支撑掩护式液压支架设计实施方案说明书﹎.pdf

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1、个人收集整理仅供参考学习 1 / 87 前言 综合机械化采煤是煤矿技术进步地标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济 效益地重要手段 .实践证明大力发展综合机械化采煤，研制和使用液压支架是十分关键地. 我们 60 年代起支撑式液压支架，至今已能成批制造两柱掩护式和四柱支撑掩护式支架， 这些系列化一般用于缓倾斜中厚煤层及厚煤层分层开采. 至今，我国煤矿中使有地支架类型很多，按照支架采煤工作面安装位置来划分有端头 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地两端. 中 间液压支架是安装在除工作面端头以外地采煤工作面上所地位置地支架.b5E2RGbCAP 目前使用

2、地液压支架分为三类. 即：支撑式液压支架、掩护式液压支架、支撑掩护式 液压支架 . 从架型地结构特点来看，由于架型地不同，它地支撑力分布和作用也不同；从 顶板条件来看，由于直接类别和老顶级别地不同，支架所承受地载荷也不同，所以为了在 使用中合理地选择架型，要对支架地支撑力承载力地关系进行分析，使支架地支撑力能适 应顶板载荷地要求 .p1EanqFDPw 本设计论文则设计层煤厚度在3.60 米到 3.05 米，老顶级别为三级，直接顶类别为一 类地支撑掩护式液压支架地设计.其架型特点支柱两排，每排1 到 2 根.多呈倾斜布置，靠 采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构.安地支撑力大，切顶性能好，防护性

3、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.瓦斯含量较大地中厚 或厚煤层中 .因此本设计设计这类支撑掩护式液压支架.DXDiTa9E3d 个人收集整理仅供参考学习 2 / 87 1.液压支架地概述 1.1 液压支架地组成和用途 1.1.1 液压支架地组成 液压支架由顶梁、底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成. 1.1.2 液压支架地用途 在采煤工作面地煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定地工作空间，保证工 人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护. 而液压支架是以高液体作为动力，由 液压元件与金属构件组成地支护和控制顶板地设备，它能

4、实现支撑、切顶、移架和推移输 送机等一整套工序 . 实践表明液压支架具有支护性能好、强度高，移架速度快、安全可靠 等优点 . 液压支架与可弯曲输送机和采煤机组合机械化采煤设备，它地应用对增加采煤工 作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人地体力劳动和保证安全生产是不可缺少 地有效措施，因此液压支架是技术上先进、经济上合理，安全上可靠、是实现采煤综合机 械化和自动化不可缺少地主要设备.RTCrpUDGiT 1.2 液压支架地组成 液压支架由顶梁、底座、掩护梁、前后连杆、立柱、推移装置、操纵控制系统等部分 组成. 1.2.1 顶梁 作用： 1）用于支撑维护控顶区地顶板. 2）承受顶板地压力 .

5、 3）将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板. 要求： 1）顶梁应有足够地强度，即使在接触应力分布不均匀地情况下也不致被压坏. 2）顶梁应有足够地刚度，以承受扭力. 3）顶梁对顶板地覆盖率高. 4）顶梁能适应顶板地起伏变化. 1.2.2 底座 作用： 1）为支架地其他结构件和工作机构提供安设地基础. 2）与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构. 3）将立柱和前后连杆传递地顶板压力传递给底板. 要求： 个人收集整理仅供参考学习 3 / 87 1）底座应有足够地强度和刚度. 2）底座对底板地起伏变化适应性好. 3）底座与底板地接触面积大，以减小底座对底板地接触比压，避免支架陷入底板. 4

6、）底座应有足够地地方来安设立柱、推移装置以及液压控制装置. 5）底座要能把落入支架内地碎矸排弃到老塘中. 1.2.3 掩护梁 作用： 1）掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座. 2）阻挡并承载采空区冒落地矸石，承受顶板水平推力、侧向力和传递扭转载荷，并 保持支架整体地稳定性 . 3）掩护梁和顶梁（包括侧护板）一起，构成了支架完善地支撑和掩护体，完善了支 架地掩护和挡矸能力 . 1.2.4 前后连杆 前后连杆是四连杆机构中重要地运动和承载部件，与掩护梁和底座地一部分共同组成 四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定. 其四连杆机构地作用： 5PCzVD7H

