在水平線上的投影長(zhǎng)度。如有的支架在低位狀態(tài)時(shí)，掩護(hù)梁與垂線夾角仍有30左右，相當(dāng)于一般支架在高位狀態(tài)時(shí)的掩護(hù)梁夾角。如果在工作高度時(shí)，掩護(hù)梁大部分都能被頂梁所遮蓋是較為理想的。另外，掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除保證必要的強(qiáng)度和剛度之外，還要具有抗沖擊能力。
3、支架掩護(hù)梁間的密封可嚴(yán)些，頂梁架間密封要求不十分嚴(yán)格，因?yàn)轫斄洪g漏矸的可能性較小。
4、支架立柱應(yīng)設(shè)置大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。為此，安全閥流量的選擇應(yīng)考慮立柱缸徑、沖擊載荷來壓程度。對(duì)于有沖擊載荷的頂板，如不采取頂板處理措施，立柱應(yīng)安設(shè)置一大一小兩個(gè)安全閥以確保支架的安全
5、考慮沖擊載荷影響，支架結(jié)構(gòu)件安全系數(shù)應(yīng)提高，至少應(yīng)比通常支架安全系數(shù)提高20%。
6、應(yīng)考慮支架可能承受的水平方向沖擊力。支架結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，摩擦系數(shù)取值應(yīng)考慮f=0.3時(shí)水平力對(duì)支架強(qiáng)度的影響。
1.6 液壓支架的設(shè)計(jì)動(dòng)向
21 世紀(jì)是以網(wǎng)絡(luò)信息為代表高科技迅猛發(fā)展的新時(shí)期，也是是煤礦以高效集約化生產(chǎn)為特征的新時(shí)期，為了滿足高產(chǎn)綜采工作面生產(chǎn)發(fā)展的需要，就煤炭綜采而言，國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó)家從未停止過依靠更大的技術(shù)投入取得采煤更高經(jīng)濟(jì)效益的努力。我們也必須抓緊研制和推廣電液控制系統(tǒng)。液壓支架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后，就可有效地克服上述缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)支架的電液控制，而且有多種控制方式可供選擇，人員可在較安全的地方集中對(duì)整個(gè)工作面的支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或程序控制?，F(xiàn)在世界上已經(jīng)有70 多個(gè)電液自動(dòng)化控制工作面。工作面的技術(shù)設(shè)備又正在以迅猛之勢(shì)向前發(fā)展。我們不能依賴?yán)蠈?shí)進(jìn)口，我們要自己研制，否則和我國(guó)產(chǎn)煤大國(guó)的地位也是極不相稱的。
我國(guó)液壓支架經(jīng)過20 多年的發(fā)展， 盡管取得了顯著成績(jī)， 在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸、甚至班產(chǎn)超萬噸的記錄， 但總體水平與世界先進(jìn)采煤國(guó)家仍存在一定差距。在支架架型功能上我國(guó)與國(guó)外相差無幾， 有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處， 但國(guó)產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低， 電液控制閥可靠性差，所用鋼材一般為16Mn ，最好的屈服極限才700 ， 液壓系統(tǒng)壓力在35 以下，流量在200 以內(nèi)，供液管Φ25～Φ32 ，回液管Φ25～Φ50 ， 最快移架速度10～12 (井下實(shí)際應(yīng)用有時(shí)在20 以上) ， 工作阻力更是相對(duì)較低。
今后10 年， 我國(guó)的液壓支架將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快(6～8) 和電液控制閥的方向發(fā)展， 對(duì)有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力， 盡量采用整體可靠推桿和抬底座機(jī)構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。另外，將普遍采用額定壓力為40 、額定流量為400 的高壓大流量乳化液泵站， 以適應(yīng)快速移架的需要； 系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供液， 保證支架有足夠的壓力達(dá)到初撐力，保證支架接頂位置準(zhǔn)確。ZY 兩柱掩護(hù)式支架的比重將大大增加， 缸徑將增至Φ360 ， 端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。所以，今后除應(yīng)繼續(xù)針對(duì)我國(guó)國(guó)情和煤層具體條件，開發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)在改進(jìn)支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。
作為一種回采工作面的支護(hù)設(shè)備，液壓支架的架型、結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù)，必須與回采工作面的頂、底板條件和煤層條件相適應(yīng)，才能取得良好的支護(hù)效果。由于地下開采條件的復(fù)雜性和多樣性，因此，盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)液壓支架己經(jīng)過了近半個(gè)世紀(jì)的研究和應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)十種不同的結(jié)構(gòu)架型，但至今為止，也僅能在緩傾斜中厚以下煤層中獲得了較為成功的應(yīng)用，對(duì)于傾斜、急傾斜或厚煤層中的液壓支架尚處在研究和試驗(yàn)階段。即使對(duì)于緩傾斜中厚煤層的液壓支架，其結(jié)構(gòu)、性能與控制方式如何更適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件，仍需不斷的改進(jìn)和研究。目前，液壓支架設(shè)計(jì)研究取得重要進(jìn)展，主要在以下方面：
1、設(shè)計(jì)理論和方法有了突破。煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所對(duì)支架力學(xué)持性進(jìn)行了深入的研究，提出了液壓支架三維力學(xué)模型的計(jì)算方法，克服了傳統(tǒng)平面力系計(jì)算方法的缺陷，提出了液壓支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，開發(fā)出液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算通用軟件系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用，使我國(guó)液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算提高到一個(gè)新水平。
