zf5400-17-32低位放顶煤液压支架设计说明书(编辑修改稿)

zf5400-17-32低位放顶煤液压支架设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

（ 4） 、以 O 点为圆心，以 L1为半径作圆，与该直线相交于 A 点，即为后连杆与掩护梁的上铰点。 （ 5）、过 A 点作一条直线与水平线 H－ H 线相交其交角为 1P。 （ 6）、以 A 点为圆心，以 L 为半径作圆，与该直线相交于 E1点，即为掩护梁、与顶梁的铰点。 （ 7） 、过 E1点作一条直 线与水平线 H－ H 平行的 F－ F 直线，则 H－ H 线与 F－ F 线的距离为 h1，即为液压支架最高位置的计算高度。 (8)、以 A 点为圆心，以 倍的 L 为半径作圆，即为前连杆的上铰点。 (9)、过 E1 点作 F－ F 线的垂线。 假设在液压支架升降过程中， E1 点近似在此直线上滑动。 (10)、在垂线上作液压支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点为 E3。 (11)、取 E1E3中点为 E2点，为液压支架在降到中间位置时，掩护梁与顶梁的铰点。 中国 **大学 2020 届本科生毕业设计 第 14 页 (12)、以 O 点为圆心，以 1L 为半径作圆弧。 (13)、以 E2点为圆心，以掩护梁长 L 为半径作圆，与圆弧相交于 A1点，此点为液压支架在降到中间位置时，掩护梁与后连杆的铰点。 (14)、以 E3点为圆心，以掩护梁长 L 为半径作圆，与圆弧相交于 A2点，此点为液压支架在最高位置时，掩护梁与后连杆的铰点。 (15)、以 A1点为圆心，以 倍的 L 为半径作圆，与 E2A1相交于 B1点。 以 A2点为圆心，以 倍的 L 为半径作圆，与 E3A2相交于 B2点。 即 B、 B B2三个点为液压支架在三个位置时的前连杆的上铰点。 (16)、连接 A1O、 A2O，为液压支架降到中间位置和最 低位置时，后连杆的位置。 (17)、分别作 B B1和 B1 B2的垂直平分线交于 C 点，即为前连杆的下铰点， BC 为前连杆的长度。 (18)、过点 C 向 H－ H 线作垂线，交于 D 点。 则 AO、 AB、 BC、 CD 为液压支架的四连杆机构。 按以上步骤作图，结果如图 所示。 图 液压支架四连杆机构作图结果 最终确定四连杆机构的各项尺寸为： AO = 1201 mm AB = 429 mm BC = 1481 mm CD = 342 mm 基于 SolidWorks Motion 的 梁端曲线模拟 根据 上述计算得到的四连杆机构尺寸，在 SolidWorks 中建立简单的机构模型，如图 所示。 中国 **大学 2020 届本科生毕业设计 第 15 页 图 支架四连杆机构简化模型 给支架顶梁顶面加一线性马达，运动距离为 1500mm，并设置顶梁前端面的 XY 方向位移图解以及其运动轨迹，结果如图 ,。 图 顶梁前端面的 XY 方向位移图解 图 顶梁前端面运动轨迹 中国 **大学 2020 届本科生毕业设计 第 16 页 由图 可知， 顶梁前端面双纽线宽带为 12541215=39mm，符合要求。 顶梁长度的确定 根据支架工作方式和设备配套尺寸来确定顶梁长度。 支架工作方 式对顶梁长度的影响 支架工作方式对支架顶梁长度有很大影响。 先移架后推溜的方式（及时支护）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（滞后支护）要求顶梁长度较小。 这是因为采用先移架后推溜的工作方式时，支架要超前输送机一个步距，以便采煤机过后，支架能及时前移，支护新暴露的顶板，做到及时支护，因此，先移架后推溜时顶梁长度要比先推溜后移架时的顶梁长度长一个移架步距，一般为 600mm。 本文所设计的支架要适应各种复杂的顶板情况，采用先推溜后移架的方式，但在推溜之前，挑梁要伸出，起到即时支护的作用，挑梁伸出的长度为 800mm。 