7、xA 1）通过四连杆机构，使支架顶梁端点地运动轨迹呈近似双纽线，从而使用使支架前 端头离煤距离大大减小，提高了管理顶板性能.jLBHrnAILg 2）能承受较大地水平力 . 1.2.5 立柱 作用： 1）支撑顶梁，承受载荷地作用. 2）调节支架地高度，使支架地高度满足工作面地要求. 3）立柱设置有大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载较大. 1.2.6 推移装置 作用： 1）将输送机推向煤壁，保证作业循环. 2）将液压支架拉向煤壁方向，及时支护顶板. 3）框架或推杆与底座导向通道共同作为支架、输送机移动时地导向，起一定地防滑 作用. 1.2.7 操纵控制系统 液压支架由不同数量地立柱和千

8、斤顶组成，采用不同地操纵阀用以实现升柱、降柱、 移架、推溜等动作 . 虽然支架地液压缸种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元 件地并联系统 .xHAQX74J0X 对于液压支架地操纵控制系统传动装置，应具备以下基本要求： 采用结构简单，设备外形尺寸小，能远距离地传送大地能量； 能承受较大载荷；没有复杂地传动机构；在爆炸危险和含尘地空气里保证安全工作； 动作迅速；操作调节简单；过载及损坏保护简单.LDAYtRyKfE 个人收集整理仅供参考学习 4 / 87 1.2 液压支架地工作原理 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 站供给地高压乳化液通过工作性质

9、不同地几个液压缸来完成地.Zzz6ZB2Ltk 1.2.1 升柱 当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱地活塞腔，另一腔回液，推动活塞 上升，使与活塞杆相连接地顶梁紧紧接触顶板.dvzfvkwMI1 1.2.2 降柱 当需要降柱时，高压液进入立柱地活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶 梁脱离顶板 . 1.2.3 支架和输送机前移 支架和输送机地前移， 都是由底座上地推移千斤顶来完成.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地活 塞腔，

10、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.rqyn14ZNXI 支架地支撑力与时间地曲线，称为支架地工作特性曲线，如图1-1 所示. 图 1-1 支架地工作特性曲线 Fig .1-1 line of support work characteristic 个人收集整理仅供参考学习 5 / 87 t0 初撑阶段； t1增阻阶段； t2恒阻阶段； p1初撑力； p2 工作阻力 支架立柱工作时， 其支撑力随时间地变化过程可分为三个阶段.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， 支架地液控单向阀关闭， 立柱

11、下腔压力达到初撑力， 此阶段为初撑力阶段t0； 支架初撑力后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至增加到支架地安全阀调正压力，立 柱下腔压力达到工作阻力.此阶段为增阻阶段t1；随着顶板压力继续增加， 使立柱下腔压力 超过支架地安全阀压力调正值时，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力减少，立柱 下腔压力降低，当低于安全阀压力调整值后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力地 限止下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段t2.EmxvxOtOco 1.3 液压支架设计目地、要求和设计支架必要地基本参数 1.3.1 设计目地 采用综合机械化采煤机械方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益地必由之

12、路. 为 了满足对煤炭日益增长地需要，必须大量生产综合机械化设备，迅速综合机械化采煤工作 面（简称综合工作面） . 而每个综采工作面平均需要安装150 台液压支架，可见对液压支 架地需要量是很大地 .SixE2yXPq5 由于不同采煤工作面地顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层物理机械性质等地不 同，对不同液压支架地需求也不同. 为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和 不同结构尺寸地液压支架. 因此，液压支架地设计工作是很重要地. 由于液压支架地类很 多，因此其设计工作量也是很大地，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少地一 个环节 .6ewMyirQFL 1.3.2 液压支架地基本

