掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計

《掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計（83頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目名稱經(jīng)濟(jì)型掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計經(jīng)濟(jì)型掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計姓名專業(yè)班級學(xué)號一、選題的目的和意義采煤綜合機(jī)械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕繁重的體力勞動，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機(jī)械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。掩護(hù)式液壓支架，它保留了垛式支架支撐力大，切頂性能好，工作空間寬敞的優(yōu)點，采用單排立柱直接支撐頂梁（通常簡稱雙柱掩護(hù)支架） ，吸收了掩護(hù)式支架防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的長處，采用堅

2、固的掩護(hù)梁以及側(cè)護(hù)板將支架于老塘完全隔開，并用雙紐線連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)掩護(hù)梁和支架底座。與垛式支架和掩護(hù)式支架相比它具有不可比擬的優(yōu)點：1支架支撐力大，切頂性能好，工作空間寬敞；2支架穩(wěn)定性、防護(hù)性好；3在保證強度的條件下，結(jié)構(gòu)更簡單，尺寸更緊湊；4具有良好的整體性能，安全可靠；二、國內(nèi)外研究綜述我國目前液壓支架與發(fā)達(dá)國家的差距：我國目前液壓支架與發(fā)達(dá)國家的差距：1.生成能力上的差距 我國目前大部分支架的可靠性與國外差距比較大。進(jìn)口支架工作面開機(jī)率達(dá)到 90%以上，日產(chǎn)達(dá)到了 30000t，年產(chǎn)達(dá)到 10Mt，支架大修周期為產(chǎn)煤 15Mt以上。而我國目前綜采工作面開機(jī)率平均為 50%左右。支架大修周

3、期為產(chǎn)煤量在 45Mt 左右。 2.支護(hù)性能參數(shù)的差距 發(fā)達(dá)國家在設(shè)計指導(dǎo)思想方面大多主張大馬拉小車，支架的工作阻力與支護(hù)強度普遍較大。工作阻力一般都在 7000KN 以上，最高達(dá)到 10000KN，而我國目前支架的工作阻力與國外相比普遍偏低，平均在 40005000KN，相差 30%左右。另外，國外支架中心距普遍采用 1.75m，個別達(dá)到 2m，我國支架中心距絕大多數(shù)為1.5m。3. 結(jié)構(gòu)件材料的差距 目前國外 s700800MPa 的鋼材以廣泛應(yīng)用，而我國普遍使用的是 s450MPa 以下的鋼板，相差 30%40%。4.控制系統(tǒng)方面的差距 目前世界上一些發(fā)達(dá)國家支架的控制系統(tǒng)已廣泛采用電液

4、控制系統(tǒng)，而我國目前很少采用電液控制，絕大部分為手動。液壓支架的發(fā)展趨勢：液壓支架的發(fā)展趨勢：1.提高支架的可靠性，另外加大支架的中心距也是必然趨勢；2.二柱支架將是主導(dǎo)架型，目前我國的四柱支架要比二支柱支架數(shù)量多，相比較而言二柱支架具有明顯的優(yōu)勢；3.采用大采高支架；4.電液控制系統(tǒng)是液壓支架發(fā)展的方向；三、畢業(yè)設(shè)計（論文）所用的方法本次設(shè)計，是本人按照導(dǎo)師的要求，結(jié)合自己的興趣愛好，通過收集大量的理論資料，在參加生產(chǎn)實習(xí)的基礎(chǔ)上，自主完成的畢業(yè)設(shè)計。其中，在設(shè)計過程中頂梁、立柱和結(jié)構(gòu)件是設(shè)計的重點。在整體設(shè)計時，重要尺寸選擇用到了優(yōu)化設(shè)計法，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性要求。另外，本論文還介紹了液壓支架的