顶梁参数的计算 所谓梁端距是指移架后顶梁端部至煤壁的距 离 ( C )，如图 所 示。 梁端距是考虑由于工作面底板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，为避免割顶梁而留的安全距离。 支架高度越大，梁端距也应越大。 图 液压支架尺寸关系 （ 1） 掩护式与支撑掩护式支架顶梁长度的计算 顶梁长度 =[配套尺寸 +底座长度 +A*cos（ Q1） ][G*cos（ P1） +300+e]+掩护梁与顶梁铰接点至顶梁后端点之距（ mm） 式中： 配套尺寸 —— 670+435+764+210=2079mm（ MG200/475W 采煤机配套尺寸，详见图） 底座长度 —— 底座前端至后连杆下铰点之距 2400mm e—— 支架由高到低顶梁前端点最大变化距离 39mm Q1， P1—— 支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角 故顶梁长度为： 2 0 9 7 2 4 0 0 1 2 0 1 c o s 7 0 1 7 1 6 c o s 5 9 3 0 0 3 9 2 0 0 3 8 8 2         取为 4000mm。 中国 **大学 2020 届本科生毕业设计 第 17 页 图 MG200/475W 型采煤机配套尺寸 （ 2）顶梁宽度： 由于取中心距为 ，有活动侧护板顶梁宽度取值范围为 ~ ，本次设计取支架顶梁的最小宽度为 1420mm,最大宽度为 1590mm,选取单侧活动侧护板，亦即顶梁侧护板侧推千斤顶的行程取 170mm。 顶梁宽度根据支架间距和架型来定，架间间隙为 左右。 其中宽面顶梁一般为 ～ m。 这里取 顶梁 宽度为： 1390mm（不包括活动侧护板）。 （ 3）顶梁覆盖率 δ 顶板覆盖率按下式计算： 100%( ) ( )1500 4000( 4000 300) (1500 0)93%BLL b B k      ( ) 式中：  —— 顶梁覆盖率 ； B —— 顶梁宽度（包括侧护板伸出宽度） ， mm； L —— 顶梁总长度 ， mm； b —— 梁端距 ， mm； k —— 相邻顶梁间间隙。 稳定顶板覆盖率 δ值要求为 60～ 70%，对于中等稳定顶板覆盖率 δ 值要求为 75～ 85%，对于破碎顶板，覆盖率 δ 指应达到 85～ 95%。 中国 **大学 2020 届本科生毕业设计 第 18 页 此设计的顶梁覆盖率： 93% 立柱位置的确定 立柱数 目前国内支撑式支架立柱为 2～ 6，常用为 4；掩护式支架为 2 柱；支撑掩护式为 4 柱式。 该液压支架采用单伸缩机械加长立柱，为支撑掩护式，故立柱数目取为 4。 支撑方式 本设计为支撑掩护式支架，根据结构要求呈倾斜或垂直布置，一般立柱与顶梁垂线夹角小于 10 ，由于夹角较小，有效支撑能力较大。 故前排立柱取 5 ，后排立柱垂直布置。 立柱间距 指对支撑式和支撑掩护式支架而言前、后柱的间距。 立柱间距的选择原则为：有利于操作、行人和部件合理布置。 支撑式支架和支撑掩护式支架的立柱间距为 1～。 本支架立柱间距选 1m。 通风断面的验算 采煤工作面的过风量有一定要求。 在过风量一定时，采煤工作面的通风断面积不应过小。 但在工作面中安装液压支架后，通风断面积明显减小。 因此必须验算通风断面积。 一般按工作面允许风速进行验算。 根据安 全 规程规定，工作面风速应小于 5m/s。 采煤工作面风速计算按下式进行。 1 60QV A  ( ) 式中 V — — 工作面风速 ， m/s； 1A — — 支架在采煤工作面的通风断面积 ， mm2； Q — — 采煤工作面所需风量 ， m3/min zcqQKQ C ( ) K — — 通风不均系数，一般取 K = qC — — 安全 规程允许的 瓦斯 含量，一般取 qC =1% 24 60tz TqQ   ( ) T — — 日产量 ， t ； tq — — 每 分钟 生 产一吨煤 的 沼气涌出量，一般取  314 m / mintq  计算： 21 12Am , 2300Tt 则有 ： 32 3 0 0 1 4 2 2 . 