2、完成液壓支架計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)的研究。把有限元方法成功地用于液壓支架的研究，建立了液壓支架整體有限元模型，開發(fā)出SSTS液壓支架模擬試驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真軟件系統(tǒng)，大大提高了液壓支架設(shè)計(jì)的可靠性，廣泛應(yīng)用于液壓支架設(shè)計(jì)研究，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平， 為我國(guó)液壓支架打入國(guó)際市場(chǎng)發(fā)揮了重要作用。
3、技術(shù)規(guī)范和標(biāo)淮化建設(shè)取得重要進(jìn)展。我們已先后制定液壓支架系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)17項(xiàng)，成為國(guó)際上液壓支架標(biāo)準(zhǔn)較完善的國(guó)家之一，促進(jìn)了液壓支架技術(shù)的發(fā)展。
4、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)有了較大發(fā)展。開發(fā)了CAD工作站和微機(jī)CAD系統(tǒng)，建成了較完整的液壓支架數(shù)據(jù)庫和通用件國(guó)庫，并正在逐步實(shí)現(xiàn)支架設(shè)計(jì)CAD化。
5、液壓支架控制系統(tǒng)有了重大進(jìn)步。根據(jù)我國(guó)國(guó)情研制的全液壓手動(dòng)控制快速移架系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使支架降、移、升速度大幅度提高，由過去的20～ 30，提高到9～12。
6、新架型研制成績(jī)顯著，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善。新型高可靠性支架，反向四連桿高產(chǎn)高效低位放頂煤支架，適應(yīng)中小煤礦的單一煤層開采用輕型支架和輕型單擺桿放頂煤支架均取得成功。
基于以上進(jìn)展，液壓支架的研究與發(fā)展方向是：
1、在己有支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究支架的智能化設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)一步提高支架設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可靠性和結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化性。
2、研究特殊煤層使用的液壓支架，以適應(yīng)不同的開采條件。
3、研究新型元件與材質(zhì)，以減輕支架重量，提高支架的性能和使用壽命。
4、研究支架的遙控、程序控制和性能自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為回采工作面的半自動(dòng)化與自動(dòng)化創(chuàng)造條件。
2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 液壓支架基本尺寸的確定
2.1.1 支架高度和伸縮比
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)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大和最小高度為：
式中
—支架最大高度， ??；
—支架最小高度 ；
—煤層最大高度，??；
—煤層最小高度，??；
—考慮偽頂，煤皮冒落后，仍有可靠初撐力所需要的支撐力高度，一般最200～300，取??；
—頂板最大下沉量，一般100～200mm，??；
a—移架時(shí)支架的最大可縮量，一般??；
δ—浮矸石，浮煤厚度，一般取；
支架伸縮比
一般范圍內(nèi)采用單伸縮立柱。
2.1.2 支架中心距
考慮液壓支架配套使用SGZ-960/2*700型刮板輸送機(jī)，我國(guó)刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5，千斤頂連接塊位置在每節(jié)溜槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架之外，支架間距一般為1.5。
2.1.3 支架間距的確定
所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離，按下式計(jì)算
側(cè)護(hù)板的行程一般為170～200。
2.2 支架整體機(jī)構(gòu)尺寸確定
2.2.1底座長(zhǎng)度
底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的部件。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)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，等等。通常，掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取3.5倍的移架步距（一個(gè)移架步距為0.6）,既2.1左右；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距，即2.4左右。
因此，取底座長(zhǎng)度為3500。
2.2.2確定四連桿機(jī)構(gòu)
(1)四連桿機(jī)構(gòu)的作用
1) 梁端護(hù)頂 通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。
2）擋矸 鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破粹巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般作為整體箱型構(gòu)件，具有一定的強(qiáng)度。由于它處在隔空采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用。
(2)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征
1、支架從最高高度降到最低高度時(shí)，如圖2－1所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度，最好為30以下。
圖2-2 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征
2、支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，如圖2－1所示，應(yīng)滿足以下要求：
支架在最高位置時(shí)，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時(shí)，應(yīng)使為宜，而Q角主要考慮掩護(hù)梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取。在特殊情況下需要較小角度時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。
3、由圖2-1可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)E’和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線的夾角為Q，設(shè)計(jì)時(shí)，要使范圍內(nèi)，主要原因是Q角直接影響附加力Qy的數(shù)值大小。
