摘
效支护控制顶板必须设计出类型结构尺寸液压支架液压支架设计工作十分重极提高劳动生产率广泛应现代化矿山机械化工作面
文简单介绍支撑式掩护式支撑掩护式液压支架特点概括说明掩护式液压支架技术参数结构特点工作原理应范围阐述四连杆机构优越性
首先根定条件进行较分析选择种较合理方案然根工作条件选择确定支架参数支架部分结构支架受力分析中分析顶梁掩护梁底座等受力情况根受力确定部件结构尺寸进行强度校核
文设计液压支架稳定性整体性强安全性高符合安全生产求
关键词 液压支架 结构 强度掩护式
Abstract
To protect and control crest plank effectivelywe have to design hydraulic supports that belong to different types and different structure sizes The design work of hydraulic support is very important Because it can raise labor productivity greatly broadly used in the modern mechanized mining face
This text simply introduces the characteristic of holding support shield support and holdingshield support It explains generally the technique parameters the structure characteristics work principle and applications of shield support It also expounds the superiority of the four linkage bar
Firstly it compares and analyses according to the given conditions selects a more reasonable program Then according to work conditions this design chooses and decides support’s main parameters and the structure of all the parts of support and then selects the appropriate hydraulic system that it fits the support In the acceptingstrength analysis of support Analysis mainly acceptingstrength status of roof beam covering beam and the base Structure sizes of all components is decided according to acceptingstrength status and its intensity is checked
The hydraulic supports this text designs whose stability is good integrity is strong and security is high It meets the requests of safe production
key words Support structure strength shield
目录
摘 I
Abstract II
第1章 绪 1
11 液压支架发展概况 1
12 国外支架现状国外差距 1
121 国外液压支架现状 1
122 国液压支架现状 2
123 国液压支架国外液压支架存差距 4
13 液压支架研究发展趋势 4
第2章 液压支架范围 6
21 液压支架分类 6
22 液压支架适范围 6
23 掩护式液压支架分类结构 7
231 掩护式液压支架分类 7
232 掩护式液压支架整体结构 7
第3章 液压支架工作原理 8
31液压支架途适原理 8
311 液压支架途 8
312 液压支架动作原理特性曲线形式 8
313 移架力推溜力原实现方法 9
32 液压支架部件工作原理求 10
321 作顶梁底座摩擦力产生原方 10
322 立柱支架工作程中作性求 10
323 液控单阀立柱推移千斤顶工作原理 10
第4章 设计方案 12
41 设计方案拟订 12
42 技术济指标 12
43 计算步骤 12
第5章 液压支架结构尺寸设计 13
51液压支架设计基求基参数 13
511 液压支架设计目 13
512 设计时液压支架基求 13
513 设计液压支架必需基参数 14
514 文做工作 14
52液压支架参数确定 14
521 液压支架高度确定 14
522 支架伸缩确定 15
523 支架间距确定 15
524 支架宽度确定 15
525 底座宽度确定 15
526 顶梁长度确定 16
527 移架力推溜力确定 17
528 支护强度支架载荷确定 17
529 工作阻力顶板覆盖率确定 18
5210 初撑力确定 18
5211 支架四连杆机构确定 18
第6章 掩护式液压支架部件结构尺寸 23
61立柱设计 23
611 支架立柱数确定 23
612 立柱类型确定 23
613 立柱结构 23
614 立柱技术参数确定 24
615 立柱初撑力泵站额定工作压力确定 25
616 安全阀压力立柱工作阻力确定 25
617 立柱柱窝位置确定 26
62 千斤顶设计 29
621 千斤顶结构 29
622 种千斤顶型号确定 29
63 顶梁设计 29
631顶梁作设计求 29
632顶梁结构形式 30
64 底座设计 30
641 底座作设计求 30
642 底座结构形式 31
65 掩护梁设计 31
651 掩护梁作设计求 31
652 掩护梁结构形式 31
66 前连杆设计 31
661 前连杆作设计求 31
662 前连杆结构 32
67 侧护板设计 32
671 顶梁侧护板结构作 32
672 掩护梁侧护板结构作 32
68 推移方式设计 32
69 护帮装置防倒防滑装置设计 33
第7章 液压系统设计 34
71 液压支架传动装置基求 34
72 液压支架传动特点 34
73 控制系统液压组件 34
74 液压系统原理图 35
第8章 液压支架受力分析 36
81 支架支撑力分析 36
82 顶梁受力分析 37
83 前连杆受力分析 38
84 顶梁载荷分布分析 38
第9章 液压支架强度校核 40
91 液压支架强度设计时强度条件 40
92 立柱强度验算 41
921 油缸稳定性验算 41
922 活塞杆强度验算 43
923 油缸挠度 44
924 缸体强度验算 45
93 顶梁强度校核 50
94 底板压强度校核 52
95 底座强度校核 54
结 57
致 谢 58
参考文献 59
附录1 60
附录2 64
第1章 绪
11 液压支架发展概况
20世纪50年代前国外煤矿生产中基采木支柱木顶梁金属摩擦支柱铰接顶梁支护顶板1954年英国首次研制出液压支架目前液压支架体综采设备已逐步程控遥控动化方发展国煤炭产业国20世纪60年代研制种液压支架未推广应20世纪70年代国英德波兰前苏联等国家引进数十套液压支架仿制总结验20世纪80年代国液压支架研制应获迅速发展相继研制生产TD系列ZY系列ZZ系列等20种规格液压支架目前国中型矿井中条件合适煤层均采液压支架进行综合机械化开采1980年起取移式液压支架研制成功逐步改进完善进普遍推广应回采工作面采煤程中落煤装煤运煤支护控顶等工序全部实现综合机械化煤矿取较综合效益天着计算机技术动化技术普应提高煤矿生产动化高效生产提供新出路
12 国外支架现状国外差距
121 国外液压支架现状
80年代世界采煤国家直围绕减面提产减提效降低成实现矿井集中生产做努力 积极开发应新技术致力高性高性新代重型液压支架研制新型液压支架普遍具微型电机电磁铁驱动电液控制阀推移千斤顶装位移传感器采煤机装红外线传感装置立柱缸径超400mm减少割煤时间般采08～1m截深支架采屈服强度800～1000MPa钢板较高强度硬度韧性具良冷焊性着长壁工作面长度断增加适应快速移架需国外广泛采高压流量乳化液泵站额定压力40～50MPa额定流量400～500Lmin实现工作面成组成排快速移架达6～8s架美国世界先进采煤国家早1990年已采额定压力50MPa额定流量478Lmin乳化液泵站实现支架快速推进移架速度达6～8s架美国高产高效工作面采两柱掩护式支架寿命8～10年率高达95～98支架均工作阻力6470kN(9800kN)支架宽度普遍增中心距达175m2m发展增架宽利减少工作面架数缩短移架时间增加效工作时间提高单产洛斯公司20英里矿250×5280m长壁综采面工作阻力28565kN电液控制两柱掩护式支架1997年6月产商品煤9043万t成世界首次月产商品煤百万吨工作面1995年9月糜鹿矿工作阻力8900kN 电流控制两柱掩护式支架月产煤达6011万t美国综采工作面高日产超7万t高工效1336t工澳利亚基采井面高度集中化生产两柱掩护式支架支架均工作阻力7640kN尤兰矿电流控制两柱掩护式支架1995年8月8日创澳利亚史日产341万t高记录班产直保持5000～6000t英国力发展两柱掩护式支架工作阻力提高达6000～8000kN
122 国液压支架现状
国1964年太原分院郑州煤机厂设计70型迈步式移支架开始液压支架国产化道路1984年北京开采沈阳郑州煤机厂沈阳蒲河矿进行国第套放顶煤液压支架工业性试验继研制种低位中位元高位放顶煤支架成功缓倾斜厚煤层急倾斜厚煤层水分层工作面1990年国产液压支架全面发展1998年止全国已建成88处高产高效矿井中14处矿单工作面单产达1572万t月原煤生产员效率达916t工综采机械化水4932达世界先进水
1国液压支架基架型
（1）ZZ系列支撑式支架
该系列支架切顶力强稳定性支护强度易操作支架工作阻力2000～10000kN支架高度09～47m般工作面倾斜15°时配防倒防滑装置支架结构特点立柱呈XV型布置两柱支顶两柱支掩四柱支顶 顶梁整体楔型铰接型前伸缩梁挑梁长短两种掩护梁底座整体分体半钢性分离底座设抬底座机构单侧活双侧活侧护板设侧护板侧护板全封闭半封闭两种型式直推式合页式架邻架操作
（2）ZY系列掩护式支架
该系列支架采高范围支架长度短相成低操作灵活支架工作阻力1800～6000kN支架高度075～38m结构特点两立柱支顶柱支撑掩护梁代衡千斤顶整体铰接楔型顶梁前挑梁伸缩梁整体分体半钢性分离底座架邻架操作
2采煤方法中国产液压支架
（1）缓倾斜厚煤层次采全高支架
采高支架总10余种ZY型掩护式支架少数ZZ型支撑式支架支架高度2～5m 工作阻力3200～10000kN 支架结构特点铰接孔间隙制造精度高支架稳定性支架侧推力充分考虑防倒防滑调架机构护帮机构般伸缩梁实时支护防片帮架操作
（2）缓倾斜薄煤层液压支架
薄煤层支架空间严格求整体顶梁薄较长推杆中长立柱X型布置支架前部宽度少500mm空间保证行安全邻架操作
（3）倾角煤层次采全高液压支架倾角25°～ 45°煤层说液压支架应较初撑力工作阻力铰接孔间隙制造精度高保证支架稳定支架应防倒防滑调架装置活动侧护板应较行程推力支架采煤机道间需设防砸安全挡板底座应设脚踏板扶手种支架ZY掩护式邻架操作
（4）厚特厚倾斜煤层分层铺网支架
架型ZZ支撑式ZY掩护式垛式铺顶网铺底网分采架前铺联网架铺联网方式机械手工操作中手工联网分横联竖联两种方法种支架特点工作阻力稍掩护梁底座中充足空间便架操作
（5）特厚煤层放顶煤液压支架
a 高位放顶煤支架
放顶煤支架放煤位置分高位中位低位三种高位放顶煤支架高15～35m 工作阻力2000～5600kN 邻架操作缓倾斜倾斜特厚煤层水分层开采
b中位放顶煤支架
该类支架双运输机式缓倾斜急倾斜特厚煤层水分层采煤掩护梁开天窗天窗插板回转式两种四立柱全部支顶梁中两柱支顶梁两柱支掩护梁连杆型式单铰接四连杆两种
c 低位放顶煤支架
低位放顶煤支架放煤口位掩护梁方部运输机直接放底板底座部拖板放煤口三面敞开丢脊背煤回收率相较高煤尘 放煤口易堵塞根求组支架放煤口风侧工作面侧装4喷头支架放煤移架时架支架者相邻支架喷雾动开灭尘
（6） 难采煤层液压支架
a 三软煤层液压支架
该类液压支架求底座面积量具备抬底座功采底座半封底全封底降低底板压顶梁具备立支护功带伸缩梁伸缩梁加挑梁侧护板应支架处全封闭状态邻架操作
b 两硬煤层液压支架
该类支架ZZ型求工作阻力切顶力顶梁整体楔型铰接前梁带挑梁式掩护梁需量短水夹角底座半钢性分体式安全阀应足够流量抵抗顶板击邻架架操作
123 国液压支架国外液压支架存差距
国液压支架30年发展取显着成绩双高矿井建设中出现日产万吨甚班产超万吨记录总体水世界先进采煤国家存定差距支架架型功国国外相差方特特厚煤层放顶煤支架铺网支架两硬煤层强力支架端头支架独处国产液压支架技术含量偏低电液控制阀性差钢材般16Mn屈服极限700MPa液压系统压力35MPa流量200Lmin供液回液快移架速度10～12s架(井实际应时20s)工作阻力更相较低
13 液压支架研究发展趋势