13、要求 1)为了满足采煤工艺及地制条件地要求，液压支架是有足够地初撑力和工作阻力，以 便有效地控制顶板，保证合理地下沉量.kavU42VRUs 2)液压支架要有足够地推溜力和移架力. 推溜力一般力为 100KN 左右；移架力按煤层 厚度而定， 薄煤层一般为 100KN150KN，中厚煤炭一般为 150KN 至 250KN. 厚煤层一般 为 300KN400KN.y6v3ALoS89 3)防止性能要好 . 4)排矸性能好 . 个人收集整理仅供参考学习 6 / 87 5)要求液压支架能保证采煤工作有足够地通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有害气 体等安全方面地要求 . 6)为了操作和生产地需要，要有足

14、够宽地人行道. 7)调高范围要大，照明和通讯方便 8)支架地稳定性要好，底座最大比压要小于规定值. 9)要求支架有足够地刚度，能够承受一事实上不均匀载荷和冲击载荷. 10)在满足强度条件下，尽可能减轻支架重量. 11)要易于拆卸，结构要简单 . 12)液压元件要可靠 1.3.3 设计液压支架必需地基本参数 1)顶板条件 根据老顶和直接顶地分类，对支架进行选型. 2)最大和最小采高 根据最大和最小采高，确定支架地最大和最小高度，以及支架地支护强度. 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

15、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，决定是否选用防滑装置 7)井向罐笼尺寸 根据井向罐笼尺寸，考虑支架地运输外形尺寸. 8)配套尺寸 根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度. 1.4 液压支架地选型 1.4.1 液压支架地支撑力与承载关系 支撑掩护式支架是为了改善上述两类支架地性能和对顶板地适应性而设计地. 主体部 个人收集整理仅供参考学习 7 / 87 分接近垛式，支架后部有四连杆机构和掩护梁，增强了支架地稳定性和防护性，提高了支 架地支护和承载能力 . 所以，此种支架介于以上两种支架地中间状态，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地各种煤

16、层，其受力状况如图1-2 所示 M2ub6vSTnP 图 1-2 支撑掩护式支架地受力状况 Fig.1-2 bracing caving shield pressure 1.4.2 液压支架架型地分类 按照液压支架在采煤工作面安装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地两端.中间液压支架是安装在除工作面 端头以外地采煤工作面上所有位置地支架.0YujCfmUCw 目前使用地液压支架在分三类即：支撑式、掩护式和支撑掩护式支架. 1) 支撑式支架：支撑式支架地架型有垛式支架和节式支架两种型式.如图 1-3，前梁 较长，支柱较多并呈垂直分布，支

17、架地稳定性由支柱地复位装置来保证.因此底座坚固定， 它靠支柱和顶梁地支撑作用控制工作面地顶板，维护工作空间 .顶板岩三石则在顶梁后部切 断垮落 .这类支架具有较大地支撑能力和良好地切顶性能，适用于顶板紧硬完整， 周期压力 明显或强烈，底板较硬地煤层.eUts8ZQVRd 个人收集整理仅供参考学习 8 / 87 a b 图 1-3 a垛式 b节式 Fig.1-3 acorduroy bdivisional 2)掩护式支架： 掩护式支架有插腿式和非插腿式两种型式.如图 1-4 所示顶梁较短， 对 顶板地作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动地能力强；防护性能好调高范围大， 对煤层厚度变化适应性强

18、；但整架工作阻力小，通风阻力大，工作空间小.这类支架适用于 直接顶不稳定或中等稳定地煤层.sQsAEJkW5T a b c GMsIasNXkA 图 1-4 a 插腿式支架 b立柱支在掩护梁上非插腿式支架 c立柱支在顶梁上非插腿式支架 Fig.1-4 asupport b leg piece on support cleg piece on supportTIrRGchYzg 3)支撑掩护式支架：支撑掩护式支架架型主要用：四柱支在顶梁上（如图1-5a，b 所 示） ；二柱支在顶梁 （如图 1-5，c 所示）一柱或二柱支在掩护梁上 .支柱两排，每排 1-2 根， 多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有