4、支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖2－1所示的h段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢(shì)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老塘，同時(shí)底板陰止底座向后移；使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了前梁端部的支護(hù)力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架，再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由掩護(hù)梁來地克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。
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)的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使支架的工作段要取曲線向前凸的一段，所以當(dāng)已知掩護(hù)和后連桿的長(zhǎng)度后，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，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)，進(jìn)行作圖計(jì)算就可以了，其掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖2－2所示。
從圖2－2可以看出，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長(zhǎng)度和位置就可以了，其具體作法是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后連桿，使支架最高位置時(shí)的E’點(diǎn)向下作近似直線運(yùn)動(dòng)，在掩護(hù)梁上定有一點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中有一段近似圓弧軌跡。只要找到這個(gè)圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長(zhǎng)度了。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)所作的運(yùn)動(dòng)軌跡上，任找?guī)c(diǎn)，把掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)連線的垂直平分線所交的點(diǎn)為前連桿的下鉸點(diǎn)，這樣四連桿機(jī)構(gòu)就可以確定了
(3)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法
首先用解析法確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖2－3所示。
—掩護(hù)梁長(zhǎng)度；
—后連桿長(zhǎng)度；
—E’點(diǎn)垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距；
—支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；
—支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度；
從幾何關(guān)系可以列出:
將以上兩式聯(lián)立解得：
按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度，
選定：；
；
；
。
支架在最高位置時(shí)的值為：
因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為：
后連桿長(zhǎng)度為：
前后連桿上鉸點(diǎn)之間的距離為：
一般，
具體作圖步驟如下：
1、確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它大體比底座略高，一般為200～250。
2、過O點(diǎn)作水平線H－H線與底座相平行。
3、過O點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。
4、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓，與該直線相交于A點(diǎn)，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)。
5、過A點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。
6、以A點(diǎn)為圓心，以L為半徑作圓，與該直線相交于點(diǎn)，即為掩護(hù)梁、與頂梁的鉸點(diǎn)。
7、過點(diǎn)作一條直線與水平線H－H平行的F－F直線，則H－H線與F－F線的距離為h，即為液壓支架最高位置的計(jì)算高度。
8、以A點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，，即為前連桿的上鉸點(diǎn)。
9、過點(diǎn)作F－F線的垂線。假設(shè)在液壓支架升降過程中，點(diǎn)近似在此直線上滑動(dòng)。
10、在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)為。
11、取 中點(diǎn)為點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。
12、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓弧。
13、以點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。
14、以點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。
15、并以點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，與 相交于點(diǎn)。以點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，與相交于點(diǎn)。即、、 三個(gè)點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)的前連桿的上鉸點(diǎn)。
16、連接、，為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)，后連桿的位置。
17、分別作 和的垂直平分線交于點(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，為前連桿的長(zhǎng)度。
16、過點(diǎn)向H－H線作垂線，交于點(diǎn)。則、、、為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。
按以上步驟作圖。
2.2.3確定頂梁的長(zhǎng)度
頂梁長(zhǎng)度：
式中：
B—液壓支架的配套尺寸；
液壓支架的配套設(shè)備有：MG650/(500,400)/1630(1330,1130)-WD型采煤機(jī)，SGZ960/2*270型刮板輸送機(jī)。
A—后連桿長(zhǎng)度，??；
G—掩護(hù)梁長(zhǎng)度，??；
e—支架由高到低頂梁前端最大位移量，?。?