着科学技术高速发展新技术新方法新材料断应微机计算机技术进步普液压支架发展提供利条件目前液压支架研究发展方面着手
(1) 液压支架结构形式正着简单实方发展液压支架架型明显两柱掩护式支架四柱支撑式掩护式支架发展
(2) 已支架设计应验基础限元计算机辅助设计相结合研究支架智化设计方法结构参数优化进步提高支架科学性性结构优化性中设计中应注意方面①提高液压支架设计强度加支架工作阻力加支架设计强度系数选材等方面②提高支架移架速度③改进支架部件结构加联结件强度
(3) 改进制造工艺保证制造质量支架阀类材料热处理加工条件密封件入手制定更严格质量抗腐蚀标准
(4) 稳定顶板松软底板质构造较复杂等特殊条件加投入研制量特殊支架适开采条件
(5) 新型组件材质减轻支架重量提高支架性寿命
(6) 结构寻求克服四连杆新型架型
(7) 快速支架电液控制系统研制投入研究支架遥控程控控制性动监控回采工作面半动化动化创造条件
10年国液压支架技术含量钢板强度高移架速度快(6～8s架)电液控制阀方发展破碎带断层工作面加支架移架力量采整体推杆抬底座机构减少千斤顶数量外普遍采额定压力40MPa 额定流量400Lmin高压流量乳化液泵站适应快速移架需系统采环形双供液保证支架足够压力达初撑力保证支架接顶位置准确ZY两柱掩护式支架重增加缸径增端头支架轻放途支架广泛
第2章 液压支架范围
21 液压支架分类
液压支架采煤工作面安装位置划分液压支架分端头液压支架中间液压支架端头液压支架简称端头支架专门安装采煤工作面两端中间液压支架安装工作面两端外采煤工作面位置支架
中间液压支架结构形式顶板结构形式划分分3种基类型：支撑式掩护式支撑掩护式液压支架
支撑式液压支架垛式节式分
掩护式液压支架插腿式非插腿式分
支撑掩护式液压支架四柱支顶梁柱两柱支掩护梁分
22 液压支架适范围
（1）支撑式液压支架
支撑式液压支架垛式节式分
垛式支架作象堆木垛称垛式液压支架垛式支架般具长顶梁立柱支撑力通顶梁完全作支撑顶板
垛式支架支撑力切顶性稳定性较工作空间较容易满足通风求垛式支架较宽长移架时顶板暴露面积较直接顶较破碎顶板条件困难垛式支架仅适顶板较坚硬稳定煤层
（2）掩护式液压支架
掩护式液压支架没支撑部件掩护部件立柱承载力完全承受掩护梁载荷（落矸石）称掩护式支架掩护式支架适顶板特软特破碎煤层
（3）支撑掩护式液压支架
支撑掩护式液压支架顶梁长（垛式支架相似）掩护梁短4根立柱组成垛式结构类支架顶板控制通顶梁支撑顶板掩护梁隔绝支架面落矸石称支撑掩护式液压支架实质加强挡矸装置垛式支架
23 掩护式液压支架分类结构
231 掩护式液压支架分类
掩护液压支架分：
（1）掩护梁底座直接铰接支架支架升降时梁端运动轨迹圆弧种支架结构简单梁端距变化易造成煤壁顶板落适调高范围支架放顶煤支架等
（2）掩护梁通前连杆底座铰接构成四连杆机构支架升降时顶梁运动轨迹似行煤壁双纽线梁端距种支架应种支架分立柱端支撑掩护梁（掩护式）立柱端支撑顶梁（支顶式）两种结构支顶式掩护支架顶梁掩护梁间必设衡千斤顶保证结构稳定立柱工作阻力相条件支撑力较支掩式掩护支架
掩护式支架仅掩护梁架间通侧护板相互挤紧掩护性立柱少切顶力弱顶梁较短控顶距较支护强度顶板重复支撑次数较少通风断面采连杆机构抗水力强立柱受横力种支架适稳定顶板中等稳定直接顶（12类）周期压缓老顶等矿压条件
232 掩护式液压支架整体结构
掩护式液压支架结构顶梁掩护梁侧护板底座前连杆立柱衡千斤顶推移千斤顶侧推千斤顶操阀控制阀等组成
第3章 液压支架工作原理
31液压支架途适原理
311 液压支架途
采煤工作面煤炭生产中防止顶板落维持定空间保证工安全项作业正常进行必须顶板进行支护液压支架高压液体作动力液压组件金属构件组成支护控制顶板设备实现支撑切顶移架推移输送机等整套工序实践表明液压支架具支护性强度移架速度快安全等优点液压支架弯曲输送机采煤机组成综合机械化采煤设备应增加采煤工作面产量提高劳动生产率降低成减轻工体力劳动保证安全生产缺少效措施液压支架技术先进济合理安全实现采煤综合机械化动化缺少设备
312 液压支架动作原理特性曲线形式
液压支架工作程中必须具备升降推移4基动作动作利泵站供高压乳化液通工作性质液压缸完成工作原理图31示：
图31液压支架工作原理
1输送机2推移千斤顶3立柱4安全阀5液控单阀6操阀
（1）升柱需支架升支护顶板时高压乳化液进入立柱活塞腔腔回液推动活塞升活塞相连接顶梁紧密接触顶板
（2）降柱需降柱时高压液进入立柱活塞杆腔腔回液迫活塞杆降顶梁脱离顶板
（3）支架输送机前移支架输送机前移底座推移千斤顶完成支架前移时先降柱卸载然高压液进入推移千斤顶活塞杆腔腔回液输送机支点缸体前移整支架拉煤壁需推输送机时支架支撑顶板高压液进入推移千斤顶活塞腔腔回液支架支点活塞杆伸出输送机推煤壁
支架支撑力时间曲线称支架工作特性曲线图32示：
图32支架工作特性曲线
t0初撑阶段t1增阻阶段t2恒阻阶段p2初撑力p1工作阻力
支架立柱工作时支撑力时间变化程分3阶段：支架升柱时高压液进入立柱腔立柱升起顶梁接触顶板立柱腔压力增加增加泵站工作压力时泵站动卸载支架液控单阀关闭立柱腔压力达初撑力阶段初撑阶段t0支架初撑顶板沉立柱腔压力增加直增加支架安全阀调正压力立柱腔压力达工作阻力阶段增阻阶段t1着顶板压力继续增加立柱腔压力超支架安全阀调正压力安全阀开溢流立柱缩顶板压力减立柱腔压力降低低安全阀压力调正值安全阀停止溢流样安全阀调正压力限制压力曲线时间成波浪形变化阶段恒阻阶段t2
313移架力推溜力原实现方法
移动液压支架需力推输送机需力果推输送机力输送机槽帮推坏移架力推溜力
实现移架力推溜力两类方法第类方法推移千斤顶结构实现第二类方法两种等级工作压力移架时较高工作压力推溜时较低工作压力
32 液压支架部件工作原理求
321 作顶梁底座摩擦力产生原方
顶梁底座摩擦力产生两种情况：第种情况支架前移时顶板顶梁底座间产生摩擦产生摩擦力顶板顶梁作力支架底座底板作力摩擦系数关方支架运动方相反第二种情况掩护式液压支架支撑掩护式液压支架四连杆机构顶梁前端运动轨迹成纽线支架承载压程中顶梁载荷作顶梁产生摩擦力摩擦力顶板载荷顶板顶梁摩擦系数关方双纽线轨迹关双纽线轨迹前凸时顶板承载压程中顶板前运动摩擦力方反前
322 立柱支架工作程中作性求
立柱支架承压构件长期处高压受力状态应具合理工作阻力工作特性外必须足够抗压抗弯强度良密封性结构简单适应支架工作求
323 液控单阀立柱推移千斤顶工作原理
（1）液控单阀立柱工作原理
立柱液控单阀利该阀闭锁原理控制立柱腔工作状态立柱初撑时工作液体进入立柱腔产生初撑力立柱承载时封闭腔工作液体产生工作阻力相应压力立柱卸载时腔液体排出
（2）液控单阀推移千斤顶工作原理
推移千斤顶液控单阀利该阀闭锁原理控制推移千斤顶活塞腔工作状态直接推移方式例图33示：
图33推移千斤顶液压系统图
1推移千斤顶 2液控单阀
缸体支架底座铰接活塞杆输送机铰接推输送机时工作液体进入活塞腔产生推输送机力推移千斤顶液压系统操作采煤机输送机工作时封闭活塞腔工作液体防止输送机液压支架发生相运动移架时高压液进入活塞杆腔时开液控单阀活塞腔液体排出左右邻架液压系统没操作左右邻架保持缩紧状态防止输送机支架拉回
第4章 设计方案
41设计方案拟订
预设计种掩护式液压支架安全生产提供条件方案图41示：
方案1 方案2 方案3
图41掩护式液压支架结构简图
方案1掩护梁底座直接铰接带四连杆机构支架升降时梁端运动轨迹圆弧种支架结构简单梁端距变化易造成煤壁顶板落方案2方案3带四连杆机构种支架掩护梁通前连杆底座铰接升降时梁端运动轨迹似行煤壁双纽线梁端距变化较方案3支顶式掩护支架较方案2支掩式掩护支架立柱工作阻力相条件支撑力
分析方案3较合理采方案3
42技术济指标
技术济指标：
煤层厚度：13～26m 煤层倾角：
43 计算步骤
计算步骤：
（1）支架结构设计方案拟定
（2）四连杆机构设计
（3）初撑力工作阻力确定
（4）结构尺寸设计
（5）部件设计
（6）部件强度校核
（7）绘制相应设计容技术图纸
第5章 液压支架结构尺寸设计
51液压支架设计基求基参数
511液压支架设计目
采综合机械化采煤方法幅度增加煤炭产量提高济效益必路满足煤炭增长需必须量生产综合机械化采煤设备迅速增加综合机械化采煤工作面（简称综采工作面）综采工作面均需安装150台液压支架见液压支架需量
采煤工作面顶底板条件煤层厚度煤层倾角煤层物理机械性质等液压支架求效支护控制顶板必须设计出类型结构尺寸液压支架液压支架设计工作重液压支架类型设计工作量见研制开发新型液压支架必少环节
512设计时液压支架基求
（1）满足采煤工艺质条件求液压支架足够初撑力工作阻力便效控制顶板
（2）液压支架足够推溜力移架力推溜力般100kN移架力煤层厚度定薄煤层般100～150kN中厚煤层般150～250kN厚煤层般300～400kN
（3）防矸性
（4）排矸性
（5）求液压支架保证采煤工作面足够通风断面保证员呼吸稀释害气体等安全方面求
（6）操作生产需足够宽行道
（7）调高范围明通信方便
（8）支架稳定性底座压规定值
（9）求液压支架足够刚度够承受定均匀载荷击载荷
（10）满足强度条件减轻支架重量
（11）易拆卸结构简单
513 设计液压支架必需基参数
（1）采高根采高确定支架高度支架支护强度
（2）工作面煤壁条件根工作面煤壁条件决定否护帮装置
（3）煤层倾角根煤层倾角决定否选防倒防滑装置
（4）配套尺寸根配套尺寸支护方式计算顶梁长度
514 文做工作
文工作根实际条件：煤层厚度13～26m煤层倾角15°设计种掩护式液压支架保证安全生产需
52液压支架参数确定
521 液压支架高度确定
根采煤层厚度采区范围质条件满足配套设施采煤机输送机高度求保证采煤员足够空间等素确定高度：
根支架高度系列确定支架高度：
式中 ——支架高度
——支架高度
——煤层厚度（采高）
——煤层厚度（采高）
——考虑伪顶煤皮落初撑力需支撑高度般取02～03m里取02m
——顶板沉量般取01～02m里取01m
——移架时支架伸缩量般取005m
——浮矸浮煤厚度般取002m
522 支架伸缩确定
支架伸缩指支架高度
液压支架寿命较长安装采高采煤工作面支架应具较伸缩采双伸缩立柱时垛式支架伸缩19支撑掩护式液压支架25掩护式液压支架达30般范围15～25
523支架间距确定
目前根输送机中部槽节长度槽帮千斤顶连接块位置确定国刮板输送机中部槽节长度15m千斤顶连接块位置中部槽中间位置支架间距般15m国规定支架标准中心距15m
524 支架宽度确定
包括侧护板顶梁宽度14～16m（限侧护板收缩时运输宽度15m支架正常工作宽度16m支架调架时侧护板伸出宽度）
支架底座宽度11～12m提高横稳定性减底板压厚煤层加13m左右取支架底座宽度14m
525 底座宽度确定
通常掩护式液压支架底座长度取移架步距35倍（步距06m）21m考虑较长底座增加支架稳定性取24 m
526顶梁长度确定
考虑支顶式掩护支架立柱相阻力条件支撑力较支掩式选支顶式掩护支架
支顶式掩护支架顶梁长度：
式中 ——输送机溜槽铲煤板端煤壁距离般005～015m里取010m
——包括铲煤板输送机中部槽宽度
——推移步距时支护时等采煤机截深滞时零
——立柱支点水投影底座前端距离般030～050m里取05m
——梁端距般025～035m超04m里取035m
——顶梁前段长度时支护支架般20～23m
——顶梁段长度应量减减轻支架重量
掩护式支架行道立柱前方支架前移立柱缸体外径电缆槽外侧距离05～06m
顶梁承受顶板载荷通常三角形分布假设约般09m顶梁全长般30～33m
种支架底座长度般20～25m前段长度约整段长度半立柱前连杆铰接点干涉原量减中段长度
527移架力推溜力确定
移架阻力架型吨位支撑高度顶板状况否带压移架等素关垛式支架般100kN左右掩护式支撑掩护式支架250～300kN支撑高度40m支架达450kN里初步取250kN
通常15m长节溜槽应架支架推溜力150kN左右厚煤层支架接200kN里初步取150kN推移千斤顶采煤机截深相适应般07m
528 支护强度支架载荷确定
支护强度：
MPa
根支护强度系列值圆整055MP
式中 ——采高m
——顶板岩石密度般取25
——顶板岩石厚度系数般取4～8顶板条件较周期压明显时取低值否取高值里取8
支架载荷R：
kN
式中 ——支架支护面积式计算（图51）
图51支护面积
式中 ——支架顶梁长度m
——梁端距m
——顶梁宽度m
——相邻顶梁间间隙m
——支架中心距m
529 工作阻力顶板覆盖率确定
支架工作阻力：
kN
根支架立柱工作阻力系列值选取kN
单立柱工作阻力：
kN
式中 ——单立柱工作阻力
——立柱数
顶板覆盖率：
﹪
中等稳定顶板顶板覆盖率值75～85﹪求数值满足顶板覆盖率求
5210 初撑力确定
较初撑力支架初撑阶段迅速压实支架浮煤碎矸支架快发挥作减顶板早期变形离层煤壁片帮
初撑力相工作阻力言顶板类级关稳定中等稳定顶板维护机道方顶板应取较高初撑力约工作阻力80﹪初步确定支架初撑力3200kN单立柱初撑力1600kN
5211 支架四连杆机构确定
1 四连杆机构作
四连杆机构掩护式液压支架支撑掩护式液压支架重部件作概括起两：支架高低变化时助四连杆机构支架顶梁前端点运动轨迹似双纽线支架顶梁前端点煤壁间距离变化减少提高理顶板性二支架承受较水力
2 四连杆机构设计求
（1）支架高度范围变化时图52示顶梁端点运动轨迹宽度应等007m003m
图52 四连杆机构特征
（2）支架高位置低位置时顶梁掩护梁夹角连杆底面夹角图52示应满足求：