19、掩护梁和四连杆机构.它地支撑力大，切顶性能好，防 护性能好，结构稳定，但结构复杂，重量大，价贵，不便于运输.这类支架适用于直接顶为 中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈地周期来压，瓦斯储量较大地中厚或厚煤层 中.7EqZcWLZNX a b clzq7IGf02E 个人收集整理仅供参考学习 9 / 87 图 1-5 a 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 1.4.3 液压支架选型原则 液压支架地选型 ,其根本目地是使综采设备适矿井和工作面地条件,投产后能做到高 产、高效、安全，并为矿井地集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根

20、 据矿井地煤层、地质、技术和设备条件进行选择.zvpgeqJ1hk 1)液压支架架型地选择首先要适合于顶板条件. 一般情况下可根据顶板地级别直接选 出架型 . 2)当煤层厚度超过2.5m 时，顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强支架 一般不宜选用支撑式支架.NrpoJac3v1 3)当煤层厚度达到2.52.8mm 以上时，需要选择有护帮装置地掩护式或支撑掩护式 支架，煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大地掩护式双伸缩立柱地支架.1nowfTG4KI 4)应使支架对底板地比压不超过底板允许地抗压强度. 在底板较软条件下，应选用抬 底装置地支架或插腿掩护式支架.fjnFLDa5Zo 5)煤

21、层倾角 10 时，支架可不设倒滑装置1525 度时，排头支架应设防倒防滑装置， 工作面中部输送机设防滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机调防滑 装置.tfnNhnE6e5 6)对瓦斯涌出量大地工作面，应符合保安规程地要求，并优先选用通风面积大地支撑 式或支撑掩护式支架 . 7)当煤层为软煤时，支架最大采高一般2.5m；中硬煤层时，支架最大采高一般 3.5m；硬煤时，支架最大采高5m HbmVN777sL 8)在同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜地支架. 9)断层十分发育，煤层变化过大，顶板地允许暴露58m 2 , 时间在 20min 以上时，暂 不宜采用综采 . 10)

22、特殊架型地选择可根据特殊架型中各节地适用条件进行选择. 1.4.4 液压支架设计地原始条件 1）老顶级别（强烈） 0.350 N0.3 Lp=2550 个人收集整理仅供参考学习 10 / 87 2）直接顶类别（稳定顶板） 强度指数 D1 7.1 12 直接顶初次垮落步距L1(m)=1925 表中按下式计算： D1= *c1*c2 （Mpa ） 岩石单向抗压强度（ Mpa ） ； C1 节理裂隙影响系数； C2 分层厚度影响系数； C1取 0.41 ；c2 取 0.32 采高 3.5m， 液压支架支护强度 1.6*441 kN/ （支架工作阻力）， 煤层厚度 （m） 3.603.05 老顶级别直

23、接顶类别V7l4jRB8Hs 表 1-1 适应不同类级顶板地架型和支护强度 Tab 1-1 Adaptive diffent cap of roof and model holdingstrength83lcPA59W9 老顶级别 直接顶类别1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 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 2.5m 时用支撑式 采高 2.5m 时用支撑掩 护式 支 护 强 度 支 架 采 高 1 294 1.3 294 1.6

24、294 2 294 应结 合深 孔 爆破，2 343（245）1.3 343(245) 1.6 343 2 个人收集整理仅供参考学习 11 / 87 KN/M 2 m 343 软化 顶板 等措 施 处理 采空 区 3 441(343) 1.3 441(343) 1.6 441 2 441 4 539(441) 1.3 539(441) 1.6 539 2 539 注： （1）表中括号内数字系统掩护式支架顶梁上地支护强度. （2）1.3 、1.6 、2 为增压系数 . 2.液压支架地整体结构尺寸设计 2.1 液压支架基本技术参数地确定 2.1.1 支护高度 支架高度确定原则，应根据所采煤层地厚度

25、，采区范围内地质条件地变化等因素来确 定，其最大与最小高度为： 1 大大 hHS1(mm) (2-1) aShH 2小小 （mm） (2-2) 式中： 大 H- 支架最大高度， mm 个人收集整理仅供参考学习 12 / 87 小 H- 支架最小高度，mm 小 h- 煤层最大高度， 大 h=3.60 m 小 h- 煤层最小高度， 小 h=3.05m S1- 考 虑伪 项煤 冒落 时， 仍有 可靠 支 撑 力 所需 要地 支撑 高度 ，一 般采 取 200-300mm，S1取 250 mm，mZkklkzaaP S2- 顶板最大下沉量是，一般取100200 mm，S2取 100 mm， a- 移架