5、結(jié)構(gòu)，類型，工作原理，特點，液壓支架的維護(hù)和管理，及其常見的故障及排除方法。目的是通過對掩護(hù)式液壓支架進(jìn)行深入細(xì)致的了解和研究，在一定的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合實踐認(rèn)識，鞏固所學(xué)知識，完成自主實踐與創(chuàng)新。在設(shè)計過程中遇到的問題我們一般通過自己查閱資料和小組討論的方式解決，如確實有不能解決的問題我們就通過請教指導(dǎo)老師，爭取解決在畢業(yè)設(shè)計過程中所有問題。四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況參考文獻(xiàn)：1張家鑒 主編液壓支架煤炭工業(yè)出版社 19852張家鑒主編國外采煤工作面綜合機(jī)械化設(shè)備煤炭工業(yè)出版社 1983 3戴紹誠 主編高效高產(chǎn)綜采機(jī)械化采煤技術(shù)與裝備煤炭工業(yè)出版社 19974武同振 趙宏珠 吳國華 編綜采綜

6、采綜掘高檔普采設(shè)備選型配套圖集中國礦大出版社 19935楊振復(fù) 羅恩波 主編放頂煤開采技術(shù)與放頂煤液壓支架煤炭工業(yè)出版社 1995 年 7月第一版6. 邢?？?編煤礦支護(hù)手冊煤炭工業(yè)出版社 1992五、指導(dǎo)教師審批意見謝謝謝謝朋友朋友對對我文章的我文章的賞識賞識，充，充值值后就可以下后就可以下載載此此設(shè)計說設(shè)計說明明書書（不包含（不包含CAD 圖紙圖紙）。我）。我這這里里還還有一個有一個壓縮壓縮包，里面有相包，里面有相應(yīng)應(yīng)的的 word 說說明明書書（附（附帶帶：外文翻：外文翻譯譯）和）和 CAD 圖紙圖紙。需要。需要壓縮壓縮包的朋友包的朋友聯(lián)聯(lián)系系 QQ 客服客服1： ：1459919609

7、 或或 QQ 客服客服 2： ：1969043202。需要其他。需要其他設(shè)計題設(shè)計題目直接目直接聯(lián)聯(lián)系！系！ 指導(dǎo)教師： （簽名）年 月 日 4掩護(hù)式液壓支架掩護(hù)式液壓支架中文摘要中文摘要采煤綜合機(jī)械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕笨重的體力勞動，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機(jī)械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。液壓支架主要由以下幾個基本部分組成：頂梁，掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)，側(cè)護(hù)板，底座，立柱，千斤頂。設(shè)計要遵從支護(hù)性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等原則。在掩護(hù)式液壓支架

8、的設(shè)計過程中，整體伸縮式頂梁和立柱的設(shè)計是重點。本論文介紹了液壓支架的結(jié)構(gòu)，類型，工作原理，特點，目的及要求，對支撐掩護(hù)式液壓支架作了詳盡的分析和介紹，講述了這種支架的方案和用途。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：液壓支架 支護(hù) 四連桿機(jī)構(gòu)5ABSTRACTHydraulic SupportThe comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country , raises labor productivity substantially , realizes t

9、he modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensiv

10、e most important equipment in the mechanization method of coal mining. Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid,

11、safely reliable etc. principle. In the design course that the type of supports cover type, the design of 4 linkage mechanism ，base ，structural member is key. This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening

12、type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support. Keyword: hydraulic support shoring 4 linkage mechanisms6目錄目錄前言前言.4 4第一章第一章 緒緒 論論.6 61.1 液壓支架的工作原理 .61.2 液壓支架的工作過程 .61.3 支架組成 .81.4 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用 .81.4.1 頂梁.81.4.2 掩