支架高位置时支架底位置时利矸石滑防止矸石停留掩护梁根物理学摩擦理知求果钢矸石摩擦系数安全低工作位置应定距离防止支架部落岩石卡住连杆支架降般取特殊情况需较角度时提高连杆铰点高度
（3）图52知掩护梁铰点瞬时中心点间连线水夹角设计时角满足范围原角直接影响支架承受附加力数值
（4）应取顶梁前端运动轨迹双纽线前凸段支架工作段图52示段原顶板压时立柱压缩顶梁前移趋势防止岩石移动作顶梁摩擦力指采空区时底板阻止底座移整支架产生时针转动趋势增加顶梁前端支护力防止顶梁前端方顶板落底座前端压减少防止啃底利移架水合力相应减少减轻掩护梁外负荷
分析知支架受力合理工作设计四连杆机构运动轨迹时应量值减少取双纽线前凸段支架工作段已知掩护梁连杆长度观点出发设计时掩护梁连杆简化成曲柄滑块机构运作图法图53示（实际液压支架四连杆机构属双摇杆机构）
图53掩护梁连杆构成曲柄滑块机构
3 液压支架四连杆机构优缺点
液压支架四连杆机构优缺点：
（1）四连杆机构优点支架顶梁前端点煤壁间距离变化减少承受较水力
（2）四连杆机构缺点四连杆机构支架产生附加力降低支架承载力
4四连杆机构作图法
作图法设计四连杆机构：
（1）确定掩护梁铰点顶梁顶面连杆铰点底座底面距离
类型支架模拟法确定距离分02m025m
（2）掩护梁连杆长度确定
掩护梁长度应略取掩护梁长度
取高位置时连杆底座底面夹角
掩护式支架连杆掩护梁长度值般045～061间里取05：
连杆长度
掩护梁铰点连杆铰点垂直距离：
（3）作图法程作图法确定四连杆机构部分尺寸具体作法图54示：
图54 液压支架四连杆机构作图法
作图步骤：
确定连杆铰点位置体底座略高02～025m
（1）点作底面行水线HH线
（2）作HH线夹角斜线
（3）斜线截取线段长度等A点连杆掩护梁铰点
（4）点作HH线交角斜线点圆心G半径作弧交斜线点点掩护梁顶梁铰点
（5）点作HH线行线FF线HH线FF线距离液压支架高位置时计算高度
（6）点圆心025G045m半径作弧掩护梁交点前连杆铰点位置
（7）点作FF线垂线（认液压支架高低变化时点直线滑动）
（8）垂线作液压支架低位置时顶梁掩护梁铰点
（9）取线中间某点液压支架降高度时掩护梁顶梁铰点（液压支架高低变化时顶梁前端点运动轨迹似双纽线中间点位置直接影响顶梁前端运动轨迹形状变化宽度等）
（10）点圆心半径作圆弧
（11）点圆心掩护梁长半径作弧交前面圆弧点点液压支架降中间某位置时掩护梁连杆铰点
（12）点圆心掩护梁长半径作弧交前面圆弧点点液压支架降低位置时掩护梁连杆铰点
（13）接点圆心长半径作弧交点圆心长半径作弧交点三点液压支架三位置时前连杆铰点
（14）连接液压支架降中间某位置底位置时连杆位置
（15）分作垂直分线交点前连杆铰点前连杆长度
（16）点作HH线作垂线交点线段 液压支架四连杆机构
（17）弧取5点圆心长度半径画圆交弧
（18）连结延长长度等处记点
（19）连结点
图中尺寸求：
m
满足求
第6章 掩护式液压支架部件结构尺寸
61立柱设计
611 支架立柱数确定
目前国掩护式液压支架立柱数2根
612 立柱类型确定
扩支架调高范围适应煤层厚度变化伸缩方式设计采双伸缩立柱
613 立柱结构
液压支架立柱实际种液压缸活塞缸体缸盖活塞杆等部分组成立柱承受顶板载荷较迫降力较少活柱采空心结构便增活柱直径保证足够刚度强度
（1）缸体：缸体立柱承压部件般27SiMn缝钢制成缸体表面活塞密封表面求高加工精度北京煤矿机械厂镗滚压复合加工缸体表面
（2）活塞：活塞油缸关键组件求保证密封性良运动面承受外力击振动等活塞缸体径配合精度般H9f9粗糙度08～04钢制作活塞时活塞安装导环缸体径配合导环数塑料制品铜合金制成活塞安装密封圈密封活塞轴固定采卡箍卡键固定活塞圆环固定方式
（3）活柱：活柱立柱传递机械力重零件承受压力弯曲等载荷作必须耐磨耐腐蚀27SiMn缝钢制成活柱导套配合精度H9f9表面粗糙度04～02防止矿井条件表面生锈腐蚀表面先镀铜镀铬注意保护防止外部硬伤
（4）缸口：缸口缸体活塞杆伸出外面端部装密封圈导套缸盖等零件缸盖缸体相连接保证环形腔密封承压导套活柱伸缩时起导作导套活柱表面紧密接触动作灵活时承受住外部载荷活柱产生横压力弯曲振动等影响导套材料通常聚甲醛铜合金导套表面活柱配合精度般采H9f9
614 立柱技术参数确定
立柱缸体径式计算：
式中 ——立柱缸体径m
——支架承受理支护阻力kN
——架支架支柱数
——安全阀调正压力般选取MPa
——立柱倾角（支架降低位置时角）
然立柱缸体径标准表选取计算值作径选径查立柱配合关系表选取配套尺寸：
表61 立柱外缸中缸外径活柱外径配合关系表
外缸径m
025
中缸外径m
024
中缸径m
020
活柱外径m
0185
工作阻力kN
1960
泵站压力MPa
326
材钢材规格m
外缸
299×028
中缸
245×026
活柱
圆钢
615 立柱初撑力泵站额定工作压力确定
立柱初撑力式计算：
kN
式中 ——泵站额定工作压力减泵站支架压力损失值
616 安全阀压力立柱工作阻力确定
安全阀调正压力选定立柱缸体径支架承受理支护阻力确定
MPa
式中式计算：
kN
式中 ——支架高位置时立柱倾角
求出选定种动作压力相标准安全阀安全阀动作压力支架安全阀调正压力MPa
立柱工作阻力式计算：
MPa
压力选取标准系列值kN
初撑力工作阻力间应满足定关系掩护式液压支架般：左右宜
支架中﹪ 符合求
支架初撑力：kN
支架工作阻力：kN
该支架型号确定：ZY40001028
617 立柱柱窝位置确定
掩护式液压支架立柱柱窝位置确定液压支架否正常工作极重设计时必须根顶板载荷分布底板条件先确定支架顶梁支撑力分布底座底板压分布支架适应工作面求确定立柱柱窝位置
11柱窝位置确定
液压支架立柱柱窝位置确定原理分析顶梁支撑力分布顶板载荷分布致顶板载荷复杂分布规律支架顶梁顶板接触情况异简化计算假定顶梁顶板均匀接触载荷顶梁长度线性规律变化支架宽度方均匀分布支架空间杆系结构简化成面杆系结构时偏安全认顶梁前端载荷零载荷顶梁长度方越越呈三角形分布集中载荷计算支架支撑力分布三角形计算立柱柱窝位置时认支架顶梁承受集中载荷顶梁13处取顶梁分离体受力情况图61示：
图 61顶梁受力分析
A点取矩：
式中 ——立柱柱窝顶梁掩护梁铰点距离m
——支架支护阻力
——支架支护强度
——支护面积
——顶梁长度（包括顶梁掩护梁铰点顶梁端距离）m
——立柱工作阻力kN
——顶梁掩护梁铰点顶梁端距离）m
——立柱柱窝中心顶梁顶面距离m
——立柱高位置时倾角
2顶板适应性分析
计算假定条件进行实际顶板载荷定假设条件相符顶板条件支架受载情况进行分析
（1）直接顶完整破碎顶梁顶板较均匀接触立柱柱窝原确定支架充分发挥初撑力工作阻力效支控顶板时顶板载荷分布支架支撑力分布基致
（2）顶梁前端片帮空时支架顶梁合力作点位置移时衡千斤顶受拉衡千斤顶控制顶梁掩护梁夹角衡千斤顶拉力行程允许范围支架效控制顶板超衡千斤顶行程范围衡千斤顶耳环活塞拉坏支架正常工作
（3）顶梁部顶板出现空支架顶梁合力作点位置前移时衡千斤顶受压顶梁掩护梁夹角变果衡千斤顶行程推力允许范围支架效控制顶板超衡千斤顶行程范围千斤顶压死顶梁掩护梁夹角达值
（4）顶梁方全部空落岩石全部作顶梁掩护梁顶梁掩护梁夹角增直衡千斤顶活塞杆拉出耳环拉坏支架失支控力
见述方法确定立柱柱窝位置助衡千斤顶作基适应支控顶板求
3立柱柱窝位置确定
立柱柱窝位置确定利移架底座前端压时考虑柱前行支架调高范围柱窝前连杆铰点距离般支架低工作位置时立柱倾角考虑具体计算图62示
图62 柱窝位置计算图
关系列出列诸公式进行计算：
(61) (62)
述两式联立：
式中
——支架低位置时连杆水面夹角
——立柱低位置时立柱倾角
——支架低位置时掩护梁水面夹角
62 千斤顶设计
621 千斤顶结构
千斤顶种液压缸立柱结构差异仅活塞杆直径差较千斤顶求缩推拉力差距满足工作需活塞杆保证定刚度强度前提量做细部分结构立柱基相
622 种千斤顶型号确定
根设计运算出关资料模拟ZY42001128型掩护式支架：
推移千斤顶：缸径016m 杆径0085m 行程07m
推溜力179kN 拉架力454kN
衡千斤顶：缸径018m 杆径0105m 行程07m
工作阻力（拉力）718kN 工作阻力（推力）1089kN
侧推千斤顶：缸径0093m 杆径004m 行程017m
推力98kN 拉力48kN
63顶梁设计
631顶梁作设计求
顶梁支护顶板定面积直接承载部件立柱掩护梁护顶装置等提供必连接点求定刚度强度面积足够顶梁顶板覆盖率高时求顶梁适应顶板变化顶板接触压分布均匀避免局部接顶造成集中载荷损坏支架
632顶梁结构形式
支架采铰接式顶梁图63示：
图63掩护式支架顶梁结构形式
顶梁1整体结构顶梁端直接掩护梁2铰接立柱4直接支撑顶梁衡千斤顶3调节顶梁顶板接触面积
整体式顶梁前端支撑力采高强度钢板拼焊箱行变断面结构提供足够行空间顶梁单侧面低板厚安装活动侧护板控制顶梁侧护板千斤顶弹簧套筒均设顶梁体顶梁留足够拆装空间顶梁端直接掩护梁铰接取消三角区立柱支撑顶梁衡千斤顶调节顶梁顶板接触面积
64 底座设计
641 底座作设计求
底座顶板压力传递底板稳定支架部件满足定刚度强度外求底板接触压作包括：
（1）立柱液压控制装置推移装置辅助装置予合理安装位置
（2）工作员创造良工作环境
（3）具定排矸挡矸作
（4）保证支架稳定性
642 底座结构形式
底座结构型式分整体式分体式分体式底座左右两部分组成排矸力底板起伏适应性强底板接触面积压较支架采整体式底座高强度钢板焊接成箱式结构整体性强稳定性强度高易变形底座接触面积压
65 掩护梁设计
651 掩护梁作设计求
掩护梁部顶梁铰接部前连杆相连通前连杆底座连结构成四连杆机构支架连接掩护部件掩护梁承受弯矩扭矩较工作状况恶劣掩护梁必须具足够强度刚度作包括：
(1)承受顶板支架水分力侧力增强支架抗扭性
(2)掩护梁前连杆底座形成四连杆机构保证梁端距变化求范围
(3)阻挡顶梁部煤前窜维护工作面安全空间
652 掩护梁结构形式
支架掩护梁采整体式箱形变断面结构高强度钢板拼接成足够强度
66 前连杆设计
661 前连杆作设计求
前连杆掩护梁底座铰接形成四连杆机构需具定抗拉抗压强度作包括：
（1）支架调高范围顶梁前端煤壁距离（梁端距）变化更支护顶板
（2）承受顶板水力侧力立柱受侧力
662 前连杆结构
支架前连杆均采单杆式结构型式高强度钢板焊接箱形结构强抗拉抗压性强抗扭性
67 侧护板设计
671 顶梁侧护板结构作
顶梁设置侧护板提高支架掩护防矸性般情况支架顶梁掩护梁设侧护板支架双侧活动侧护板弹簧组件千斤顶控制顶梁加设顶板侧护板顶梁外侧样侧护板易落岩石压住结构图64示：
图64侧护板结构形式
作：
（1）阻挡矸石降架程中弹簧套筒作活动侧护板邻架固定侧护板始终紧密接触效防止矸石窜入架
（2）操作侧推千斤顶侧护板调架支架顶梁掩护梁设活动侧护板两弹簧套筒两千斤顶控制弹簧套筒导杆弹簧弹簧筒组成侧护板钢板直角焊结构
672 掩护梁侧护板结构作
掩护梁侧护板设计双侧活动侧护板作功顶梁侧护板
68 推移方式设计
支架采先移架推溜推移方式种推移方式采煤机割煤立支架移新位置时支护新暴露顶板然推移输送机称时支护方式种方式效防止顶事
69 护帮装置防倒防滑装置设计
设计条件：煤层倾角设防倒防滑装置煤层厚度28m设护帮装置
第7章 液压系统设计
71 液压支架传动装置基求
液压支架传动装置应具基求：采结构较简单设备外形尺寸远距离传递量承受较载荷没复杂传动机构爆炸危险含尘空气里保证安全动作迅速操作调节简单超载损坏保护简单
72 液压支架传动特点
液压支架液压传动机械容积式液压传动区特点：
（1）工作液压力高（路压力达20～40MPa立柱压力达30～70MPa）流量（35～140Lmin）
（2）液压系统中采黏度低容量液体作工作介质
（3）液压缸操阀调节控制装置等总数量（高压泵1～6台液压缸300～1500安全阀150～300样数量液控单阀）
（4）长液压路（200～300m刚性500～3000m高压软）
（5）泵——液压缸传动系统换算弹性模数较低
（6）根支架数目改变液流参数
（7）支架结构着相液压缸液压装置间相连接方式（相液压系统）
（8）节支架重复着相工序工序总构成液压支架基工序
（9）保证系统具较高容积效率实现障作业保证员安全液压系统组件部件密封性性
基特点决定液压传动组件整系统结构特点：液压系统成液压支架基组成部分外泵站中心控制台支架液压路等部分作支架公液压系统
73 控制系统液压组件
支架采架手动控制操作者架控制操阀系统路简单手动控制时操作者工作面采煤机次操支架
支架液压组件立柱种千斤顶操阀单阀控制阀等
74 液压系统原理图
采架控制两种供液压力立柱衡千斤顶活塞腔高压余活塞腔低压操阀加配液阀通单阀升柱时高低压时供液升柱速度加快初撑力增效防止顶板离层
推溜液路未设液控单阀系统简单避免移架时输送机拉采空区侧操作时应邻架推移操阀放推溜位置克服移架时反作力
衡千斤顶前两腔设控制阀前腔成承载腔侧推千斤顶两腔油路节流孔该千斤顶行程较短节流孔动作缓没控制阀需承载
总回液路单阀起背压作动作稳操阀组合式片阀时操作具体原理图71示：
图 71 液压支架系统原理图
1立柱2衡千斤顶3推移千斤顶4侧推千斤顶5配液阀6单阀
第8章 液压支架受力分析
81 支架支撑力分析
支架列情况进行计算掩护梁没负载摩擦系数03支架高位置根立柱工作阻力2000kN受力分析图81示：
图81 支顶式液压支架受力分析
取顶梁分离体：