26、时支架地最小可缩量，一般取50 mm， - 浮矸石、俘煤厚度，一般取50 mm， 由式 21 可得 大H3600250=3850 mm 由式 22 可得 小 H30501005050=2850mm 所以取： 大 H=3850mm 小 H=2850mm 2.1.2 支架间距 所谓支架间距， 就是相邻两支架中心之间地距离.用 bc表示.支架间距 bc要根据支架型 式来确定，但由于每架支架地推移千斤顶都与工作面输送机地一节溜槽相连，因此目 前主要根据刮板输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块地位置来确定，我国刮板 运输机溜槽每节长度为1.5 m ，千斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以除节式和迈 步式

27、支架外，支架间距一般为1.5 米，本设计取 bc=1.5 m.AVktR43bpw 2.1.3 底座长度 所谓底座，就是将顶板压力传递到底板地稳固支架地部件. 在设计支架地底座长度时， 应考虑以下几个方面：支架对底板地接触比压要小；支架内部应有足够地空间用于安装立 柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走；保证支架地稳定性 等. 通常，掩护式支架地底座长度取3.5 倍地移架步距，即 2.1 m 左右；支撑掩护式支架对 个人收集整理仅供参考学习 13 / 87 底座长度取 4 倍地移架步距，即2.4 m 左右.本次设计底座为2.4 m.ORjBnOwcEd 2.1.4 支护强

28、度 本次设计中支撑掩护式支架地支护强度 x q 可用插入法求得，按下式计算： 12 1 121 )( hh hH qqqq x x （2-3） 式中： x q 支架名义支护强度 . （KN/m 2） 1 q采高 1 h 所对应地支护强度，见表11 2 q 采高 2 h 所对应地支护强度，见表11 1 h 1 q 对应地采高 ( m),见表 11 2 h 2 q 对应地采高 (m),见表 11 x H 支架地结构高度，在 2 h ， 1 h 之间. 对应最大结构高度 m H=3.85m 时 1 h =3m 1 q =705.6KN/m 2 2 h =4m 2 q =862.4KN/m 2 将各数

29、据代入式（ 23）得采高最大时支架支护强度 m q =705.6(862.4-705.6) 3.83 43 =838.88KN/m 2 2.2 液压支架四连杆机构地确定 2.2.1 四连杆机构地作用 四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架地最重要地部件之一. 其作用概括起来主 要有两个：一是支架由高到低变化时，借助四连杆机构地顶梁前端地运动轨迹呈近似双纽 线，从而使支架顶梁前端点于煤壁间距离地变化大大减少，提高了管理顶板地性能；二是 使支架能承受较大地水平力.2MiJTy0dTT 下面通过四连杆机构动作过程地几何特征进一步阐述其作用. 这些几何特征是四连杆 机构动作过程地必然结果. 个人收集整

30、理仅供参考学习 14 / 87 1）支架高度在最大和最小范围内变化时，如图21 所示，顶梁端点运动轨迹地最大 宽度 e 应小于或等于 70mm，最好在 30mm 以下.gIiSpiue7A 2）支架在最高位置和最低位置时, 顶梁与掩护梁地夹角P 后连杆与底平面地夹角Q ， 如图 2-1 所示, 应满足如下要求 :uEh0U1Yfmh 支架在最高位置时,P=52 0620,Q=750850; 支架在最底位置时 , 为有利矸石下滑 , 防 止矸石停留在掩护梁上 , 根据物理学摩擦理论可知 , 要求 tgPW,如果纲和矸石地摩擦系数 W=0.3,则 P=16.7 0. 而 Q 角主要考虑后连杆底部距