13、護(hù)梁.91.4.3 底座.91.4.4 前后連桿.101.4.5 推移機(jī)構(gòu).121.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件 .121.6 支架的設(shè)計特點 .13第二章第二章 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計.14142.1 主要原始設(shè)計參數(shù) .142.2 液壓支架的選型 .142.2.1 不同結(jié)構(gòu)類型的液壓支架比較.142.2.2液壓支架的架形選擇原則.152.2.3影響架形選擇的因素.162.3 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計 .172.3.1 支架的高度和伸縮比.172.3.2 支架間距.182.3.3 底座長度.182.4 四連桿機(jī)構(gòu)的作用和四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 .182.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用.182

14、.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)定位尺寸和極限參數(shù)的確定.192.4.3 四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計法.222.5 液壓支架的總體布置 .362.5.1 設(shè)計要求 .362.5.2 支架整體機(jī)構(gòu)尺寸的確定.36第三章第三章 液壓支架主要零部件的設(shè)計液壓支架主要零部件的設(shè)計.444431 頂梁 .44311 掩護(hù)式支架頂梁結(jié)構(gòu)形式 .44312 頂梁結(jié)構(gòu)和斷面形狀 .4432 立柱 .453.2.1 立柱參數(shù)的確定 .463.2.3 主要參數(shù)的確定 .483 .3 擬定液壓系統(tǒng).527第四章第四章 支架的受力分析與強度計算支架的受力分析與強度計算.54544.1 支架的工作狀態(tài) .544.1.1 頂板狀態(tài) .544.

15、1.2 支架工作狀態(tài) .544.1.3 支架受力 .544.2 支架載荷的確定 .5443 支架的受力分析 .554.3.1 鉸接式頂梁掩護(hù)支架受力分析.554.3.2各主要參數(shù)的影響.574.3.3主要部件的強度校核.594.4 頂梁載荷分布 .634.5 支護(hù)強度和底座接觸比壓 .644.5.1 支護(hù)強度 .644.5.2 底座接觸比壓 .644.5.3 支護(hù)效率.6546 立柱強度驗算 .654.6.1 油缸的穩(wěn)定性驗算 .654.6.2 活柱強度驗算 .67第五章第五章 液壓支架的使用和維護(hù)液壓支架的使用和維護(hù).70705.1 液壓支架的使用操作 .705.1.1操作前的準(zhǔn)備.705.

16、1.2操作方式與順序.705.1.3支架使用中的注意事項.715.2 液壓支架操作維護(hù)要求 .725.3 維護(hù)和管理的具體內(nèi)容 .735.4維修與管理注意事項.74結(jié)結(jié) 論論.7676致致 謝謝.7777參參 考考 書書 目目.7878附錄 液壓支架常見故障、原因及排除方法 798前言前言著名詩人陸游說過“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行！”作為當(dāng)代的大學(xué)生，特別是象我們這樣實踐性很強的工科專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的本科生，我想大家都深深理解這句話的含義。我們畢業(yè)設(shè)計的意義也在如此。畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)四年所學(xué)知識的系統(tǒng)總結(jié)和綜合運用，同時也是對我們分析問題和決絕問題的能力的檢驗。它是我們大學(xué)

17、生活的最后一環(huán)，也是我們大學(xué)學(xué)習(xí)最為重要的一環(huán)。因此，認(rèn)真的作好這次畢業(yè)設(shè)計，無論是對于我們步入社會，投身于生產(chǎn)一線；還是以后繼續(xù)深造都有著非常重要的意義。畢業(yè)設(shè)計，是我們大學(xué)本科生活的完美結(jié)束，也是我們美好新生活的開始！畢業(yè)設(shè)計的目的：通過本次畢業(yè)設(shè)計，我們能夠達(dá)到以下目的：1， 培養(yǎng)我們綜合運用和鞏固擴(kuò)展所學(xué)知識，提高理論聯(lián)系實際的能力；2， 培養(yǎng)我們收集、閱讀、分析和運用各種資料，手冊等科技文獻(xiàn)的能力；3， 使我們更加熟練的運用 AUTOCAD、Word 等計算機(jī)辦公軟件，提高計算機(jī)輔助設(shè)計的能力；4， 訓(xùn)練和提高機(jī)械設(shè)計的基本理論和技能；5， 培養(yǎng)獨立思考，獨立工作的能力；6， 培養(yǎng)我