取顶梁掩护梁分离体忽略顶梁掩护梁铰接点顶梁间距离力前连杆延长线交点（掩护梁瞬时回转中心）O取矩利式支撑力：
支撑力作位置X：
式中 P——支架立柱总工作阻力
T——限位千斤顶工作阻力
——顶梁顶板间摩擦系数般01～03里取03摩擦力指采空区+
h——限位千斤顶作力点力臂
L——点水距离
——立柱中心线延长线通顶梁行线交点点
水距离
——点点联机通点顶梁行线夹角顶梁
行线+
——立柱倾角前倾取+倾取
82 顶梁受力分析
取顶梁分离体进行受力分析计算顶梁掩护梁铰点处受力
图82示：
图82顶梁受力分析
水方竖直方合力0列受力方程：
合力
83 前连杆受力分析
已知铰点A方前连杆力方力边形作图法求图83示：
图83 四连杆受力分析
作图法求分：131096kN26353kN
84 顶梁载荷分布分析
顶梁受顶板载荷求出进步计算出载荷顶梁面分布情况顶板顶梁接触情况载荷实际分布复杂计算方便假设顶梁顶板均匀接触载荷线性分布
设顶梁长顶板集中载荷作点距顶梁端载荷呈梯形分布图84示：
图84 顶梁梯形载荷分布
顶梁前端压：
式中 ——顶梁宽度
第9章 液压支架强度校核
91 液压支架强度设计时强度条件
液压支架研制试验程中结构件强度计算极必前面已出支架零部件受力分析负荷计算液压支架结构特点外载荷特点条件特殊性强度设计中强度条件特殊性强度条件现阶段液压支架选材料制造工艺失效形式等
1校核均材料屈服极限计算安全系数
2 结构件销轴活塞杆屈服极限强度条件：
（1）常采15CrMo等普通低合金结构钢具标准厚度钢板焊接成取459MPa
（2）销轴均采CrMo等合金结构钢取屈服极限561MPa
（3）活塞杆均采45号钢取屈服极限3672 MPa
（4）销轴活塞杆强度条件：
（91）
式中 ——安全系数
——危险断面计算出应力MPa
[]——许安全系数
3 缸体材料采27SiMn缝钢取抗拉强度MPa强度条件：
（92）
式中 []——缸体许应力MPa
[]——许安全系数取35～4
4 焊条抗拉强度取强度条件：
（93）
式中 ——焊缝许应力
——焊条类型定
5 许挤压应力式计算：
（94）
6 许安全系数许安全系数见表91：
表 91许安全系数
许安全系数
前梁
顶梁
底座
掩护梁
前连杆
连杆
[]
11
11
11
13
13
13
许安全系数
轴
缸体
焊缝
活塞杆
[]
13
33～4
33～4
>4
92立柱强度验算
921 油缸稳定性验算
假定活柱中缸全部伸出立柱承受心载荷情况进行验算方法活柱中缸量惯性矩相单伸缩活柱惯性矩计算
缸稳定性条件：
立柱工作阻力2000<满足条件
式中 ——活柱中缸量惯性矩
稳定条件适范围：
活柱中缸量惯性矩：
式中 ——活柱断面惯性矩
——中缸断面惯性矩
——外缸断面惯性矩
——活柱直径
——中缸外径
——外缸外径
——中缸径
——外缸径
根值查极限力计算图
里指中缸全部伸出中缸外缸连接处缸体销孔距离
922 活塞杆强度验算
承受心轴力载荷情况油缸初挠度：
式中 ——活塞杆导套处配合间隙
——活塞杆端部销孔挠度处距离
——缸底销孔挠度处距离
——活塞缸体处配合间隙
——活塞杆全部外伸时导套前端活塞末端距离
——活塞全部伸出时活塞杆头部销孔油缸尾部销孔距
离
——立柱总重
——油缸轴线水面夹角
923 油缸挠度
：
式中 ——
——
——钢弹性模量MPa
活塞杆合成应力：
式中 ——活塞杆断面积
——活塞杆断面模数
——单边偏受力时产生偏距
式中 ——活柱中缸单边间隙
——重合度
安全
杆材料45﹟钢MPa
[n]——般取14
924缸体强度验算
1 油缸厚度验算
首先验算缸体壁厚
设缸体壁厚
中等壁厚缸体公式计算：
（95）
式中 ——油缸工作压力MPa
——计入壁公差侵蚀附加厚度般取C0002m
——强度系数缝钢时
——缸体壁厚取00255m
——缸体材料27SiMn缝钢MPa
——许安全系数般35～5范围选取
列公式化：
安全
2 缸体缸底焊缝强度验算
焊缝应力：
安全
式中 ——立柱工作阻力2000kN
——环形焊缝外径（缸体外径）0299m
——环形焊缝径0185m
——焊接效率取09
——焊条抗拉强度取539MPa
[n]——许安全系数般取33～4
3 缸口螺纹处导套螺纹处强度验算
（1）缸筒螺纹处强度
螺纹处拉应力
螺纹处剪应力
合成应力
安全
式中 ——油缸初撑力取1400kN
——油缸外径取0299m
——螺纹摩擦系数般取012
——螺纹预紧力系数取K14
——缸筒材料屈服极限材料27SiMnMPa
——许安全系数般取175
（2）导套螺纹处强度验算
螺纹处拉应力
螺纹处剪应力
合成应力
式中 ——油缸初撑力取1400kN
——螺纹径1224×10m
m
——导套安装导环处径取0243m
——前分取0104
——导套材料45﹟钢屈服极限3528MPa
（3）螺纹强度验算
螺纹强度验算
安全
螺纹弯曲强度
安全
式中 ——油缸初撑力取1400kN（MPa）
——螺纹形状系数三角函数螺纹
——螺纹效长度取m
——螺距取m
——螺纹效圈数圈
——导套材料45﹟钢屈服极限3528MPa
93 顶梁强度校核
理支护阻力顶梁危险断面处顶梁进行强度校核
顶梁两端加集中载荷：
1载荷分布（图 91）
图91载荷分布图
2求（见图92）
图92 力系分布图
：
解式：kN kN
3（见图93）
图93 顶梁Q图M图
C点截面弯矩：
B点截面弯矩：
4 校核前柱窝断面弯曲强度
(1)截面（计柱窝截面）见图94
图94 顶梁柱窝截面图
12…9—腹板编号
（2）求形心aa面间距
（3）零件形心间距
（4）零件形心惯性矩
（5）弯曲应力计算
安全
94 底板压强度校核
顶板支架巨载荷整台支架传底板支架底座底板接触处具定压底板岩性含水量等素底板具抗压强度设计支架时应验算底板压
计算底板压时首先计算底板底座接触面积底座图95示：
图95底座面积
底板接触面积：
然计算底座底板均压：
MPa
底板凹凸底座垫碎矸底座底板压均匀简化计算失效性假设底座底板均匀接触载荷线性分布设支架整体结构外载荷图96示：
图96 整体支架分离体
载荷呈三角形形分布底座前端压端压0应先求出底座集中载荷作点位置图96示具体程：
点取矩：
底座载荷呈梯形分布图97示：
图97 底座梯形压分布
时底座前端压：
端压：
安全
95 底座强度校核
底座两端加集中载荷：
1 受力图（见图98）
图98底座载荷分布图
2（见图99）
图99 底座Q图M图
3 窝处截面（柱窝简化）强度核算（见图910）
图910 底座柱窝截面图
12…6—腹板编号
（1）求形心aa面距
（2）求形心aa面间距
（3）零件形心惯性矩
（4）弯曲应力计算
（5）安全系数计算
安全系数较低柱窝处简化形心降低侧板部应力较预计问题
结
分析计算结：
（1) 两柱掩护式ZY4000 1028型液压支架结构设计紧凑合理 初撑力工作阻力支护强度等项指标参数够满足生产需
（2）两柱掩护式ZY4000 1028型液压支架采双伸缩立柱扩支架调高范围升降率较煤层厚度变化较工作面适应性较强
（3）采衡千斤顶提高衡千斤顶顶梁合力调节力
（4）采四连杆机构顶梁前端点煤壁间距离变化减少提高理顶板性承受较水力
（5）支架加设顶梁掩护梁侧护板效阻挡矸石降架程中弹簧套筒作顶梁活动侧护板邻架固定侧护板始终紧密接触效防止矸石窜入架顶梁端直接掩护梁铰接取消三角区提高支架掩护防矸性
（6）推移方式支架采先移架推溜推移方式种推移方式时支护新暴露顶板效防止顶事
该套支架完全适应煤层开采复合顶板破碎顶板部分中等稳定顶板控制需
致 谢
整毕业设计程中刘训涛老师力支持课题研究工作刘训涛老师指导完成付出心血整设计结束时刻谨名义刘训涛老师致深深敬意诚挚感谢设计程中时专业课老师指导帮助表示衷心感谢学四年学生活等方面予极鼓舞帮助毕业设计整程中资料收集整理方面极支持
谨学生活中毕业设计程中予帮助老师学表示深深谢意
参考文献
1 鲁忠良景国勋肖亚宁液压支架设计安全辨析北京：煤炭工业出版社2006：2357
2 刘鸿文材料力学 第四版高等教育出版社1991：3356
3 陶池东采掘机械（修订版） 北京：煤炭工业出版社 1993：135198
4 孙执书李缤采掘机械液压传动 北京：中国矿业学出版社1991：4265
5 高新春耿剑统液压支架选型分析河南：郑州济理干部学院学报2003（2）：2326
6 刘欣科赵岩国产液压支架现状质量北京：煤矿开采2007（3）：1429
7 两柱掩护式液压支架柱高位置估算方法阜新矿业学院学报1990（2）：15
8 丁绍南液压支架结构尺寸变化规律探讨阜新矿业学院学报1990（3）：2240
9 王森全液压支架防滑防倒措施山东：煤矿机械2007（6）：152153
10 郭雨煤矿机电设备北京：中国矿业学出版社2005：1524
11 武怡甫掩护式液压支架四连杆机构尺寸设计解析法煤矿机械 19836：26
12 寇子明液压支架动态特性分析检测冶金工业出版社1996：2142
13 王森全液压支架防滑防倒措施煤矿机械2007（6）：823
14 李东芳液压支架工北京：煤炭工业出版社2006：412
15 王晓梅液压支架掩护梁四连杆力学分析计算安徽：2007（4）：9091
16 Goodman REand Genhua shiBlock thory and Its Application to EngineeringEnglewood CliffsNJPrenticeHall1985：813
17 KyoyaT Ichikaway KawamotoTA amage mechanics theory for discontinuous rock mass5th Intconfon Numer Methods in Geomech1985：422
18 Kawamoto TIchikaway KyoyaT Deformation and fracturing behaviour of discontinuous rock mass and damage mechanics theoryInt JNumAnalymethGeomechVol121998：2150
附录1
综合性采矿液压支架障诊断专家系统研究
摘 液压支架障诊断专家系统研究系统Turboprolong语言完成总结领域专家验建立障网知识库生产规运行诊断特征该系统选择确定性推理限深度优先搜索策略完成液压支架50类型障专家诊断
关键词 液压支架 障诊断 专家系统
简介
液压支架采煤系统重部分恶劣环境复杂质条件降低性导致较高障率支撑结构复杂障难预先找出隐藏障准确时做出判断发展综合性采矿系统液压支架障诊断专家系统确保高生产效率非常重
篇文章研究探讨综合性采矿系统液压支架障诊断专家系统变现实方法
1 专家系统设计
专家系统研究解决关问题领域专家知识基础说明处理计算机模仿类专家思想成着领域专家样水力解决复杂问题智系统
现代语言中Prolog语言专门适发展种类型专家系统 接然语言便读写专家系统结构图：
1．1 知识库设计
(1) 知识呈现
通障诊断特征生成方法呈现P>Q P结果Q素
举例说
果高频率振动噪声信号第1操阀会渗漏油时候
操作手柄位置时候卡住支柱降降速度非常慢时候泵排泄量非常路压力非常低
果高频率振动噪音信号第2安全阀会损坏时候立
柱动完全负载支护者降
（2）知识库结构
知识库某规汇集组成知识库模型图二：
（3）知识库规汇集资源
①领域专家验
②关部门发行标准记录数方法
（4）表示知识组织知识库产生规汇集方法突出性质
①知识库相独立性(模件)
②容易延伸维持容易校订(延伸性)
③户容易解
1．2 推方法设计
障诊断特征 建立推方法应该考虑容
(1)推方系统选择前推断然前提 (原)结果第规结第二前提产生外新结样观全局执行结前推链推程较前提部分实质解事实然发现找出间关系果符合规规容易会认定条定律规样做点出结
(2)搜寻策略该系统选择限深度优先搜索仅求搜寻分节点直着深处搜寻数值d深度限制深差达d时候会适头开始次搜寻样减少工作增加效果
(3)准确度障现象通观察发现确定方法显示出低亚句应该附信数[01]数1表明障现象完全正确断数0 表达障现象完全错误断果许类型障障现象信度公式计算
YY1+Y2+Y3
中 Y1表示障现象1信度
Y2表示障现象2信度
Y3表示障现象3信度
结引起X障信度Y
13 解释引擎设计
解释引擎说明结系统正运行时候时回答什推程中 通时间记录转换状态推规 然存储动态数库中形成推进程扩展延伸链条局外求说明时候翻译员恰组织链条表述推程
14 界面
界面命令菜单组成
(1) 维持知识库命令 修正校订知识含量
(2) 解释命令 回答什
(3) 控制命令 控制单位体行动
(4) 输入 输出命令 输入初事实 输出结隐藏信息
15 学问引擎
学问引擎新知识增加知识库中删新知识矛盾规
2 系统功
(1) 诊断三种类型液压支架50种类型损坏
(2) 解释动作
(3) 学功
系统实行诊断时候 需选择相关障症状观测数 会
结果者选择什 会表示推程
3 结
系统已实现三种类型液压支架50种障诊断需般专家水普通工容易领会测试表明结基正确
4 发展专家系统趋
专家系统已广泛机械障诊断方面 缺点解决力受知识库限制某障现象通知识库呈现出专家系统通系列匹配运行着速度限制专家系统学力修正力相较弱造神网络较强认知学模型力例子中障标记结合专家系统造神网解决关机械障诊断问题效方法目前项研究已取进展
附录2