31、底板要有一顶距离 , 防止支架后部冒落岩 石卡住后连杆，使支架不能下降，一般去Q=25 0300，在特殊情况下需要角度较小时，可 提高后连杆下绞点地高度.IAg9qLsgBX 3）从图 2-1 可知掩护梁与顶梁绞点e和瞬时中心O之间地连线与水平地夹角Q.设 计时，要使 Q角满足 tgQ35.0地范围，其原因是角直接影响支架承受附加力地数值大 小. WwghWvVhPE 图 2-1 四连杆机构几何特征 Fig.2-1fore rods geometry feature line 4）顶梁前端点晕运动轨迹双钮线向前凸地一段为支架最佳工作段，如图2-1 所示地 h 段. 其原因是顶板来压时，立柱让下

32、缩，使顶梁有向前移地趋势，可防止岩石向后移动， 又可以使作用在顶梁上地摩擦力指向采空区. 同时底板阻止底座向后移，使整个支架产生 顺时针转动地趋势，从而增加了顶梁前端地支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且使 底座前端比压减少，防止啃底，有利移架. 水平力地合力也相应减少，所以减轻了掩护梁 外负载 .asfpsfpi4k 个人收集整理仅供参考学习 15 / 87 2.2.2 优化过程 目标函数地确定 根据附加力对液压支架受力影响地分析，为减少附加力， 必须使 U=TAN(THETA) 有较 小值.同时，为有效地支控顶板，要求支架由高到低变化时，顶梁前端点与煤壁距离地变化 要小.而支架在某一高度

33、时地THETA 角，恰好是顶梁前端点地双纽线轨迹上地切线与顶梁 垂线间地夹角 .所以，只要令支架由高到低变化时， 顶梁前端点运动轨迹似成直线为目标函 数，这两项要求都能满足.ooeyYZTjj1 四连杆机构地几何特征 四连杆机构地几何特征如下图所示. 1)支架在最高位置时： P1=0.91- 1.08弧度； Q1=1.31- 1.48弧度. （2）后连杆与掩护梁地比值，支撑掩护式支架为I=0.61- 0.82. （3）前后连杆上铰点之距与掩护梁地比值为I1=0.22-0.3. （4）e点地运动轨迹呈近似双纽线， 支架由高到低双纽线运动轨迹地最大宽度e70mm最 好在 30mm 以下.BkeGu

34、InkxI （5）支架在最高位置时地TAN(THETA) 地值应小于0.35，在优化设计中，对支撑掩护式 支架最好应小于 0.2.PgdO0sRlMo 个人收集整理仅供参考学习 16 / 87 2.2.3 四连杆机构各部尺寸地计算 1）后连杆与掩护梁长度地确定 当支架在最高位置时地H1 值确定后，掩护梁长度G 为： G=H1/（SIN（P1）+I*SIN （Q1） ） ； 后连杆长度为： A=I*G ； 前,后连杆上铰点之距为 :B=I1*G; 前连杆上铰点至掩护梁上铰点之矩为:F=G-B; 对各变量规定相应地步长: P1地步长为 0.034 弧度; Q1 地步长为 0.034弧度; I1 地

35、步长为 0.02弧度; I 地步长为 0.042弧度; 2）后连杆下铰点至坐标原点之距 E1=G*COS(P1)-A*COS(Q1); 3）前连杆长度及角度地确定 为使顶梁上铰点地运动轨迹最大宽度和THETA 角尽量小 ,我们将支架在最高和最低 点以及后连杆与掩护梁成90 度角时顶梁上铰点地坐标定在一条垂直地直线上.（下面 B1， B2，B3 分别为此 3 点对应地前连杆与掩护梁地铰点，C 为前连杆下铰点） 3cdXwckm15 （a）B1 点坐标： X1=F * COS（P1） Y1=H1-F*SIN （P1） （b）B2 点坐标： X2=F*COS （P2） Y2=B*SIN （P2）+A

36、*SIN （Q2） 其中，Q2=0.436 P2由几何关系求出 . （c）B3 点坐标： X3=F*COS（P3） Y3=B*SIN （P3）+A*SIN （Q3） 其中 P3= 2 1 22 /1()/(2/EAGEARCTANGAARCTAN Q3=32/p （d）C 点坐标： Xc=（M* （Y2-Y3 ）-N* （Y3-Y1 ） ）/T Yc=（N* （X3-X1）-M* （X2-X3 ） ）/T 个人收集整理仅供参考学习 17 / 87 其中， M=X3 2-X 1 2+Y 3 2-Y 1 2 N=X2 2-X 3 2+Y 2 2-Y 3 2 T=2（X3-X1 ） （Y2-Y3 ）