4 ( m / m in )2 4 6 0 2 4 6 0tz TqQ    32 2 . 4 1 . 5 3 3 6 0 ( m / m i n )0 . 0 1zc qQKQ C      13360 4 . 6 7 m / s6 0 6 0 1 2cQV A   5m/sV＜ ，合乎安全规程规定。 中国 **大学 2020 届本科生毕业设计 第 19 页 3 液压支架的部件结构设计 液压支架各个部件的结构形式与工作面的顶底板条件和支架结构形式有关，选择时根据支架的结构和工作面顶底板条件，对各个部件的结构进行分析，最后择优选择。 本文所设计液压支架为支撑掩护式后四连杆低位放顶煤液压支架。 顶梁 顶梁是工作面顶板直接接触的部件，除要满足一定的刚度和强度要求外，还要保证支护顶板的需要 ，如：足够的顶板覆盖率；同时要适应顶板的不平整性，避免因局部应力而引起损坏。 用途 （ 1）用于支撑、维护和覆盖顶板，为工作面创造安全的工作空间； （ 2） 将立柱的支撑力传递至顶板，并给予合理地分布；对支架后部接近采空区的顶板起切顶作用；对无立柱空间的顶板起支撑作用； （ 3）为护帮、防倒装置等提供依托； （ 4） 将顶板载荷通过立柱经底座传到底板。 结构形式 支架常用顶梁形式有 3 种：整体顶梁、铰接 顶 梁和楔形结构顶梁。 铰接顶梁的前段称为前梁，后段为主梁，一般简称顶梁。 （ 1）．整体顶梁 整体顶梁的 特点是：结构简单，可靠性好；顶梁对顶板载荷的平衡能力较强；前端 支撑力较大；可设置全长侧护板，有利于提高顶板覆盖 率，改善支护效果，减少 支 架间漏矸。 简单的整体刚性顶梁的结构外形如 图 所示。 整体刚性顶梁为宽面板式箱形结构件。 为改善接顶效果和补偿焊接变形，整体顶梁前端 (800～ 1000mm)，一般上翘 1~3。 图 整体顶梁 （ 2）．铰接式顶梁 铰接式顶梁如图 所示。 在前梁千斤顶的推拉下，前梁可以上下摆动，对不平顶板的适应性强。 运输时可以将前梁放下与顶 梁垂直，以减小运输尺寸。 前梁千斤顶必须有足够的支撑力和连接强度，前梁上不宜设置侧护板。 为顺利移架，前梁间一般要留有 100～ 中国 **大学 2020 届本科生毕业设计 第 20 页 150mm 间隙，从而增加了破碎顶板漏矸的可能性。 1前梁； 2前梁千斤顶； 3顶梁。 图 铰接 式顶梁结构 铰接前梁与顶梁如下图 ： 图 (a) 铰接前梁 图 (b) 铰接顶梁 （ 3）．楔形结构梁 楔形结构梁如图 所示。 楔形梁 1 和后梁 4 通过销轴铰接，楔形梁的楔臂与顶粱间夹有楔块 2，楔块 2 后端与楔形千斤顶铰接，而千斤顶则铰接于顶梁上。 楔形结构梁利用构件间 的 摩擦自锁原理，通过楔块 2 与楔形梁 1 和顶梁 4 之间的摩擦作用，使楔形梁 楔块 2 和后梁 4 在受载时保持为 —个整体，如同整体刚性顶梁。 这样，该梁就具有整体刚 性 顶梁前端支护力大的优点。 由于楔形梁 1 与后梁 4 为铰接结构，令操作楔形梁千斤顶伸出或缩回时带动楔块前后移动，从而使楔形梁 1 绕 销 轴上下摆动，其摆动范围取决于楔块的行程和楔角的大小。 由于摆动范围较铰接顶梁小，因 此这种顶 梁又具有铰接顶梁的灵活性。 此外，在运输时，楔形梁 1 可以放到下垂位置，缩短了运输尺寸，从而方便运输和安装。 1． 1楔形梁 ； 2楔块 ； 3楔形梁斤顶 ； 4后梁。 图 楔形结构梁 本文所设计的液压支架，为 了 要适应复杂的顶板情况，所以采用铰接式顶梁。 而前梁则采用挑梁的型式，以起到即时支护的作用 ， 结构如图。 中国 **大学 2020 届本科生毕业设计 第 21 页 图 本文支架顶梁 立柱 立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，它除应具有合理的工作阻力和可靠的。