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效支护控制顶板必须设计出类型结构尺寸液压支架液压支架设计工作十分重极提高劳动生产率广泛应现代化矿山机械化工作面
文简单介绍支撑式掩护式支撑掩护式液压支架特点概括说明掩护式液压支架技术参数结构特点工作原理应范围阐述四连杆机构优越性
首先根定条件进行较分析选择种较合理方案然根工作条件选择确定支架参数支架部分结构支架受力分析中分析顶梁掩护梁底座等受力情况根受力确定部件结构尺寸进行强度校核
文设计液压支架稳定性整体性强安全性高符合安全生产求
关键词 液压支架 结构 强度掩护式
Abstract
To protect and control crest plank effectivelywe have to design hydraulic supports that belong to different types and different structure sizes The design work of hydraulic support is very important Because it can raise labor productivity greatly broadly used in the modern mechanized mining face
This text simply introduces the characteristic of holding support shield support and holdingshield support It explains generally the technique parameters the structure characteristics work principle and applications of shield support It also expounds the superiority of the four linkage bar
Firstly it compares and analyses according to the given conditions selects a more reasonable program Then according to work conditions this design chooses and decides support’s main parameters and the structure of all the parts of support and then selects the appropriate hydraulic system that it fits the support In the acceptingstrength analysis of support Analysis mainly acceptingstrength status of roof beam covering beam and the base Structure sizes of all components is decided according to acceptingstrength status and its intensity is checked
The hydraulic supports this text designs whose stability is good integrity is strong and security is high It meets the requests of safe production
key words Support structure strength shield
目录
摘 I
Abstract II
第1章 绪 1
11 液压支架发展概况 1
12 国外支架现状国外差距 1
121 国外液压支架现状 1
122 国液压支架现状 2
123 国液压支架国外液压支架存差距 4
13 液压支架研究发展趋势 4
第2章 液压支架范围 6
21 液压支架分类 6
22 液压支架适范围 6
23 掩护式液压支架分类结构 7
231 掩护式液压支架分类 7
232 掩护式液压支架整体结构 7
第3章 液压支架工作原理 8
31液压支架途适原理 8
311 液压支架途 8
312 液压支架动作原理特性曲线形式 8
313 移架力推溜力原实现方法 9
32 液压支架部件工作原理求 10
321 作顶梁底座摩擦力产生原方 10
322 立柱支架工作程中作性求 10
323 液控单阀立柱推移千斤顶工作原理 10
第4章 设计方案 12
41 设计方案拟订 12
42 技术济指标 12
43 计算步骤 12
第5章 液压支架结构尺寸设计 13
51液压支架设计基求基参数 13
511 液压支架设计目 13
512 设计时液压支架基求 13
513 设计液压支架必需基参数 14
514 文做工作 14
52液压支架参数确定 14
521 液压支架高度确定 14
522 支架伸缩确定 15
523 支架间距确定 15
524 支架宽度确定 15
525 底座宽度确定 15
526 顶梁长度确定 16
527 移架力推溜力确定 17
528 支护强度支架载荷确定 17
529 工作阻力顶板覆盖率确定 18
5210 初撑力确定 18
5211 支架四连杆机构确定 18
第6章 掩护式液压支架部件结构尺寸 23
61立柱设计 23
611 支架立柱数确定 23
612 立柱类型确定 23
613 立柱结构 23
614 立柱技术参数确定 24
615 立柱初撑力泵站额定工作压力确定 25
616 安全阀压力立柱工作阻力确定 25
617 立柱柱窝位置确定 26
62 千斤顶设计 29
621 千斤顶结构 29
622 种千斤顶型号确定 29
63 顶梁设计 29
631顶梁作设计求 29
632顶梁结构形式 30
64 底座设计 30
641 底座作设计求 30
642 底座结构形式 31
65 掩护梁设计 31
651 掩护梁作设计求 31
652 掩护梁结构形式 31
66 前连杆设计 31
661 前连杆作设计求 31
662 前连杆结构 32
67 侧护板设计 32
671 顶梁侧护板结构作 32
672 掩护梁侧护板结构作 32
68 推移方式设计 32
69 护帮装置防倒防滑装置设计 33
第7章 液压系统设计 34
71 液压支架传动装置基求 34
72 液压支架传动特点 34
73 控制系统液压组件 34
74 液压系统原理图 35
第8章 液压支架受力分析 36
81 支架支撑力分析 36
82 顶梁受力分析 37
83 前连杆受力分析 38
84 顶梁载荷分布分析 38
第9章 液压支架强度校核 40
91 液压支架强度设计时强度条件 40
92 立柱强度验算 41
921 油缸稳定性验算 41
922 活塞杆强度验算 43
923 油缸挠度 44
924 缸体强度验算 45
93 顶梁强度校核 50
94 底板压强度校核 52
95 底座强度校核 54
结 57
致 谢 58
参考文献 59
附录1 60
附录2 64
第1章 绪
11 液压支架发展概况
20世纪50年代前国外煤矿生产中基采木支柱木顶梁金属摩擦支柱铰接顶梁支护顶板1954年英国首次研制出液压支架目前液压支架体综采设备已逐步程控遥控动化方发展国煤炭产业国20世纪60年代研制种液压支架未推广应20世纪70年代国英德波兰前苏联等国家引进数十套液压支架仿制总结验20世纪80年代国液压支架研制应获迅速发展相继研制生产TD系列ZY系列ZZ系列等20种规格液压支架目前国中型矿井中条件合适煤层均采液压支架进行综合机械化开采1980年起取移式液压支架研制成功逐步改进完善进普遍推广应回采工作面采煤程中落煤装煤运煤支护控顶等工序全部实现综合机械化煤矿取较综合效益天着计算机技术动化技术普应提高煤矿生产动化高效生产提供新出路
12 国外支架现状国外差距
121 国外液压支架现状
80年代世界采煤国家直围绕减面提产减提效降低成实现矿井集中生产做努力 积极开发应新技术致力高性高性新代重型液压支架研制新型液压支架普遍具微型电机电磁铁驱动电液控制阀推移千斤顶装位移传感器采煤机装红外线传感装置立柱缸径超400mm减少割煤时间般采08～1m截深支架采屈服强度800～1000MPa钢板较高强度硬度韧性具良冷焊性着长壁工作面长度断增加适应快速移架需国外广泛采高压流量乳化液泵站额定压力40～50MPa额定流量400～500Lmin实现工作面成组成排快速移架达6～8s架美国世界先进采煤国家早1990年已采额定压力50MPa额定流量478Lmin乳化液泵站实现支架快速推进移架速度达6～8s架美国高产高效工作面采两柱掩护式支架寿命8～10年率高达95～98支架均工作阻力6470kN(9800kN)支架宽度普遍增中心距达175m2m发展增架宽利减少工作面架数缩短移架时间增加效工作时间提高单产洛斯公司20英里矿250×5280m长壁综采面工作阻力28565kN电液控制两柱掩护式支架1997年6月产商品煤9043万t成世界首次月产商品煤百万吨工作面1995年9月糜鹿矿工作阻力8900kN 电流控制两柱掩护式支架月产煤达6011万t美国综采工作面高日产超7万t高工效1336t工澳利亚基采井面高度集中化生产两柱掩护式支架支架均工作阻力7640kN尤兰矿电流控制两柱掩护式支架1995年8月8日创澳利亚史日产341万t高记录班产直保持5000～6000t英国力发展两柱掩护式支架工作阻力提高达6000～8000kN
122 国液压支架现状
国1964年太原分院郑州煤机厂设计70型迈步式移支架开始液压支架国产化道路1984年北京开采沈阳郑州煤机厂沈阳蒲河矿进行国第套放顶煤液压支架工业性试验继研制种低位中位元高位放顶煤支架成功缓倾斜厚煤层急倾斜厚煤层水分层工作面1990年国产液压支架全面发展1998年止全国已建成88处高产高效矿井中14处矿单工作面单产达1572万t月原煤生产员效率达916t工综采机械化水4932达世界先进水
1国液压支架基架型
（1）ZZ系列支撑式支架
该系列支架切顶力强稳定性支护强度易操作支架工作阻力2000～10000kN支架高度09～47m般工作面倾斜15°时配防倒防滑装置支架结构特点立柱呈XV型布置两柱支顶两柱支掩四柱支顶 顶梁整体楔型铰接型前伸缩梁挑梁长短两种掩护梁底座整体分体半钢性分离底座设抬底座机构单侧活双侧活侧护板设侧护板侧护板全封闭半封闭两种型式直推式合页式架邻架操作
（2）ZY系列掩护式支架
该系列支架采高范围支架长度短相成低操作灵活支架工作阻力1800～6000kN支架高度075～38m结构特点两立柱支顶柱支撑掩护梁代衡千斤顶整体铰接楔型顶梁前挑梁伸缩梁整体分体半钢性分离底座架邻架操作
2采煤方法中国产液压支架
（1）缓倾斜厚煤层次采全高支架
采高支架总10余种ZY型掩护式支架少数ZZ型支撑式支架支架高度2～5m 工作阻力3200～10000kN 支架结构特点铰接孔间隙制造精度高支架稳定性支架侧推力充分考虑防倒防滑调架机构护帮机构般伸缩梁实时支护防片帮架操作
（2）缓倾斜薄煤层液压支架
薄煤层支架空间严格求整体顶梁薄较长推杆中长立柱X型布置支架前部宽度少500mm空间保证行安全邻架操作
（3）倾角煤层次采全高液压支架倾角25°～ 45°煤层说液压支架应较初撑力工作阻力铰接孔间隙制造精度高保证支架稳定支架应防倒防滑调架装置活动侧护板应较行程推力支架采煤机道间需设防砸安全挡板底座应设脚踏板扶手种支架ZY掩护式邻架操作
（4）厚特厚倾斜煤层分层铺网支架
架型ZZ支撑式ZY掩护式垛式铺顶网铺底网分采架前铺联网架铺联网方式机械手工操作中手工联网分横联竖联两种方法种支架特点工作阻力稍掩护梁底座中充足空间便架操作
（5）特厚煤层放顶煤液压支架
a 高位放顶煤支架
放顶煤支架放煤位置分高位中位低位三种高位放顶煤支架高15～35m 工作阻力2000～5600kN 邻架操作缓倾斜倾斜特厚煤层水分层开采
b中位放顶煤支架
该类支架双运输机式缓倾斜急倾斜特厚煤层水分层采煤掩护梁开天窗天窗插板回转式两种四立柱全部支顶梁中两柱支顶梁两柱支掩护梁连杆型式单铰接四连杆两种
c 低位放顶煤支架
低位放顶煤支架放煤口位掩护梁方部运输机直接放底板底座部拖板放煤口三面敞开丢脊背煤回收率相较高煤尘 放煤口易堵塞根求组支架放煤口风侧工作面侧装4喷头支架放煤移架时架支架者相邻支架喷雾动开灭尘
（6） 难采煤层液压支架
a 三软煤层液压支架
该类液压支架求底座面积量具备抬底座功采底座半封底全封底降低底板压顶梁具备立支护功带伸缩梁伸缩梁加挑梁侧护板应支架处全封闭状态邻架操作
b 两硬煤层液压支架
该类支架ZZ型求工作阻力切顶力顶梁整体楔型铰接前梁带挑梁式掩护梁需量短水夹角底座半钢性分体式安全阀应足够流量抵抗顶板击邻架架操作
123 国液压支架国外液压支架存差距
国液压支架30年发展取显着成绩双高矿井建设中出现日产万吨甚班产超万吨记录总体水世界先进采煤国家存定差距支架架型功国国外相差方特特厚煤层放顶煤支架铺网支架两硬煤层强力支架端头支架独处国产液压支架技术含量偏低电液控制阀性差钢材般16Mn屈服极限700MPa液压系统压力35MPa流量200Lmin供液回液快移架速度10～12s架(井实际应时20s)工作阻力更相较低
13 液压支架研究发展趋势