C—梁端距, ??；
考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距。中厚煤層液壓支架梁端距在280～340，取 ；
—液壓支架在最高位置時(shí)，后連桿與水平面的夾角。
由前面知，
—液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與水平面的夾角。
由前面知，
取
2.2.4 液壓支架的性能參數(shù)
(1)液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度
支護(hù)強(qiáng)度：
式中：
K—作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，一般為5～8。
取
M—截割高度，m。取最大截割高度，
—巖石密度，一般取
=0.7 MPa
(2)液壓支架的工作阻力
支架支撐頂板的有效工作阻力為：
式中：
Fc—支架的支護(hù)面積，
式中：
L—支架頂梁長(zhǎng)度， ；
C—梁端距， ?。?
B—支架頂梁寬度， ??；
K—架間距， 。
(3)液壓支架的初撐力
初撐力的大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響。較大的初撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。但對(duì)乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為（0.6～0.8）倍的工作阻力。
(4)液壓支架的移架力和推溜力
移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)等有關(guān)。一般中厚煤層支架的為移架力150～300 ，取移架力為 250 ；
推溜力一般為100～150 ，取推溜力為150 。
2.2.5 立柱布置
該液壓支架采用單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)桿立柱，立柱數(shù)目為4。
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、行人和部件合理布置。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為1～1.5。本支架立柱間距選1.5。
2.2.6覆蓋率
支架覆蓋率是頂梁接觸頂板的面積與支架支護(hù)面積之比值，即
=86％ （合適）
覆蓋率的大小與頂板性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于不穩(wěn)定頂板δ不小于85％——95％；中等穩(wěn)定頂板δ不小于75％——85％；穩(wěn)定頂板δ不小于60％——70％。否則會(huì)引起冒頂。
2.2.7支架立柱的計(jì)算
在液壓支架的總體設(shè)計(jì)中，除了頂梁、掩護(hù)梁、底座的長(zhǎng)度與寬度，立柱布置和連桿機(jī)構(gòu)尺寸，從而形成支架的總體框架結(jié)構(gòu)外，為保證支架安全、可靠地工作和良好的支護(hù)性能，還必須根據(jù)工作和支護(hù)要求，設(shè)置相應(yīng)的立柱和液壓千斤頂。
(1)單伸縮立柱缸徑的確定
立柱的缸體內(nèi)徑按下式進(jìn)行計(jì)算：
式中：D——立柱缸體內(nèi)徑（）
F1——支架承受的理論總載荷力（）
n——每架支架立柱數(shù)
Pa——安全閥調(diào)正壓力（）
α——立柱最大傾角（°）
本支架中，=4000kN，=4，=40MPa， =6°，帶入數(shù)據(jù)得：
所以，立柱缸徑取220。
根據(jù)計(jì)算值，依據(jù)MT/T94-1996液壓支架立柱及活塞桿外徑系列，從表4-1中選取比計(jì)算值大的標(biāo)準(zhǔn)作為內(nèi)徑。
單伸縮立柱尺寸如下：
外缸內(nèi)徑：220；
活柱內(nèi)徑：170；
缸筒材料采用27SiMn無縫鋼管。
(2)泵站壓力和立柱安全閥的調(diào)整壓力
本設(shè)計(jì)選用XXB2B型乳化液壓泵，泵站的壓力確定按產(chǎn)品目錄規(guī)定的泵站壓力，一般選31.5Mpa，計(jì)算時(shí)考慮損失按31 Mpa進(jìn)行計(jì)算。
安全閥的調(diào)整壓力，按選定后的立柱缸體內(nèi)徑和支架承受的理論支護(hù)阻力；來確定。即：
式中的按下式計(jì)算：
式中： ——支架在最高位置時(shí)立柱的傾角（）
帶入數(shù)據(jù)得： (KN)
則：
（MPa）
Pa求出后，即可選出與相近得安全閥，此安全閥得動(dòng)作壓力即支架安全閥得調(diào)整壓力。這里選取YF1B型安全閥。安全閥的調(diào)整壓力40MPa。
2.3立柱的參數(shù)計(jì)算
2.3.1立柱的初撐力
立柱的初撐力：
式中：
—一級(jí)缸內(nèi)徑，??；
—泵站壓力，。
2.3.2立柱的工作阻力
立柱的工作阻力：
式中：
—一級(jí)缸內(nèi)徑，??；
—安全閥額定工作壓力， 。
在0.35～0.7之間滿足要求。
2.4千斤頂參數(shù)確定
2.4.1移架千斤頂?shù)某叽?