18、們的團(tuán)隊合作意識。我的畢業(yè)設(shè)計是關(guān)于經(jīng)濟(jì)型掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計。液壓支架是綜合機(jī)械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備，對于提高采煤效率，降低成本，改善作業(yè)環(huán)境，減少笨重的體力勞動具有舉足輕重的作用。其中，掩護(hù)式液壓支架是日本在引進(jìn)英國垛式支架和蘇聯(lián)掩護(hù)式支架的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國特點于 1968 年首先研制成功的。它保留了垛式支架支撐力大，切頂性能好，工作空間寬敞的優(yōu)點，采用單排立柱支撐頂梁（或頂梁于掩護(hù)梁）的結(jié)構(gòu)；具有防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的長處，采用堅固的掩護(hù)梁以及側(cè)護(hù)板將支架于老塘完全隔開，并用雙紐線連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)掩護(hù)梁和支架底座。因此，加深掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計和研究具有深遠(yuǎn)的意義。整個畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲，我們所

19、忙碌的成果即將接受檢驗。我相信，有耕耘，定有收獲；有付出，定會有回報。最后，感謝各位評閱老師在百忙之中評閱本文。由于時間倉促，本人水平有限，難免有錯誤和不足之處，敬請各位老師指正與賜教。9第一章第一章 緒緒 論論液壓支架作為煤礦長壁綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，近年來得了迅速地發(fā)展，它與綜采系統(tǒng)中的“三機(jī)” （ 刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)）配合使用，是煤礦開采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，近 10 年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(175m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強度鋼

20、材，支架的壽命和可靠性大大提高。在綜合機(jī)械化采煤過程中，液壓支架擔(dān)當(dāng)著極其重要的角色，其主要功能不僅用于支撐管理頂板，隔離采空區(qū)，維護(hù)采煤作業(yè)空間，并能自行前移，推進(jìn)采煤工作面輸送機(jī)和采煤機(jī)。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關(guān)鍵因素之一。另外，合理的選用采煤設(shè)備并結(jié)合先進(jìn)的采煤工藝，可解決采煤工作面的采煤支護(hù)運輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)之間的矛盾，可有效地提高工效增加成本減少損耗保護(hù)生產(chǎn)人員和設(shè)備的安全，以及減輕笨重的體力勞動，可為煤礦獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。1.11.1 液壓支架的工作原理液壓支架的工作原理 液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液（這里采用水包油型乳化液）作為動力，由液壓操作系統(tǒng)，控

21、制系統(tǒng)，液壓油缸和金屬構(gòu)件組成。來自泵站的高壓乳化液，經(jīng)主進(jìn)液管送到工作面，并與每架支架的進(jìn)液截止閥相連導(dǎo)入支架，再經(jīng)過組合操縱閥配液到各液壓缸，以完成支架所需的各項動作。從支架回流的低壓乳化液通過組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環(huán)使用。支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結(jié)構(gòu)件的強度及撐在支架頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當(dāng)頂板壓力超過立柱安全閥限定壓力時，安全閥開啟釋放出立柱中的液體進(jìn)行讓壓，當(dāng)頂板壓力下降到立柱工作阻力時，安全閥關(guān)閉進(jìn)行保壓承載。1.2 液壓支架的工