着科学技术高速发展新技术新方法新材料断应微机计算机技术进步普液压支架发展提供利条件目前液压支架研究发展方面着手
(1) 液压支架结构形式正着简单实方发展液压支架架型明显两柱掩护式支架四柱支撑式掩护式支架发展
(2) 已支架设计应验基础限元计算机辅助设计相结合研究支架智化设计方法结构参数优化进步提高支架科学性性结构优化性中设计中应注意方面①提高液压支架设计强度加支架工作阻力加支架设计强度系数选材等方面②提高支架移架速度③改进支架部件结构加联结件强度
(3) 改进制造工艺保证制造质量支架阀类材料热处理加工条件密封件入手制定更严格质量抗腐蚀标准
(4) 稳定顶板松软底板质构造较复杂等特殊条件加投入研制量特殊支架适开采条件
(5) 新型组件材质减轻支架重量提高支架性寿命
(6) 结构寻求克服四连杆新型架型
(7) 快速支架电液控制系统研制投入研究支架遥控程控控制性动监控回采工作面半动化动化创造条件
10年国液压支架技术含量钢板强度高移架速度快(6～8s架)电液控制阀方发展破碎带断层工作面加支架移架力量采整体推杆抬底座机构减少千斤顶数量外普遍采额定压力40MPa 额定流量400Lmin高压流量乳化液泵站适应快速移架需系统采环形双供液保证支架足够压力达初撑力保证支架接顶位置准确ZY两柱掩护式支架重增加缸径增端头支架轻放途支架广泛
第2章 液压支架范围
21 液压支架分类
液压支架采煤工作面安装位置划分液压支架分端头液压支架中间液压支架端头液压支架简称端头支架专门安装采煤工作面两端中间液压支架安装工作面两端外采煤工作面位置支架
中间液压支架结构形式顶板结构形式划分分3种基类型：支撑式掩护式支撑掩护式液压支架
支撑式液压支架垛式节式分
掩护式液压支架插腿式非插腿式分
支撑掩护式液压支架四柱支顶梁柱两柱支掩护梁分
22 液压支架适范围
（1）支撑式液压支架
支撑式液压支架垛式节式分
垛式支架作象堆木垛称垛式液压支架垛式支架般具长顶梁立柱支撑力通顶梁完全作支撑顶板
垛式支架支撑力切顶性稳定性较工作空间较容易满足通风求垛式支架较宽长移架时顶板暴露面积较直接顶较破碎顶板条件困难垛式支架仅适顶板较坚硬稳定煤层
（2）掩护式液压支架
掩护式液压支架没支撑部件掩护部件立柱承载力完全承受掩护梁载荷（落矸石）称掩护式支架掩护式支架适顶板特软特破碎煤层
（3）支撑掩护式液压支架
支撑掩护式液压支架顶梁长（垛式支架相似）掩护梁短4根立柱组成垛式结构类支架顶板控制通顶梁支撑顶板掩护梁隔绝支架面落矸石称支撑掩护式液压支架实质加强挡矸装置垛式支架
23 掩护式液压支架分类结构
231 掩护式液压支架分类
掩护液压支架分：
（1）掩护梁底座直接铰接支架支架升降时梁端运动轨迹圆弧种支架结构简单梁端距变化易造成煤壁顶板落适调高范围支架放顶煤支架等
（2）掩护梁通前连杆底座铰接构成四连杆机构支架升降时顶梁运动轨迹似行煤壁双纽线梁端距种支架应种支架分立柱端支撑掩护梁（掩护式）立柱端支撑顶梁（支顶式）两种结构支顶式掩护支架顶梁掩护梁间必设衡千斤顶保证结构稳定立柱工作阻力相条件支撑力较支掩式掩护支架
掩护式支架仅掩护梁架间通侧护板相互挤紧掩护性立柱少切顶力弱顶梁较短控顶距较支护强度顶板重复支撑次数较少通风断面采连杆机构抗水力强立柱受横力种支架适稳定顶板中等稳定直接顶（12类）周期压缓老顶等矿压条件
232 掩护式液压支架整体结构
掩护式液压支架结构顶梁掩护梁侧护板底座前连杆立柱衡千斤顶推移千斤顶侧推千斤顶操阀控制阀等组成
第3章 液压支架工作原理
31液压支架途适原理
311 液压支架途
采煤工作面煤炭生产中防止顶板落维持定空间保证工安全项作业正常进行必须顶板进行支护液压支架高压液体作动力液压组件金属构件组成支护控制顶板设备实现支撑切顶移架推移输送机等整套工序实践表明液压支架具支护性强度移架速度快安全等优点液压支架弯曲输送机采煤机组成综合机械化采煤设备应增加采煤工作面产量提高劳动生产率降低成减轻工体力劳动保证安全生产缺少效措施液压支架技术先进济合理安全实现采煤综合机械化动化缺少设备
312 液压支架动作原理特性曲线形式
液压支架工作程中必须具备升降推移4基动作动作利泵站供高压乳化液通工作性质液压缸完成工作原理图31示：
图31液压支架工作原理
1输送机2推移千斤顶3立柱4安全阀5液控单阀6操阀
（1）升柱需支架升支护顶板时高压乳化液进入立柱活塞腔腔回液推动活塞升活塞相连接顶梁紧密接触顶板
（2）降柱需降柱时高压液进入立柱活塞杆腔腔回液迫活塞杆降顶梁脱离顶板
（3）支架输送机前移支架输送机前移底座推移千斤顶完成支架前移时先降柱卸载然高压液进入推移千斤顶活塞杆腔腔回液输送机支点缸体前移整支架拉煤壁需推输送机时支架支撑顶板高压液进入推移千斤顶活塞腔腔回液支架支点活塞杆伸出输送机推煤壁
支架支撑力时间曲线称支架工作特性曲线图32示：
图32支架工作特性曲线
t0初撑阶段t1增阻阶段t2恒阻阶段p2初撑力p1工作阻力
支架立柱工作时支撑力时间变化程分3阶段：支架升柱时高压液进入立柱腔立柱升起顶梁接触顶板立柱腔压力增加增加泵站工作压力时泵站动卸载支架液控单阀关闭立柱腔压力达初撑力阶段初撑阶段t0支架初撑顶板沉立柱腔压力增加直增加支架安全阀调正压力立柱腔压力达工作阻力阶段增阻阶段t1着顶板压力继续增加立柱腔压力超支架安全阀调正压力安全阀开溢流立柱缩顶板压力减立柱腔压力降低低安全阀压力调正值安全阀停止溢流样安全阀调正压力限制压力曲线时间成波浪形变化阶段恒阻阶段t2
313移架力推溜力原实现方法
移动液压支架需力推输送机需力果推输送机力输送机槽帮推坏移架力推溜力
实现移架力推溜力两类方法第类方法推移千斤顶结构实现第二类方法两种等级工作压力移架时较高工作压力推溜时较低工作压力
32 液压支架部件工作原理求
321 作顶梁底座摩擦力产生原方
顶梁底座摩擦力产生两种情况：第种情况支架前移时顶板顶梁底座间产生摩擦产生摩擦力顶板顶梁作力支架底座底板作力摩擦系数关方支架运动方相反第二种情况掩护式液压支架支撑掩护式液压支架四连杆机构顶梁前端运动轨迹成纽线支架承载压程中顶梁载荷作顶梁产生摩擦力摩擦力顶板载荷顶板顶梁摩擦系数关方双纽线轨迹关双纽线轨迹前凸时顶板承载压程中顶板前运动摩擦力方反前
322 立柱支架工作程中作性求
立柱支架承压构件长期处高压受力状态应具合理工作阻力工作特性外必须足够抗压抗弯强度良密封性结构简单适应支架工作求
323 液控单阀立柱推移千斤顶工作原理
（1）液控单阀立柱工作原理
立柱液控单阀利该阀闭锁原理控制立柱腔工作状态立柱初撑时工作液体进入立柱腔产生初撑力立柱承载时封闭腔工作液体产生工作阻力相应压力立柱卸载时腔液体排出
（2）液控单阀推移千斤顶工作原理
推移千斤顶液控单阀利该阀闭锁原理控制推移千斤顶活塞腔工作状态直接推移方式例图33示：
图33推移千斤顶液压系统图
1推移千斤顶 2液控单阀
缸体支架底座铰接活塞杆输送机铰接推输送机时工作液体进入活塞腔产生推输送机力推移千斤顶液压系统操作采煤机输送机工作时封闭活塞腔工作液体防止输送机液压支架发生相运动移架时高压液进入活塞杆腔时开液控单阀活塞腔液体排出左右邻架液压系统没操作左右邻架保持缩紧状态防止输送机支架拉回
第4章 设计方案
41设计方案拟订
预设计种掩护式液压支架安全生产提供条件方案图41示：
方案1 方案2 方案3
图41掩护式液压支架结构简图
方案1掩护梁底座直接铰接带四连杆机构支架升降时梁端运动轨迹圆弧种支架结构简单梁端距变化易造成煤壁顶板落方案2方案3带四连杆机构种支架掩护梁通前连杆底座铰接升降时梁端运动轨迹似行煤壁双纽线梁端距变化较方案3支顶式掩护支架较方案2支掩式掩护支架立柱工作阻力相条件支撑力
分析方案3较合理采方案3
42技术济指标
技术济指标：
煤层厚度：13～26m 煤层倾角：
43 计算步骤
计算步骤：
（1）支架结构设计方案拟定
（2）四连杆机构设计
（3）初撑力工作阻力确定
（4）结构尺寸设计
（5）部件设计
（6）部件强度校核
（7）绘制相应设计容技术图纸
第5章 液压支架结构尺寸设计
51液压支架设计基求基参数
511液压支架设计目
采综合机械化采煤方法幅度增加煤炭产量提高济效益必路满足煤炭增长需必须量生产综合机械化采煤设备迅速增加综合机械化采煤工作面（简称综采工作面）综采工作面均需安装150台液压支架见液压支架需量
采煤工作面顶底板条件煤层厚度煤层倾角煤层物理机械性质等液压支架求效支护控制顶板必须设计出类型结构尺寸液压支架液压支架设计工作重液压支架类型设计工作量见研制开发新型液压支架必少环节
512设计时液压支架基求
（1）满足采煤工艺质条件求液压支架足够初撑力工作阻力便效控制顶板
（2）液压支架足够推溜力移架力推溜力般100kN移架力煤层厚度定薄煤层般100～150kN中厚煤层般150～250kN厚煤层般300～400kN
（3）防矸性
（4）排矸性
（5）求液压支架保证采煤工作面足够通风断面保证员呼吸稀释害气体等安全方面求
（6）操作生产需足够宽行道
（7）调高范围明通信方便
（8）支架稳定性底座压规定值
（9）求液压支架足够刚度够承受定均匀载荷击载荷
（10）满足强度条件减轻支架重量
（11）易拆卸结构简单
513 设计液压支架必需基参数
（1）采高根采高确定支架高度支架支护强度
（2）工作面煤壁条件根工作面煤壁条件决定否护帮装置
（3）煤层倾角根煤层倾角决定否选防倒防滑装置
（4）配套尺寸根配套尺寸支护方式计算顶梁长度
514 文做工作
文工作根实际条件：煤层厚度13～26m煤层倾角15°设计种掩护式液压支架保证安全生产需
52液压支架参数确定
521 液压支架高度确定
根采煤层厚度采区范围质条件满足配套设施采煤机输送机高度求保证采煤员足够空间等素确定高度：
根支架高度系列确定支架高度：
式中 ——支架高度
——支架高度
——煤层厚度（采高）
——煤层厚度（采高）
——考虑伪顶煤皮落初撑力需支撑高度般取02～03m里取02m
——顶板沉量般取01～02m里取01m
——移架时支架伸缩量般取005m
——浮矸浮煤厚度般取002m
522 支架伸缩确定
支架伸缩指支架高度
液压支架寿命较长安装采高采煤工作面支架应具较伸缩采双伸缩立柱时垛式支架伸缩19支撑掩护式液压支架25掩护式液压支架达30般范围15～25
523支架间距确定
目前根输送机中部槽节长度槽帮千斤顶连接块位置确定国刮板输送机中部槽节长度15m千斤顶连接块位置中部槽中间位置支架间距般15m国规定支架标准中心距15m
524 支架宽度确定
包括侧护板顶梁宽度14～16m（限侧护板收缩时运输宽度15m支架正常工作宽度16m支架调架时侧护板伸出宽度）
支架底座宽度11～12m提高横稳定性减底板压厚煤层加13m左右取支架底座宽度14m
525 底座宽度确定
通常掩护式液压支架底座长度取移架步距35倍（步距06m）21m考虑较长底座增加支架稳定性取24 m
526顶梁长度确定
考虑支顶式掩护支架立柱相阻力条件支撑力较支掩式选支顶式掩护支架
支顶式掩护支架顶梁长度：
式中 ——输送机溜槽铲煤板端煤壁距离般005～015m里取010m
——包括铲煤板输送机中部槽宽度
——推移步距时支护时等采煤机截深滞时零
——立柱支点水投影底座前端距离般030～050m里取05m
——梁端距般025～035m超04m里取035m
——顶梁前段长度时支护支架般20～23m
——顶梁段长度应量减减轻支架重量
掩护式支架行道立柱前方支架前移立柱缸体外径电缆槽外侧距离05～06m
顶梁承受顶板载荷通常三角形分布假设约般09m顶梁全长般30～33m
种支架底座长度般20～25m前段长度约整段长度半立柱前连杆铰接点干涉原量减中段长度
527移架力推溜力确定
移架阻力架型吨位支撑高度顶板状况否带压移架等素关垛式支架般100kN左右掩护式支撑掩护式支架250～300kN支撑高度40m支架达450kN里初步取250kN
通常15m长节溜槽应架支架推溜力150kN左右厚煤层支架接200kN里初步取150kN推移千斤顶采煤机截深相适应般07m
528 支护强度支架载荷确定
支护强度：
MPa
根支护强度系列值圆整055MP
式中 ——采高m
——顶板岩石密度般取25
——顶板岩石厚度系数般取4～8顶板条件较周期压明显时取低值否取高值里取8
支架载荷R：
kN
式中 ——支架支护面积式计算（图51）
图51支护面积
式中 ——支架顶梁长度m
——梁端距m
——顶梁宽度m
——相邻顶梁间间隙m
——支架中心距m
529 工作阻力顶板覆盖率确定
支架工作阻力：
kN
根支架立柱工作阻力系列值选取kN
单立柱工作阻力：
kN
式中 ——单立柱工作阻力
——立柱数
顶板覆盖率：
﹪
中等稳定顶板顶板覆盖率值75～85﹪求数值满足顶板覆盖率求
5210 初撑力确定
较初撑力支架初撑阶段迅速压实支架浮煤碎矸支架快发挥作减顶板早期变形离层煤壁片帮
初撑力相工作阻力言顶板类级关稳定中等稳定顶板维护机道方顶板应取较高初撑力约工作阻力80﹪初步确定支架初撑力3200kN单立柱初撑力1600kN
5211 支架四连杆机构确定
1 四连杆机构作
四连杆机构掩护式液压支架支撑掩护式液压支架重部件作概括起两：支架高低变化时助四连杆机构支架顶梁前端点运动轨迹似双纽线支架顶梁前端点煤壁间距离变化减少提高理顶板性二支架承受较水力
2 四连杆机构设计求
（1）支架高度范围变化时图52示顶梁端点运动轨迹宽度应等007m003m
图52 四连杆机构特征
（2）支架高位置低位置时顶梁掩护梁夹角连杆底面夹角图52示应满足求：
