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1、第 1 页 共 73 页第 1 章 摘要采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。液压支架主要由以下几个基本部分组成：顶梁，掩护梁，四连杆机构，侧护板，底座，立柱和千斤顶等。设计要遵循支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。在这次掩护式液压支架的设计过程中，首先，通过四连杆机构设计来确定支架的四连杆机构各杆系的长度及其相对空间位置，然后确定液压支架的性能参数，其次，通过二维软件 Au
2、toCAD、三维软件 Pro/ENGINEER 来进行结构设计以达到优化，接着以力学模型为依据分析了液压支架的顶梁、立柱载荷的作用机理得到了较为合理的支架载荷的计算公式，最后对支架主要结构件强进行度效核。主要以顶梁、和立柱结构件的机械部分设计为重点。关键词：液压支架，四连杆机构，受力分析，强度校核第 2 页 共 73 页ABSTRACTThe comprehensive mechanization of coal mining, is to accelerate the development of industry of our country coal, improve labor pro
3、ductivity substantially, realizes the modern of coal industry a strategic measure. Comprehensive mechanization is not only large output, high efficiency, low cost, and can reduce the heavy manual labor, improve working environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic supp
4、ort is the comprehensive mechanized coal mining method is one of the most important equipment in.Hydraulic support is mainly composed of the following parts: the basic top beam, a shield beam, four connecting rod mechanism, a side guard plate, a base, upright column and jack. Design should follow th
5、e support of good performance, high strength, high moving speed, safe and reliable principle.In the shield type hydraulic support the design process, first of all, through the computer software Visual Basic for four link mechanism optimization design is programmed to determine stent four bar linkage
6、 mechanism the rod length and relative location, and then determine the performance parameters of hydraulic support, secondly, through 2D software AutoCAD, three-dimensional software Pro / ENGINEER structural design to achieve the optimization, and then to the mechanics model based analysis of hydra
7、ulic support top beam, a shield beam, base load mechanism and got a reasonable support load calculation formula, again 第 3 页 共 73 页with the design of the stent from the plane and space two aspects to support major structure stress analysis, finally to support major pieces of the structure intensity
8、of nuclear effect. Mainly in the base, the main roof beam the tail beam and the column structure of the mechanical part design as the focus.Keywords: hydraulic support, the four connecting rod mechanism, stress analysis, strength check第 4 页 共 73 页. 1.1 液压支架的发展及其趋势1.1.1 液压支架的发展四十年代初期可弯曲刮板运输机在西德的推广，五十