22、作過程液壓支架的工作過程 液壓支架對頂?shù)淖饔眠^程主要取決于流體靜力學(xué)原理工作的立柱工作過程?，F(xiàn)以圖 1-1 所示的典型立柱控制系統(tǒng)來說明支架的工作過程。支架操作的基本功作過程為：急增阻階段，緩增阻階段，恒阻階段，無作用階段四個階段。圖圖立柱控制系統(tǒng)立柱控制系統(tǒng)10立柱；安全閥；液控單向閥；操縱閥；P高壓管路；O回液管（1）泵壓撐頂，支架對頂板急增阻階段操縱閥手把置于 A 位，從泵站來的壓力液經(jīng)高壓管路 P，打開液控單向閥 3 進(jìn)入立柱下腔，立柱上腔與回液管 O 連通，因而活柱伸出使支架升起接頂，對頂板產(chǎn)生支撐力。支架接頂后，泵壓使下腔內(nèi)的液體壓強迅速上升，支架對頂板支撐力急劇增加。這就是支架對

23、頂板的急增阻階段。（2）閉鎖承載，支架對頂板緩增阻階段操縱閥手把放回零位后，立柱下腔內(nèi)的壓力液被液控單向閥閉鎖，不能流出，從而使支架保持對頂板的支撐狀態(tài)。隨著頂板逐漸下沉，立柱下腔內(nèi)的液體受到進(jìn)一步壓縮，壓強逐漸增高，使直接對頂板產(chǎn)生更大的支撐力，力圖阻止或延緩頂板下沉，一般情況下，頂板下沉比較緩慢，支架對頂板的支撐力增長也就相應(yīng)緩慢，所以這個階段被稱為支架對頂板緩增阻階段。（3）溢流承載，支架對頂恒阻階段頂板繼續(xù)下沉，立柱下腔內(nèi)的壓強繼續(xù)升高，當(dāng)達(dá)到立柱安全閥的調(diào)定值時，安全閥便開啟溢流，使立柱下腔內(nèi)的壓強保持定植，從而支架對頂板的支撐力不變，即支架處于對頂板恒阻階段。（4）解鎖降柱，支架與

24、頂板無作用階段采煤機(jī)截煤后，欲將支架移到新的位置，首先把操縱閥手把置于 B 讓從泵站來的壓力液進(jìn)入立柱上腔，同時作用于液控單向閥的頂桿活塞，迫使液控單向閥開啟，解除對立柱下腔液體的閉鎖，允許其回到回液管。這時，活柱縮回，支架降落離開頂板，支架對頂板無壓力。在這一階段如要保證頂梁平行下降需協(xié)調(diào)操縱平衡千斤頂操縱閥。需要說明，目前為了防止破碎頂板漏頂，掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架可以采用擦頂帶移架方式，即支架頂梁實際并不脫離頂板，在移架過程中仍保持約每柱五噸左右的支撐力。因而，對于擦頂帶壓移架方式，此階段應(yīng)是解鎖卸載，支架對頂板仍有輕微作用力。1.3 支架組成支架組成液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、油缸和液壓

25、控制元件三大部分組成。（1）金屬結(jié)構(gòu)件主要有頂梁、掩護(hù)梁、前梁、前連桿、后連桿、底座、側(cè)護(hù)板、護(hù)幫板等。（2）油缸主要有立柱、推移千斤頂、平衡千斤頂、側(cè)護(hù)千斤頂、前梁千斤頂?shù)?。?）液壓控制元件主要有液壓控制閥、操縱閥、雙向鎖、安全閥、截止閥等及液壓輔助元件等。1.41.4 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用1.4.1 頂梁頂梁頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負(fù)荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，以滿足強度和剛度要求。結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示：11圖圖12頂梁頂梁其主要作用是：（l）承接頂板巖石及煤的載荷；（2）反復(fù)支撐頂煤，可對比較堅硬的頂煤起破碎