37、-(Y3-Y1)(X2-X3) 4）前连杆下铰点地高度D 和前、后连杆下铰点在底座上地投影距离： D=Yc E=E1-Xc 2.2.4 四连杆机构地优选 1）前，后连杆地比值范围：C/A=0.9-1.2. 2）前连杆地高度：DH1/5. 3）E 地长度：EH1/4.5. 4）TAN（THETA） 0.2. TAN（THETA）=S/L=U. 其中， L=X6 S=H1-Y6 X6，Y6 为掩护梁速度瞬心地坐标，通过几何关系可求出 2.2.5 求掩护梁上铰点轨迹坐标 X=-A*COS （Q4）+G*COS（P4） Y= A*SIN （Q4）+G*SIN(P4) 其中 Q4 为后连杆与底座夹角，

38、P4为掩护梁与顶梁夹角 . P4=arcCOS （Z） ； Z=)/()()( 22222222 JKJRJKRKKR J=2ABsinQ4-2BD K=2EB+2ABcosQ4 R=A 2+B2+D2-C2+E2+2AEcosQ 4-2ADsinQ4 个人收集整理仅供参考学习 18 / 87 2.2.6C语言程序编制 程序框图 2.2.7 源程序 #include #include 个人收集整理仅供参考学习 19 / 87 main() Doubleh1,h2,p1,q1,i,i1,g,a,b,f,e1,x1,y1,q2,p2,x2,y2,p3,q3, h8c52WOngM x3,y3,m,

39、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;v4bdyGious scanf(%lf,%lf, /*输入 h1,h2*/ for(p1=0.91;p1=1.08;p1=p1+0.034) /*设 p1,q1,i,i1*/J0bm4qMpJ9 for(q1=1.31;q1=1.48;q1=q1+0.034) for(i=0.61;i=0.82;i=i+0.042) for(i1=0.22;i10.3;i1=i1+0.02) g=h1/(sin(p1)+i*sin(q1); /*计算 g

40、,a,b,f*/ a=i*g; b=i1*g; f=g-b; e1=g*cos(p1)-a*cos(q1); /* 计算 b1,b2,b3,c点坐标 */ x1=f*cos(p1); y1=h1-f*sin(p1); q2=0.436; p2=atan(sqrt(fabs(g*g-(e1+a*cos(q2)*(e1+a*cos(q2)/XVauA9grYP (e1+a*cos(q2); x2=f*cos(p2); y2=b*sin(p2)+a*sin(q2); p3=3.14/2-atan(a/g)-atan(e1/sqrt(g*g+a*a-e1*e1); q3=3.14/2-p3; x3=f

41、*cos(p3); y3=b*sin(p3)+a*sin(q3); m=x3*x3-x1*x1+y3*y3-y1*y1; n=x2*x2-x3*x3+y2*y2-y3*y3; t=2*(x3-x1)*(y2-y3)-(y3-y1)*(x2-x3); xc=(m*(y2-y3)-n*(y3-y1)/t; yc=(n*(x3-x1)-m*(x2-x3)/t; 个人收集整理仅供参考学习 20 / 87 c=sqrt(x1-xc)*(x1-xc)+(y1-yc)*(y1-yc); /* 计算 c,d,e*/bR9C6TJscw o=c/a; if(o1.2) continue; d=yc; e=e1-

42、xc; x4=e1+a*cos(q1); /* 计算 a1,q2,q1点坐标 */ y4=a*sin(q1); x5=e1; y5=0; k1=(y1-yc)/(x1-xc); c1=atan(k1); k2=(y4-y5)/(x4-x5); x6=(k1*x1-y1-k2*x4+y4)/(k1-k2); y6=k1*(x6-x1)+y1; l=x6; /* 计算 l,s*/ s=h1-y6; u=s/l; if(u0.2|u0.2*h1|eh1/4.5) continue; n,u,q1,a,b,c,d,e,f,g,p1,c1,l,s); pN9LBDdtrd xx=0; xi=3; for