9、年代初期浅截式采煤机械在英国的应用，为机械化采煤开辟了广阔的前景。然而，支护工作仍为手工操作，劳动繁重，效率低，严重地影响着工作面机械效率的发挥。为了解决这一问题，国外从五十年代初着手研制液压支架。第一个液压支架工作面于 1953 年在英国问世，尔后，苏联、西德、日本、法国、美国、波兰和罗马尼亚等国家陆续应用和推广。我国也于六十年代初期开始研制液压支架，七十年代初期即推广使用。液压支架的出现，把回采工作面的支护技术从手工支护发展到机械化支护。液压支架和可弯曲刮板机运输机、浅截式采煤机械（采煤机、刨煤机）的配合使用，使回采工艺过程破煤、装煤、运煤和支护全部实现了机械化，即所谓综合机械化采煤，简称
10、综采。综采的出现，是煤炭工业的一次重大变革，它标志着煤炭工业机械化大生产的开始。综合机械化采煤设备的应用，使采煤工作面实现了高产、高效、安全、低耗的文明生产，使煤炭工业的面貌发生了深刻的变化。由于煤层赋存条件比较复杂，以及支架本身的结构尚不够完善，初期的几种支架不能适应各种矿山地质条件，所以在近二十年来，发展非常迅速。目前，液压支架品种繁多，类型各异，为开采不同厚度、不同倾角和不同顶底板条件的煤层提供了优良的支护设备。1.1.2 液压支架的发展趋势随着采煤综合机械化程度的不断提高，液压支架的发展速度较快，研制工作显得相当重要。鉴于我国煤炭资源丰富、分布面广、地质赋存条件复杂等因素，液压支架有以
11、下几个方面的发展趋势：多样化: 任何一种型式的液压支架都是在一定的条件下使用的，因此必须研制更多品种和不同性能的支架，尤其是研制支撑掩护式支架。强力化：为了适应坚硬顶板的生产要求，已研制出工作阻力高达 10000KN 的支架。今后还要研制高出撑力和高工作阻力的强力支架。自动化： 随着电牵引采煤机的问世和快速发展，要求配套的液压支架具有很快的动作速度和较大的移动步距。为了加快支架的动作速度，必须增大供液系统流量和改善操作条件、控制方式，即向高压力、大流量泵站（压力为 45Mpa，流量为 300L/min） 、配有微型计算机的电液先导控制方向发展。标准化： 目前，我国在大力发展支架品种的同时，要特
12、别注意元件标准化，以提高产品质量、使用寿命、降低成本。第 5 页 共 73 页1.2 液压支架的分类及命名规则1.2.1 液压支架的分类1、按支架与围岩的相互作用关系分类按照液压支架与围岩的相互作用关系，目前使用的液压支架可分为三大类，即支撑式、掩护式和支撑掩护式三大类。（一）支撑式液压支架(如图 11 所示)支撑式液压支架是一个在底座上放置几根立柱支撑顶梁，通过顶梁支撑顶板的简单结构基础上发展起来的。它是世界上发展最早的一种液压支架。典型的支撑式液压支架如 1-1 所示。立柱垂直布置在顶梁和底座之间，通过顶梁直接和控制工作面的顶板。其顶梁较长，立柱较多，靠支撑作用维护一定的工作空间，而顶板岩
13、则在顶梁后部切断垮落。架后的挡矸帘只起着防止碎矸石从采空区涌入工作面的作用。这种类型的支架具有强烈、底板较坚硬的煤层。但由于立柱垂直布置，所以支架承受水平力的能力差，在水平力的作用下，支架容易失去稳定性。图 11 支撑式液压支架（二）掩护式液压支架（如图 12 所示）掩护式液压支架是利用立柱、顶梁与掩护支护顶板和防止岩石落入工作面，如图12 所示。这类支架的顶梁较短，多数支架的立柱只有一排，一般仅有 12 根，多呈倾斜布置，与掩护梁连接或直接连接在顶梁上。立柱通过顶梁支撑顶板。掩护梁直接与冒落的岩石相接触，阻止矸石涌入工作面并承受采空区矸石的载荷。这类支架的支撑力小，但掩护性能和稳定性好，调高
14、范围大，对破碎顶板的适应性较强，适用于支护不稳定或中等稳定的松散破碎顶板。第 6 页 共 73 页图 12 掩护式液压支架（三）支撑掩护式液压支架（如图 13 所示）支持掩护式液压支架是支撑和掩护式支架相结合的一种架型，以支撑为主，但同时又具有掩护作用，如图 13 所示。这种支架采用了支撑式支架双排立柱支撑顶梁的结构型式（或两根立柱支撑顶梁，两根立柱支持掩护） ，保留了支撑式支架力大、切顶性能好、工作空间宽敞的优点，采用了掩护式支架防护性能好、结构稳定的长处。因此，支撑掩护式支架适用于直接顶中等稳定或稳定、基本顶周期来压明显或强烈、瓦斯涌出量较大的煤层。图 13 支撑掩护式液压支架2、 按支架
15、的移动方式分类液压支架按移动方式的不同可分为两大类:（一）整体自移式液压支架这类支架一般均为整体结构，其移架和推溜共用一个千斤顶。该千斤顶与运输机之间有直接或间接的连接关系，因而能以输送机为支点实现拉架，以支架为支点实现推溜。目前，多数液压支架采用此种移动方式。（二）迈步移动式液压支架这类支架是由有一定连接关系的主、副架所成。移架与推溜的千斤顶是各自独立的，第 7 页 共 73 页移架千斤顶分别与主、副架相连，互为支点，交替迈步移动；而推溜千斤顶一般只与支架相连，另一端则呈自由状态，推溜时以支架为支点。3、 根据使用地点分类液压支架按使用地点的不同可分为工作面支架和端头支架两类。除上面三种主要分类方法外，液压支架还有按立柱的个数分类、按立柱在顶梁与底座之间布置方式分、按顶梁结构不同分类、按底座结构不同分类和按用途不同分类等分类方法。1.2.2 液压支架的产品型号命名全部型号命名分三部分，第一部分为产品类型及特征代号，用大写汉语拼音字母表示；第二部分为液压支架主要参数代号，用阿拉伯数字表示；第三部分为液压支架补充特征及修改序号代号，用阿拉伯数字与汉语拼音字母表示。其组成和排列方式如下： | | | | | |_修改序号| | | | |_补充特征代号| | | |_主参数代号：| | | （工作阻力(KN)；| | | 最小高度(dm)