26、作用；（3）隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。 本支架采用分段組合式頂梁結(jié)構(gòu)（剛性頂梁鉸接式前梁） ，強度高，對頂板維護(hù)較好；另外，在頂梁前部還布置有起吊耳，可方便吊掛較小的機(jī)件。1.4.21.4.2 掩護(hù)梁掩護(hù)梁 1煤塵控13245制裝置； 2側(cè)護(hù)板；3前連桿耳座；4后連桿耳座； 5側(cè)推千斤頂；圖圖13掩護(hù)梁掩護(hù)梁掩護(hù)梁分別與頂梁和前、后連桿連接，其主要作用有：(1) 承受上部頂板傳給的水平分力和側(cè)向力，增強支架的抗扭性能；(2) 掩護(hù)梁與前后連桿、底座形成四連桿機(jī)構(gòu)，保證支架的穩(wěn)定性；(3) 阻擋后部落煤，維護(hù)工作空間。1.4.31.4.3 底座底座底座是將頂板承受的壓力通過立柱傳

27、遞到底板并穩(wěn)定支架的主要結(jié)構(gòu)件。該支架設(shè)計為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓。該型底座的缺點是在推移機(jī)構(gòu)外易積存浮煤碎矸，要求及時清理。底座結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示121推移千斤頂耳座； 2立柱銷孔；3前連桿銷孔；4后連桿銷孔； 5側(cè)板；圖圖14底座底座其主要作用是：(1) 將上方載荷傳遞給底板，為立柱、推移裝置及其他輔助裝置提供安裝空間；(2) 給工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；(3) 保證支架的穩(wěn)定性。1.4.41.4.4 前后連桿前后連桿前、后連桿分別與掩護(hù)梁和底座鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜等，以免降低強度，嫌少使用壽命。鑄后要

28、進(jìn)行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強度和韌性。對于后連桿，由于不僅受到冒落矸石的載荷，還要承受頂板的水平推力，所以要求它有較大的強度，這里采用整體式。前后連桿的結(jié)構(gòu)如圖 15，圖 16。13圖圖15前連桿前連桿8、9AA108、96、7534211連桿 2側(cè)護(hù)板 3彈簧導(dǎo)向裝置 4千斤頂螺釘 5壓縮彈簧 6、8銷 7、9彈簧銷 10千斤頂圖圖16后連桿后連桿其主要作用是：（l） 使支架在調(diào)高范圍內(nèi)，頂板平穩(wěn)地升降，并使頂梁前端與煤壁的距離(梁端距)變化盡可能小，更好地支護(hù)頂板。（2） 承受頂板的水平分力和側(cè)向力，使立柱不受側(cè)向力。本支架采用正四連桿機(jī)構(gòu)，為使冒落矸石不從連桿處涌入支架內(nèi)，后連

29、桿為整體式，前連桿為分體式。均為鋼板焊接的箱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有較強的抗拉、抗壓和抗扭性能。141.4.51.4.5 推移機(jī)構(gòu)推移機(jī)構(gòu)圖圖17推移框架推移框架支架的推移機(jī)構(gòu)包括推桿、連接頭、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸送機(jī)和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機(jī)相連，另一端通過推移千斤頂與底座相連，推移連桿除承受推拉力外，還承受一定的側(cè)向力防止底座的下滑1.51.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件液壓系統(tǒng)及其控制元件支架液壓系統(tǒng)由乳化液泵站、主進(jìn)、主回液膠管、各種液壓元件、立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。支架操縱方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。由乳化液泵站輸出的高壓乳化液經(jīng)主進(jìn)液

30、管 支架進(jìn)液截止閥過濾器操縱 閥立柱或各千斤頂架液截止閥 主回液膠管乳化液泵站。 1.61.6 支架的設(shè)計特點支架的設(shè)計特點結(jié)合首采工作面及礦區(qū)此類地質(zhì)構(gòu)造條件下，使用 ZY2400/17/30 二柱掩護(hù)式支架的成功經(jīng)驗，本架型應(yīng)有如下特點：（1）支架型式為：帶機(jī)械加長的兩柱掩護(hù)式薄煤層液壓支架；（2）對支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，梁端距變化應(yīng)??；頂梁前部較薄強度、剛度應(yīng)充分保證；（3）支架的四連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計要從考慮梁端距變化量控制著手，并能與其它構(gòu)件形成剛性好、強度高、穩(wěn)定性好的整體結(jié)構(gòu)；（4）整體頂梁和掩護(hù)梁帶單側(cè)活動長側(cè)護(hù)板，能實現(xiàn)對護(hù)頂?shù)膰?yán)密調(diào)整；15（5）封底底座，減小底座比壓、增大底座剛度