推移千斤頂裝在底座內(nèi)，可直接或間接與支架底座和輸送機(jī)相連，是實(shí)現(xiàn)移架和推溜的主要裝置。
為了保證推移千斤頂?shù)囊萍芰Υ笥谕屏锪Γ刹捎没钊酵埔魄Ы镯?、差?dòng)控制回路或千斤頂兩腔不同供液來實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，推移千斤頂活塞桿 (或缸筒)、缸筒 (或活塞桿)可直接與輸送機(jī)和支架底座相連。也可采用在底座和輸送機(jī)間增設(shè)一框架的間接連接形式。從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作使用維修方便的觀點(diǎn)看，浮動(dòng)活塞式與差動(dòng)控制式較好。
在正常工作狀況下，當(dāng)采用先移架、后推溜的即時(shí)支護(hù)的工作方式時(shí)，浮動(dòng)活塞式、差動(dòng)回路式和雙供液式的千斤頂活塞桿均處于伸出狀態(tài)，而框架連接的千斤頂活塞桿則處于縮回狀態(tài)；反之，當(dāng)采用先推溜、后移架的滯后支護(hù)時(shí)，前三種推移裝置的千斤頂活塞桿則處于縮回狀態(tài)，而框架連接的千斤頂活塞桿則處于伸出狀態(tài)。
推移千斤頂采用平面短推桿式方式，其缸體內(nèi)徑為：
（2-12）
式中 —推移千斤頂缸體內(nèi)徑()
—推移千斤頂推力(kN),取=485
則有： ()
查表2-13：取=140，桿徑:85，缸體材料規(guī)格：168*32（）。桿選用85號(hào)鋼。推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距有關(guān)，當(dāng)推移步距為1000時(shí)，推移千斤頂?shù)男谐虨?100。
2.4.2 前梁千斤頂參數(shù)
當(dāng)頂梁較長(zhǎng)，采用前、后梁的鉸接結(jié)構(gòu)時(shí)，需在前、后梁之間裝設(shè)前梁千斤頂，以保持一定的梁端支撐力。通常，前梁千斤頂?shù)幕钊麠U與前梁上的支座鉸接，缸筒與后梁上的支座鉸接，利用杠桿作用使前梁繞前、后梁之間的鉸點(diǎn)上、下擺動(dòng)。千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)長(zhǎng)度可按布置型式和結(jié)構(gòu)確定。
缸體內(nèi)徑：
查千斤頂缸體內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)表 活柱外徑
2.4.3 側(cè)推千斤頂參數(shù)
缸體內(nèi)徑
查缸體內(nèi)徑 ，活柱外徑 。
2.4.4 護(hù)幫千斤頂參數(shù)
缸體內(nèi)徑
查缸體內(nèi)徑 ，活柱外徑 。
2.5 底座接觸比壓的計(jì)算
頂板對(duì)支架的巨大載荷經(jīng)由整臺(tái)支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強(qiáng)度。則在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算底板的比壓。
底座對(duì)底板的比壓值應(yīng)小于底板的抗壓強(qiáng)度，否則底座會(huì)陷入底板，造成移架困難，頂?shù)装逡平吭龃?，支架失穩(wěn)以及支撐力降低等現(xiàn)象。
計(jì)算底板比壓時(shí)，首先要計(jì)算底板與底座的接觸面積。如圖5-7所示，液壓支架底座底板的接觸面積為：
式中 —底座的長(zhǎng)度；
—底座的寬度；
圖5-7 底座面積
然后計(jì)算底座對(duì)底板的平均比壓如下：
2.6液壓支架的主要技術(shù)參數(shù)
液壓支架主要技術(shù)參數(shù)如表2-1所示：
表2-1 ZZ5600/25/47液壓支架性能參數(shù)一覽表
部 件
項(xiàng) 目
技 術(shù) 參 數(shù)
支
架
總
體
性
能
支架高度（m）
2.5～4.7
支架寬度（m）
1.4～1.6
支架中心距 (m)
1.5
工作阻力 (kN)
5600
初撐力 (kN)
4980
支護(hù)強(qiáng)度 (MPa)
0.752
對(duì)底板比壓 (MPa)
1.9
工作壓力 (MPa)
31.5
立
柱
型式
單伸縮加機(jī)械加長(zhǎng)桿
缸/柱徑 (mm)
280/210
行程 (mm)
1365
工作阻力 (kN)
1520
初撐力 (kN)
1216
推移千斤頂
型式
普通
缸/桿徑 (mm)
140/85
行程 (mm)
1100
推輸送機(jī)力 (kN)
485
拉架力 (kN)
360
側(cè)推千斤頂
型式
普通
缸/桿徑 (mm)
80/50
行程 (mm)
150
推力 (kN)
158
拉力 (kN)
108
護(hù)幫千斤頂
型式
普通
缸/桿徑 (mm)