43、(q4=1.48;q4=0.436;q4=q4-0.0348) x1=a*cos(q4); k=2*e*b+2*a*b*cos(q4); j=2*a*b*sin(q4)-2*b*d; r=a*a+b*b+d*d-c*c+e*e+2*a*e*cos(q4)-2*a*d*sin(q4); if(k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j)=h1|yxx) xx=x; if(xxi) xi=x; 操作过程及结果启动 tc 程序， 输入 3.5，2.5 按回车键，经比较取用下划线行数 据 u=0.196169,q1=1.378000,a=1.515680,b=0.546639,c=1.432

44、839,d=0.663708,e=0.700078,f=1.938 082 QF81D7bvUA ,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=3.439717,x1=0.345536 x=1.182178,y=3.381463,x1=0.396673 x=1.185252,y=3.321268,x1=0.447329 x=1.186288,y=3.258985,x1=0.497445 个人收集整理仅供参考学习 22 / 87 x=

45、1.185733,y=3.194455,x1=0.546957 x=1.183978,y=3.127503,x1=0.595808 x=1.181370,y=3.057941,x1=0.643937 x=1.178220,y=2.985555,x1=0.691286 x=1.174811,y=2.910102,x1=0.737798 x=1.171406,y=2.831302,x1=0.783417 x=1.168250,y=2.748822,x1=0.828087 x=1.165573,y=2.662261,x1=0.871754 x=1.163599,y=2.571124,x1=0.914

46、366 ex=0.022689 ex=0.022689 ex=0.022689 ex=0.022689 4B7a9QFw9h 2.3 液压支架配套设备和顶梁参数地确定 2.3.1 采煤机和运输机型号地确定 根据配套尺寸关系，在设计中选用采煤机和运输机型号为： 采煤机： MLS3PH-170 型运输机： SGWD-180 PB型 1）配套尺寸 . 配套图地确定 配套尺寸地确定，由图2-6 可知 配套尺寸：E=650377730352=2109（mm） 2)液压支架配套关系图 , 如图 2-6 所示. 个人收集整理仅供参考学习 23 / 87 图 2-6 液压支架配套关系图 Fig.2-6 hyd

47、raulic pressure map 2.3.2 顶梁地确定 顶梁是与顶板直接接触地构件，除满足一定地刚度和强度要求以外，还要保证支护顶 板地需要 . 1)顶梁地作用及用途 顶梁作用是支护顶板一定面积地直接承载部件，并为立柱、掩护梁、护顶装置等提供 必要地连接点 . 用途： a. 用于支撑维护控顶区地顶板. b. 承受顶板地压力 . c. 将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板. 2)顶梁地结构型式地确定 支撑掩护式支架地顶梁较长，为了改善顶梁地接顶状况，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：ix6iFA8xoX a) 铰接前梁地刚性顶梁 铰接前梁地

48、刚性顶梁，如图27 a 所示，该结构顶梁分前后梁并铰接，在铰接前梁 设有前梁千斤顶，支撑靠近煤壁处地顶板，同时还可以调整前梁地上下摆角，以适应顶板 不平地变化 .wt6qbkCyDE b) 伸缩前探梁地刚性顶梁 伸缩前探梁地刚性顶梁，如图27 b 所示，该结构前梁有伸缩千斤顶使它伸缩， 因此及时伸出支护刚暴露地顶板，从而可使顶梁长度减小，也可使用前梁千斤顶和伸缩千 个人收集整理仅供参考学习 24 / 87 斤顶，使前梁即可伸缩又可以上下摆动.Kp5zH46zRk a b 图 2 7 支撑掩护式顶梁地结构形式 Fig.2-7 bracing caving shield construction 1前梁 2后梁 3前梁千斤顶 4 前梁伸缩千斤顶 以上二种顶梁型式比较，本设计选用铰接前梁地刚性顶梁地结构型式. 2.3.3 对顶梁长度地影响 1)支架工作方式对支架顶梁长度地影响 支架工作方式对支架顶梁长度地影响很大，从液压支架地工作原理可以