支架高位置时支架底位置时利矸石滑防止矸石停留掩护梁根物理学摩擦理知求果钢矸石摩擦系数安全低工作位置应定距离防止支架部落岩石卡住连杆支架降般取特殊情况需较角度时提高连杆铰点高度
（3）图52知掩护梁铰点瞬时中心点间连线水夹角设计时角满足范围原角直接影响支架承受附加力数值
（4）应取顶梁前端运动轨迹双纽线前凸段支架工作段图52示段原顶板压时立柱压缩顶梁前移趋势防止岩石移动作顶梁摩擦力指采空区时底板阻止底座移整支架产生时针转动趋势增加顶梁前端支护力防止顶梁前端方顶板落底座前端压减少防止啃底利移架水合力相应减少减轻掩护梁外负荷
分析知支架受力合理工作设计四连杆机构运动轨迹时应量值减少取双纽线前凸段支架工作段已知掩护梁连杆长度观点出发设计时掩护梁连杆简化成曲柄滑块机构运作图法图53示（实际液压支架四连杆机构属双摇杆机构）
图53掩护梁连杆构成曲柄滑块机构
3 液压支架四连杆机构优缺点
液压支架四连杆机构优缺点：
（1）四连杆机构优点支架顶梁前端点煤壁间距离变化减少承受较水力
（2）四连杆机构缺点四连杆机构支架产生附加力降低支架承载力
4四连杆机构作图法
作图法设计四连杆机构：
（1）确定掩护梁铰点顶梁顶面连杆铰点底座底面距离
类型支架模拟法确定距离分02m025m
（2）掩护梁连杆长度确定
掩护梁长度应略取掩护梁长度
取高位置时连杆底座底面夹角
掩护式支架连杆掩护梁长度值般045～061间里取05：
连杆长度
掩护梁铰点连杆铰点垂直距离：
（3）作图法程作图法确定四连杆机构部分尺寸具体作法图54示：
图54 液压支架四连杆机构作图法
作图步骤：
确定连杆铰点位置体底座略高02～025m
（1）点作底面行水线HH线
（2）作HH线夹角斜线
（3）斜线截取线段长度等A点连杆掩护梁铰点
（4）点作HH线交角斜线点圆心G半径作弧交斜线点点掩护梁顶梁铰点
（5）点作HH线行线FF线HH线FF线距离液压支架高位置时计算高度
（6）点圆心025G045m半径作弧掩护梁交点前连杆铰点位置
（7）点作FF线垂线（认液压支架高低变化时点直线滑动）
（8）垂线作液压支架低位置时顶梁掩护梁铰点
（9）取线中间某点液压支架降高度时掩护梁顶梁铰点（液压支架高低变化时顶梁前端点运动轨迹似双纽线中间点位置直接影响顶梁前端运动轨迹形状变化宽度等）
（10）点圆心半径作圆弧
（11）点圆心掩护梁长半径作弧交前面圆弧点点液压支架降中间某位置时掩护梁连杆铰点
（12）点圆心掩护梁长半径作弧交前面圆弧点点液压支架降低位置时掩护梁连杆铰点
（13）接点圆心长半径作弧交点圆心长半径作弧交点三点液压支架三位置时前连杆铰点
（14）连接液压支架降中间某位置底位置时连杆位置
（15）分作垂直分线交点前连杆铰点前连杆长度
（16）点作HH线作垂线交点线段 液压支架四连杆机构
（17）弧取5点圆心长度半径画圆交弧
（18）连结延长长度等处记点
（19）连结点
图中尺寸求：
m
满足求
第6章 掩护式液压支架部件结构尺寸
61立柱设计
611 支架立柱数确定
目前国掩护式液压支架立柱数2根
612 立柱类型确定
扩支架调高范围适应煤层厚度变化伸缩方式设计采双伸缩立柱
613 立柱结构
液压支架立柱实际种液压缸活塞缸体缸盖活塞杆等部分组成立柱承受顶板载荷较迫降力较少活柱采空心结构便增活柱直径保证足够刚度强度
（1）缸体：缸体立柱承压部件般27SiMn缝钢制成缸体表面活塞密封表面求高加工精度北京煤矿机械厂镗滚压复合加工缸体表面
（2）活塞：活塞油缸关键组件求保证密封性良运动面承受外力击振动等活塞缸体径配合精度般H9f9粗糙度08～04钢制作活塞时活塞安装导环缸体径配合导环数塑料制品铜合金制成活塞安装密封圈密封活塞轴固定采卡箍卡键固定活塞圆环固定方式
（3）活柱：活柱立柱传递机械力重零件承受压力弯曲等载荷作必须耐磨耐腐蚀27SiMn缝钢制成活柱导套配合精度H9f9表面粗糙度04～02防止矿井条件表面生锈腐蚀表面先镀铜镀铬注意保护防止外部硬伤
（4）缸口：缸口缸体活塞杆伸出外面端部装密封圈导套缸盖等零件缸盖缸体相连接保证环形腔密封承压导套活柱伸缩时起导作导套活柱表面紧密接触动作灵活时承受住外部载荷活柱产生横压力弯曲振动等影响导套材料通常聚甲醛铜合金导套表面活柱配合精度般采H9f9
614 立柱技术参数确定
立柱缸体径式计算：
式中 ——立柱缸体径m
——支架承受理支护阻力kN
——架支架支柱数
——安全阀调正压力般选取MPa
——立柱倾角（支架降低位置时角）
然立柱缸体径标准表选取计算值作径选径查立柱配合关系表选取配套尺寸：
表61 立柱外缸中缸外径活柱外径配合关系表
外缸径m
025
中缸外径m
024
中缸径m
020
活柱外径m
0185
工作阻力kN
1960
泵站压力MPa
326
材钢材规格m
外缸
299×028
中缸
245×026
活柱
圆钢
615 立柱初撑力泵站额定工作压力确定
立柱初撑力式计算：
kN
式中 ——泵站额定工作压力减泵站支架压力损失值
616 安全阀压力立柱工作阻力确定
安全阀调正压力选定立柱缸体径支架承受理支护阻力确定
MPa
式中式计算：
kN
式中 ——支架高位置时立柱倾角
求出选定种动作压力相标准安全阀安全阀动作压力支架安全阀调正压力MPa
立柱工作阻力式计算：
MPa
压力选取标准系列值kN
初撑力工作阻力间应满足定关系掩护式液压支架般：左右宜
支架中﹪ 符合求
支架初撑力：kN
支架工作阻力：kN
该支架型号确定：ZY40001028
617 立柱柱窝位置确定
掩护式液压支架立柱柱窝位置确定液压支架否正常工作极重设计时必须根顶板载荷分布底板条件先确定支架顶梁支撑力分布底座底板压分布支架适应工作面求确定立柱柱窝位置
11柱窝位置确定
液压支架立柱柱窝位置确定原理分析顶梁支撑力分布顶板载荷分布致顶板载荷复杂分布规律支架顶梁顶板接触情况异简化计算假定顶梁顶板均匀接触载荷顶梁长度线性规律变化支架宽度方均匀分布支架空间杆系结构简化成面杆系结构时偏安全认顶梁前端载荷零载荷顶梁长度方越越呈三角形分布集中载荷计算支架支撑力分布三角形计算立柱柱窝位置时认支架顶梁承受集中载荷顶梁13处取顶梁分离体受力情况图61示：
图 61顶梁受力分析
A点取矩：
式中 ——立柱柱窝顶梁掩护梁铰点距离m
——支架支护阻力
——支架支护强度
——支护面积
——顶梁长度（包括顶梁掩护梁铰点顶梁端距离）m
——立柱工作阻力kN
——顶梁掩护梁铰点顶梁端距离）m
——立柱柱窝中心顶梁顶面距离m
——立柱高位置时倾角
2顶板适应性分析
计算假定条件进行实际顶板载荷定假设条件相符顶板条件支架受载情况进行分析
（1）直接顶完整破碎顶梁顶板较均匀接触立柱柱窝原确定支架充分发挥初撑力工作阻力效支控顶板时顶板载荷分布支架支撑力分布基致
（2）顶梁前端片帮空时支架顶梁合力作点位置移时衡千斤顶受拉衡千斤顶控制顶梁掩护梁夹角衡千斤顶拉力行程允许范围支架效控制顶板超衡千斤顶行程范围衡千斤顶耳环活塞拉坏支架正常工作
（3）顶梁部顶板出现空支架顶梁合力作点位置前移时衡千斤顶受压顶梁掩护梁夹角变果衡千斤顶行程推力允许范围支架效控制顶板超衡千斤顶行程范围千斤顶压死顶梁掩护梁夹角达值
（4）顶梁方全部空落岩石全部作顶梁掩护梁顶梁掩护梁夹角增直衡千斤顶活塞杆拉出耳环拉坏支架失支控力
见述方法确定立柱柱窝位置助衡千斤顶作基适应支控顶板求
3立柱柱窝位置确定
立柱柱窝位置确定利移架底座前端压时考虑柱前行支架调高范围柱窝前连杆铰点距离般支架低工作位置时立柱倾角考虑具体计算图62示
图62 柱窝位置计算图
关系列出列诸公式进行计算：
(61) (62)
述两式联立：
式中
——支架低位置时连杆水面夹角
——立柱低位置时立柱倾角
——支架低位置时掩护梁水面夹角
62 千斤顶设计
621 千斤顶结构
千斤顶种液压缸立柱结构差异仅活塞杆直径差较千斤顶求缩推拉力差距满足工作需活塞杆保证定刚度强度前提量做细部分结构立柱基相
622 种千斤顶型号确定
根设计运算出关资料模拟ZY42001128型掩护式支架：
推移千斤顶：缸径016m 杆径0085m 行程07m
推溜力179kN 拉架力454kN
衡千斤顶：缸径018m 杆径0105m 行程07m
工作阻力（拉力）718kN 工作阻力（推力）1089kN
侧推千斤顶：缸径0093m 杆径004m 行程017m
推力98kN 拉力48kN
63顶梁设计
631顶梁作设计求
顶梁支护顶板定面积直接承载部件立柱掩护梁护顶装置等提供必连接点求定刚度强度面积足够顶梁顶板覆盖率高时求顶梁适应顶板变化顶板接触压分布均匀避免局部接顶造成集中载荷损坏支架
632顶梁结构形式
支架采铰接式顶梁图63示：
图63掩护式支架顶梁结构形式
顶梁1整体结构顶梁端直接掩护梁2铰接立柱4直接支撑顶梁衡千斤顶3调节顶梁顶板接触面积
整体式顶梁前端支撑力采高强度钢板拼焊箱行变断面结构提供足够行空间顶梁单侧面低板厚安装活动侧护板控制顶梁侧护板千斤顶弹簧套筒均设顶梁体顶梁留足够拆装空间顶梁端直接掩护梁铰接取消三角区立柱支撑顶梁衡千斤顶调节顶梁顶板接触面积
64 底座设计
641 底座作设计求
底座顶板压力传递底板稳定支架部件满足定刚度强度外求底板接触压作包括：
（1）立柱液压控制装置推移装置辅助装置予合理安装位置
（2）工作员创造良工作环境
（3）具定排矸挡矸作
（4）保证支架稳定性
642 底座结构形式
底座结构型式分整体式分体式分体式底座左右两部分组成排矸力底板起伏适应性强底板接触面积压较支架采整体式底座高强度钢板焊接成箱式结构整体性强稳定性强度高易变形底座接触面积压
65 掩护梁设计
651 掩护梁作设计求
掩护梁部顶梁铰接部前连杆相连通前连杆底座连结构成四连杆机构支架连接掩护部件掩护梁承受弯矩扭矩较工作状况恶劣掩护梁必须具足够强度刚度作包括：
(1)承受顶板支架水分力侧力增强支架抗扭性
(2)掩护梁前连杆底座形成四连杆机构保证梁端距变化求范围
(3)阻挡顶梁部煤前窜维护工作面安全空间
652 掩护梁结构形式
支架掩护梁采整体式箱形变断面结构高强度钢板拼接成足够强度
66 前连杆设计
661 前连杆作设计求
前连杆掩护梁底座铰接形成四连杆机构需具定抗拉抗压强度作包括：
（1）支架调高范围顶梁前端煤壁距离（梁端距）变化更支护顶板
（2）承受顶板水力侧力立柱受侧力
662 前连杆结构
支架前连杆均采单杆式结构型式高强度钢板焊接箱形结构强抗拉抗压性强抗扭性
67 侧护板设计
671 顶梁侧护板结构作
顶梁设置侧护板提高支架掩护防矸性般情况支架顶梁掩护梁设侧护板支架双侧活动侧护板弹簧组件千斤顶控制顶梁加设顶板侧护板顶梁外侧样侧护板易落岩石压住结构图64示：
图64侧护板结构形式
作：
（1）阻挡矸石降架程中弹簧套筒作活动侧护板邻架固定侧护板始终紧密接触效防止矸石窜入架
（2）操作侧推千斤顶侧护板调架支架顶梁掩护梁设活动侧护板两弹簧套筒两千斤顶控制弹簧套筒导杆弹簧弹簧筒组成侧护板钢板直角焊结构
672 掩护梁侧护板结构作
掩护梁侧护板设计双侧活动侧护板作功顶梁侧护板
68 推移方式设计
支架采先移架推溜推移方式种推移方式采煤机割煤立支架移新位置时支护新暴露顶板然推移输送机称时支护方式种方式效防止顶事
69 护帮装置防倒防滑装置设计
设计条件：煤层倾角设防倒防滑装置煤层厚度28m设护帮装置
第7章 液压系统设计
71 液压支架传动装置基求
液压支架传动装置应具基求：采结构较简单设备外形尺寸远距离传递量承受较载荷没复杂传动机构爆炸危险含尘空气里保证安全动作迅速操作调节简单超载损坏保护简单
72 液压支架传动特点
液压支架液压传动机械容积式液压传动区特点：
（1）工作液压力高（路压力达20～40MPa立柱压力达30～70MPa）流量（35～140Lmin）
（2）液压系统中采黏度低容量液体作工作介质
（3）液压缸操阀调节控制装置等总数量（高压泵1～6台液压缸300～1500安全阀150～300样数量液控单阀）
（4）长液压路（200～300m刚性500～3000m高压软）
（5）泵——液压缸传动系统换算弹性模数较低
（6）根支架数目改变液流参数
（7）支架结构着相液压缸液压装置间相连接方式（相液压系统）
（8）节支架重复着相工序工序总构成液压支架基工序
（9）保证系统具较高容积效率实现障作业保证员安全液压系统组件部件密封性性
基特点决定液压传动组件整系统结构特点：液压系统成液压支架基组成部分外泵站中心控制台支架液压路等部分作支架公液压系统
73 控制系统液压组件
支架采架手动控制操作者架控制操阀系统路简单手动控制时操作者工作面采煤机次操支架
支架液压组件立柱种千斤顶操阀单阀控制阀等
74 液压系统原理图
采架控制两种供液压力立柱衡千斤顶活塞腔高压余活塞腔低压操阀加配液阀通单阀升柱时高低压时供液升柱速度加快初撑力增效防止顶板离层
推溜液路未设液控单阀系统简单避免移架时输送机拉采空区侧操作时应邻架推移操阀放推溜位置克服移架时反作力
衡千斤顶前两腔设控制阀前腔成承载腔侧推千斤顶两腔油路节流孔该千斤顶行程较短节流孔动作缓没控制阀需承载
总回液路单阀起背压作动作稳操阀组合式片阀时操作具体原理图71示：
图 71 液压支架系统原理图
1立柱2衡千斤顶3推移千斤顶4侧推千斤顶5配液阀6单阀
第8章 液压支架受力分析
81 支架支撑力分析
支架列情况进行计算掩护梁没负载摩擦系数03支架高位置根立柱工作阻力2000kN受力分析图81示：
图81 支顶式液压支架受力分析
取顶梁分离体：