100/70
行程 (mm)
300
推力 (kN)
247
拉力 (kN)
126
前梁千斤頂
型式
普通
缸/桿徑 (mm)
100/70
行程 (mm)
300
推力 (kN)
247
拉力 (kN)
126
配 套
設(shè) 備
采煤機(jī)
MG650/（500.400）-WD
刮板輸送機(jī)
SGZ960/2*700
3 液壓支架的受力分析與校核
支架的受力分析與計(jì)算，是按理論力學(xué)中一物體受幾個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受的合力矩之和為零的原理來進(jìn)行分析和計(jì)算得。所以當(dāng)支架支撐后在處于平衡狀態(tài)時(shí)，取整體或某一部件為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力和合力矩為零。即：滿足靜力平衡的充分必要條件為，各力在x軸上的投影之和為零，各力在y軸上的投影之和為零，各力對(duì)某點(diǎn)取矩之和為零，下面根據(jù)這一理論對(duì)支架進(jìn)行受力分析和計(jì)算。
在支架撐牢在頂?shù)装逯g時(shí)，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平衡狀態(tài)。據(jù)此把支架簡(jiǎn)化為平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。
3.1液壓支架的整體受力分析
當(dāng)支架撐牢在頂?shù)装逯g時(shí)，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平衡狀態(tài)，據(jù)此，把支架簡(jiǎn)化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。
取頂梁為分離體進(jìn)行受力分析，如下圖
式中： ——頂梁所受集中力，KN；
——頂梁千斤頂板摩擦系數(shù)，=0.3；
——前排立柱的合力，=3039.6 KN；
——后排立柱的合力，=3039.6 KN；
——頂梁A點(diǎn)所受水平分力，KN；
——頂梁A點(diǎn)所受垂直分力，KN；
整理得：
=6715.68 （KN）
=1803.06 （KN）
（）
式中：x——后梁集中作用點(diǎn)與頂梁后端之距，；
——掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)與頂梁上表面之距， ；
——前排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁上表面之距， ；
——后排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁上表面之距， ；
——后排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁后端之距， ；
——前排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁后端之距， 。
取掩護(hù)梁為分離體進(jìn)行受力分析
式中： ——后連桿力，KN；
——后連桿與水平面的夾角，61°
——前連桿與水平面的夾角，80°
，→ ，的反作用力。
頂梁載荷分布
在把頂梁所受頂板的載荷求出后，就可以進(jìn)一步計(jì)算出載荷在頂梁上面的分布情況。由于頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實(shí)際分布很復(fù)雜。為計(jì)算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸且載荷為線性分布。
設(shè)頂梁長(zhǎng)為頂板的集中載荷為，其作用點(diǎn)距頂梁一端為x。
圖 頂梁三角形載荷分布
當(dāng)時(shí)，載荷分布為三角形
頂梁前端比壓為零，后端比壓為
—頂梁后端比壓，MPa；
—頂梁寬度，。
代人得：
3.2 液壓支架的底座分析
底座主要尺寸的確定：
底座長(zhǎng)度
通過比較，取底座長(zhǎng)度為3500。
底座寬度
通過比較，取底座寬度為1300。
底座其它尺寸的確定
通過比較，確定立柱下鉸點(diǎn)，連桿下鉸點(diǎn)位置（水平與垂直方向距離）。
取底座為分離體進(jìn)行受力分析，如圖，可求出底板的支撐反力及作用點(diǎn)的位置如下：
式中： —底座集中力大小， （KN）；
—前連桿與水平面的夾角，61°；
—后連桿與水平面的夾角，80°；
—底座集中力距底座后端距離，（mm）；
—前后立柱下鉸點(diǎn)距底座下平面之距， （）；
—前連桿下鉸點(diǎn)距底座下平面之距， （）；
—后連桿下鉸點(diǎn)距底座下平面之距， （）；
—前后連桿下鉸點(diǎn)水平距離， （）；
—前后立柱下鉸點(diǎn)之距， （）；
—后排立柱下鉸點(diǎn)與底座后端之距， （）
4 液壓支架部件的安全強(qiáng)度校核
根據(jù)不同頂板的載荷分布，為保證液壓支架能正常工作，首先必須確定液壓支架的合理工作阻力，然后對(duì)各種支架進(jìn)行受力分析，在受力分析的基礎(chǔ)上，要對(duì)液壓支架的各種部件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確保液壓支架所有部件的強(qiáng)度安全。底座等部件都屬于箱體式焊接結(jié)構(gòu)件，它們的強(qiáng)度都取決于液壓支架工作阻力和鋼板及焊接的許用應(yīng)力。為了保證它們具有足夠的強(qiáng)度，就必須根據(jù)力學(xué)原理進(jìn)行強(qiáng)度校核。
4.1 液壓支架在強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度條件
在液壓支架的研制、試驗(yàn)過程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算是極為必要的。前面的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零部件受力分析和負(fù)荷的計(jì)算方法，但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外載荷特點(diǎn)以及其使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件也是有其特殊性的。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及失效形式等為依據(jù)，隨著時(shí)間的推移，如果上述諸點(diǎn)有變化，強(qiáng)度條件也必須作相應(yīng)調(diào)整。下面簡(jiǎn)單介紹我國(guó)液壓支架強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件：
1 強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限計(jì)算安全系數(shù)。
2 結(jié)構(gòu)件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件：
（1） 各結(jié)構(gòu)件通常采用15CrMo，并由具有保證厚度的鋼板焊接而成，按手冊(cè)中的屈服極限取值。
（2） 主要銷軸均采用CrMo或40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼，按手冊(cè)中的屈服極限取值。
（3） 活塞桿均采用45號(hào)鋼，取屈服極限 。
（4）結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為：
（3－20）
式中 —危險(xiǎn)斷面計(jì)算出的最大應(yīng)力，MPa；
—許用安全系數(shù)。
3 缸體材料采用27SiMn無縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度，強(qiáng)度條件為：
（3-21）
式中 —缸體許用應(yīng)力，MPa；
—許用安全系數(shù)，取3.5～4。
4 焊條抗拉強(qiáng)度取，其強(qiáng)度條件為：
（2-22）
式中 —計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力；
—按焊條類型來定。
5 許用擠壓應(yīng)力按下式計(jì)算：
（3-23）
6 安全系數(shù)
安全系數(shù)如表3－1所示
表3－1 安全系數(shù)表
安全系數(shù)
前梁
頂梁
底座
掩護(hù)梁
前連桿
后連桿
1.1
1.1
1.1
1.3
1.3
1.3
安全系數(shù)
主要軸
缸體
焊縫
活塞桿
1.3
3.3～4
3.3～4
>1.4
4.2 液壓支架的強(qiáng)度校核
4.2.1頂梁強(qiáng)度的校核
頂梁采用15CrMo等普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，并由具有標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋼板焊接而成，取屈服極限 MPa。
畫出頂梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖。
對(duì)各點(diǎn)左右的剪力計(jì)算如下：
A點(diǎn)：
B點(diǎn)：
C點(diǎn)：
D點(diǎn)：
彎矩圖 從A點(diǎn)向C點(diǎn)取矩
A點(diǎn)：
B點(diǎn)：