取顶梁掩护梁分离体忽略顶梁掩护梁铰接点顶梁间距离力前连杆延长线交点（掩护梁瞬时回转中心）O取矩利式支撑力：
支撑力作位置X：
式中 P——支架立柱总工作阻力
T——限位千斤顶工作阻力
——顶梁顶板间摩擦系数般01～03里取03摩擦力指采空区+
h——限位千斤顶作力点力臂
L——点水距离
——立柱中心线延长线通顶梁行线交点点
水距离
——点点联机通点顶梁行线夹角顶梁
行线+
——立柱倾角前倾取+倾取
82 顶梁受力分析
取顶梁分离体进行受力分析计算顶梁掩护梁铰点处受力
图82示：
图82顶梁受力分析
水方竖直方合力0列受力方程：
合力
83 前连杆受力分析
已知铰点A方前连杆力方力边形作图法求图83示：
图83 四连杆受力分析
作图法求分：131096kN26353kN
84 顶梁载荷分布分析
顶梁受顶板载荷求出进步计算出载荷顶梁面分布情况顶板顶梁接触情况载荷实际分布复杂计算方便假设顶梁顶板均匀接触载荷线性分布
设顶梁长顶板集中载荷作点距顶梁端载荷呈梯形分布图84示：
图84 顶梁梯形载荷分布
顶梁前端压：
式中 ——顶梁宽度
第9章 液压支架强度校核
91 液压支架强度设计时强度条件
液压支架研制试验程中结构件强度计算极必前面已出支架零部件受力分析负荷计算液压支架结构特点外载荷特点条件特殊性强度设计中强度条件特殊性强度条件现阶段液压支架选材料制造工艺失效形式等
1校核均材料屈服极限计算安全系数
2 结构件销轴活塞杆屈服极限强度条件：
（1）常采15CrMo等普通低合金结构钢具标准厚度钢板焊接成取459MPa
（2）销轴均采CrMo等合金结构钢取屈服极限561MPa
（3）活塞杆均采45号钢取屈服极限3672 MPa
（4）销轴活塞杆强度条件：
（91）
式中 ——安全系数
——危险断面计算出应力MPa
[]——许安全系数
3 缸体材料采27SiMn缝钢取抗拉强度MPa强度条件：
（92）
式中 []——缸体许应力MPa
[]——许安全系数取35～4
4 焊条抗拉强度取强度条件：
（93）
式中 ——焊缝许应力
——焊条类型定
5 许挤压应力式计算：
（94）
6 许安全系数许安全系数见表91：
表 91许安全系数
许安全系数
前梁
顶梁
底座
掩护梁
前连杆
连杆
[]
11
11
11
13
13
13
许安全系数
轴
缸体
焊缝
活塞杆
[]
13
33～4
33～4
>4
92立柱强度验算
921 油缸稳定性验算
假定活柱中缸全部伸出立柱承受心载荷情况进行验算方法活柱中缸量惯性矩相单伸缩活柱惯性矩计算
缸稳定性条件：
立柱工作阻力2000<满足条件
式中 ——活柱中缸量惯性矩
稳定条件适范围：
活柱中缸量惯性矩：
式中 ——活柱断面惯性矩
——中缸断面惯性矩
——外缸断面惯性矩
——活柱直径
——中缸外径
——外缸外径
——中缸径
——外缸径
根值查极限力计算图
里指中缸全部伸出中缸外缸连接处缸体销孔距离
922 活塞杆强度验算
承受心轴力载荷情况油缸初挠度：
式中 ——活塞杆导套处配合间隙
——活塞杆端部销孔挠度处距离
——缸底销孔挠度处距离
——活塞缸体处配合间隙
——活塞杆全部外伸时导套前端活塞末端距离
——活塞全部伸出时活塞杆头部销孔油缸尾部销孔距
离
——立柱总重
——油缸轴线水面夹角
923 油缸挠度
：
式中 ——
——
——钢弹性模量MPa
活塞杆合成应力：
式中 ——活塞杆断面积
——活塞杆断面模数
——单边偏受力时产生偏距
式中 ——活柱中缸单边间隙
——重合度
安全
杆材料45﹟钢MPa
[n]——般取14
924缸体强度验算
1 油缸厚度验算
首先验算缸体壁厚
设缸体壁厚
中等壁厚缸体公式计算：
（95）
式中 ——油缸工作压力MPa
——计入壁公差侵蚀附加厚度般取C0002m
——强度系数缝钢时
——缸体壁厚取00255m
——缸体材料27SiMn缝钢MPa
——许安全系数般35～5范围选取
列公式化：
安全
2 缸体缸底焊缝强度验算
焊缝应力：
安全
式中 ——立柱工作阻力2000kN
——环形焊缝外径（缸体外径）0299m
——环形焊缝径0185m
——焊接效率取09
——焊条抗拉强度取539MPa
[n]——许安全系数般取33～4
3 缸口螺纹处导套螺纹处强度验算
（1）缸筒螺纹处强度
螺纹处拉应力
螺纹处剪应力
合成应力
安全
式中 ——油缸初撑力取1400kN
——油缸外径取0299m
——螺纹摩擦系数般取012
——螺纹预紧力系数取K14
——缸筒材料屈服极限材料27SiMnMPa
——许安全系数般取175
（2）导套螺纹处强度验算
螺纹处拉应力
螺纹处剪应力
合成应力
式中 ——油缸初撑力取1400kN
——螺纹径1224×10m
m
——导套安装导环处径取0243m
——前分取0104
——导套材料45﹟钢屈服极限3528MPa
（3）螺纹强度验算
螺纹强度验算
安全
螺纹弯曲强度
安全
式中 ——油缸初撑力取1400kN（MPa）
——螺纹形状系数三角函数螺纹
——螺纹效长度取m
——螺距取m
——螺纹效圈数圈
——导套材料45﹟钢屈服极限3528MPa
93 顶梁强度校核
理支护阻力顶梁危险断面处顶梁进行强度校核
顶梁两端加集中载荷：
1载荷分布（图 91）
图91载荷分布图
2求（见图92）
图92 力系分布图
：
解式：kN kN
3（见图93）
图93 顶梁Q图M图
C点截面弯矩：
B点截面弯矩：
4 校核前柱窝断面弯曲强度
(1)截面（计柱窝截面）见图94
图94 顶梁柱窝截面图
12…9—腹板编号
（2）求形心aa面间距
（3）零件形心间距
（4）零件形心惯性矩
（5）弯曲应力计算
安全
94 底板压强度校核
顶板支架巨载荷整台支架传底板支架底座底板接触处具定压底板岩性含水量等素底板具抗压强度设计支架时应验算底板压
计算底板压时首先计算底板底座接触面积底座图95示：
图95底座面积
底板接触面积：
然计算底座底板均压：
MPa
底板凹凸底座垫碎矸底座底板压均匀简化计算失效性假设底座底板均匀接触载荷线性分布设支架整体结构外载荷图96示：
图96 整体支架分离体
载荷呈三角形形分布底座前端压端压0应先求出底座集中载荷作点位置图96示具体程：
点取矩：
底座载荷呈梯形分布图97示：
图97 底座梯形压分布
时底座前端压：
端压：
安全
95 底座强度校核
底座两端加集中载荷：
1 受力图（见图98）
图98底座载荷分布图
2（见图99）
图99 底座Q图M图
3 窝处截面（柱窝简化）强度核算（见图910）
图910 底座柱窝截面图
12…6—腹板编号
（1）求形心aa面距
（2）求形心aa面间距
（3）零件形心惯性矩
（4）弯曲应力计算
（5）安全系数计算
安全系数较低柱窝处简化形心降低侧板部应力较预计问题
结
分析计算结：
（1) 两柱掩护式ZY4000 1028型液压支架结构设计紧凑合理 初撑力工作阻力支护强度等项指标参数够满足生产需
（2）两柱掩护式ZY4000 1028型液压支架采双伸缩立柱扩支架调高范围升降率较煤层厚度变化较工作面适应性较强
（3）采衡千斤顶提高衡千斤顶顶梁合力调节力
（4）采四连杆机构顶梁前端点煤壁间距离变化减少提高理顶板性承受较水力
（5）支架加设顶梁掩护梁侧护板效阻挡矸石降架程中弹簧套筒作顶梁活动侧护板邻架固定侧护板始终紧密接触效防止矸石窜入架顶梁端直接掩护梁铰接取消三角区提高支架掩护防矸性
（6）推移方式支架采先移架推溜推移方式种推移方式时支护新暴露顶板效防止顶事
该套支架完全适应煤层开采复合顶板破碎顶板部分中等稳定顶板控制需
致 谢
整毕业设计程中刘训涛老师力支持课题研究工作刘训涛老师指导完成付出心血整设计结束时刻谨名义刘训涛老师致深深敬意诚挚感谢设计程中时专业课老师指导帮助表示衷心感谢学四年学生活等方面予极鼓舞帮助毕业设计整程中资料收集整理方面极支持
谨学生活中毕业设计程中予帮助老师学表示深深谢意
参考文献
1 鲁忠良景国勋肖亚宁液压支架设计安全辨析北京：煤炭工业出版社2006：2357
2 刘鸿文材料力学 第四版高等教育出版社1991：3356
3 陶池东采掘机械（修订版） 北京：煤炭工业出版社 1993：135198
4 孙执书李缤采掘机械液压传动 北京：中国矿业学出版社1991：4265
5 高新春耿剑统液压支架选型分析河南：郑州济理干部学院学报2003（2）：2326
6 刘欣科赵岩国产液压支架现状质量北京：煤矿开采2007（3）：1429
7 两柱掩护式液压支架柱高位置估算方法阜新矿业学院学报1990（2）：15
8 丁绍南液压支架结构尺寸变化规律探讨阜新矿业学院学报1990（3）：2240
9 王森全液压支架防滑防倒措施山东：煤矿机械2007（6）：152153
10 郭雨煤矿机电设备北京：中国矿业学出版社2005：1524
11 武怡甫掩护式液压支架四连杆机构尺寸设计解析法煤矿机械 19836：26
12 寇子明液压支架动态特性分析检测冶金工业出版社1996：2142
13 王森全液压支架防滑防倒措施煤矿机械2007（6）：823
14 李东芳液压支架工北京：煤炭工业出版社2006：412
15 王晓梅液压支架掩护梁四连杆力学分析计算安徽：2007（4）：9091
16 Goodman REand Genhua shiBlock thory and Its Application to EngineeringEnglewood CliffsNJPrenticeHall1985：813
17 KyoyaT Ichikaway KawamotoTA amage mechanics theory for discontinuous rock mass5th Intconfon Numer Methods in Geomech1985：422
18 Kawamoto TIchikaway KyoyaT Deformation and fracturing behaviour of discontinuous rock mass and damage mechanics theoryInt JNumAnalymethGeomechVol121998：2150
附录1
综合性采矿液压支架障诊断专家系统研究
摘 液压支架障诊断专家系统研究系统Turboprolong语言完成总结领域专家验建立障网知识库生产规运行诊断特征该系统选择确定性推理限深度优先搜索策略完成液压支架50类型障专家诊断
关键词 液压支架 障诊断 专家系统
简介
液压支架采煤系统重部分恶劣环境复杂质条件降低性导致较高障率支撑结构复杂障难预先找出隐藏障准确时做出判断发展综合性采矿系统液压支架障诊断专家系统确保高生产效率非常重
篇文章研究探讨综合性采矿系统液压支架障诊断专家系统变现实方法
1 专家系统设计
专家系统研究解决关问题领域专家知识基础说明处理计算机模仿类专家思想成着领域专家样水力解决复杂问题智系统
现代语言中Prolog语言专门适发展种类型专家系统 接然语言便读写专家系统结构图：
1．1 知识库设计
(1) 知识呈现
通障诊断特征生成方法呈现P>Q P结果Q素
举例说
果高频率振动噪声信号第1操阀会渗漏油时候
操作手柄位置时候卡住支柱降降速度非常慢时候泵排泄量非常路压力非常低
果高频率振动噪音信号第2安全阀会损坏时候立
柱动完全负载支护者降
（2）知识库结构
知识库某规汇集组成知识库模型图二：
（3）知识库规汇集资源
①领域专家验
②关部门发行标准记录数方法
（4）表示知识组织知识库产生规汇集方法突出性质
①知识库相独立性(模件)
②容易延伸维持容易校订(延伸性)
③户容易解
1．2 推方法设计
障诊断特征 建立推方法应该考虑容
(1)推方系统选择前推断然前提 (原)结果第规结第二前提产生外新结样观全局执行结前推链推程较前提部分实质解事实然发现找出间关系果符合规规容易会认定条定律规样做点出结
(2)搜寻策略该系统选择限深度优先搜索仅求搜寻分节点直着深处搜寻数值d深度限制深差达d时候会适头开始次搜寻样减少工作增加效果
(3)准确度障现象通观察发现确定方法显示出低亚句应该附信数[01]数1表明障现象完全正确断数0 表达障现象完全错误断果许类型障障现象信度公式计算
YY1+Y2+Y3
中 Y1表示障现象1信度
Y2表示障现象2信度
Y3表示障现象3信度
结引起X障信度Y
13 解释引擎设计
解释引擎说明结系统正运行时候时回答什推程中 通时间记录转换状态推规 然存储动态数库中形成推进程扩展延伸链条局外求说明时候翻译员恰组织链条表述推程
14 界面
界面命令菜单组成
(1) 维持知识库命令 修正校订知识含量
(2) 解释命令 回答什
(3) 控制命令 控制单位体行动
(4) 输入 输出命令 输入初事实 输出结隐藏信息
15 学问引擎
学问引擎新知识增加知识库中删新知识矛盾规
2 系统功
(1) 诊断三种类型液压支架50种类型损坏
(2) 解释动作
(3) 学功
系统实行诊断时候 需选择相关障症状观测数 会
结果者选择什 会表示推程
3 结
系统已实现三种类型液压支架50种障诊断需般专家水普通工容易领会测试表明结基正确
4 发展专家系统趋
专家系统已广泛机械障诊断方面 缺点解决力受知识库限制某障现象通知识库呈现出专家系统通系列匹配运行着速度限制专家系统学力修正力相较弱造神网络较强认知学模型力例子中障标记结合专家系统造神网解决关机械障诊断问题效方法目前项研究已取进展
附录2
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