31、、強度；（7）采用雙紐線連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)掩護(hù)梁和支架底座，以增加支撐力，增強支架的穩(wěn)定性。第二章第二章 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 主要原始設(shè)計參數(shù)主要原始設(shè)計參數(shù) 架型 ：ZY2000/14/26 經(jīng)濟(jì)型液壓支架 頂板條件：老頂級，直接頂 I 類 工作阻力：2000kN 支架高度：1.42.6m 推溜力：100kN 拉架力：150kN 泵站壓力：32Mpa 適應(yīng)煤層傾角：15 度2.22.2 液壓支架的選型液壓支架的選型2.2.12.2.1 不同結(jié)構(gòu)類型的液壓支架比較不同結(jié)構(gòu)類型的液壓支架比較根據(jù)以往液壓支架設(shè)計的經(jīng)驗總結(jié)，考慮到不同架型和機(jī)構(gòu)的支架圍巖力學(xué)相互作用、支撐力矩、底

32、板比壓等特點，可以對掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。（1）液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表 2-12）表表 2 21 1 不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較支架型式結(jié)構(gòu)特征主要力學(xué)特性支掩式二支柱掩護(hù)式支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大掩護(hù)式支頂式二柱支頂掩護(hù)式支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對頂板的主動水平力較大，前端支撐力大16支頂支掩四柱（或三柱）穩(wěn)定性好，抗水平力強，比壓均勻，但支柱能力利用率低支撐掩護(hù)式支頂式四柱 X 型頂梁合力調(diào)節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高（2）支架選型要素及簡要評價。液壓支架結(jié)構(gòu)選型必須考慮的要素及對各類型支架的評價（見表

33、 22）表表 2 22 2 支架類型評價（見下頁）支架類型評價（見下頁）支架類型支撐式要素插底掩護(hù)式一般掩護(hù)式支撐掩護(hù)式垛式節(jié)式直接頂冒落傾向優(yōu)良良差差基本頂周期來壓差良優(yōu)優(yōu)良底板壓入傾向良差優(yōu)優(yōu)優(yōu)防煤壁片幫優(yōu)良優(yōu)差差通風(fēng)斷面差良良差差頂梁前端支撐力優(yōu)良良差差頂梁后段切頂性差良優(yōu)優(yōu)優(yōu)對頂板遮蓋率優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差隔絕采空區(qū)能力優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差橫向穩(wěn)定性良優(yōu)優(yōu)差差對采高適應(yīng)性良優(yōu)優(yōu)差差支撐效率差良優(yōu)優(yōu)優(yōu)支護(hù)強度良良優(yōu)優(yōu)優(yōu)支架圍巖適應(yīng)性對傾角適應(yīng)性良優(yōu)良良差2.2.2液壓支架的架形選擇原則液壓支架的架形選擇原則 在選擇液壓支架時既要保證對工作面頂板實現(xiàn)可靠的支撐，又要避免過大的設(shè)備投資，導(dǎo)致不必要的浪費。因此，

34、液壓支架的正確選型對于工作面經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系重大。液壓支架架形的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)性能是否適用礦井的頂?shù)装鍡l件和其它地質(zhì)條件。在同時允許選用幾種架形時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架，支承式支架最便宜，其次為掩護(hù)式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩護(hù)式支架適合于中等穩(wěn)定和一般破碎的頂板。支承掩護(hù)式支架適合于周期來壓強烈，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定頂板。在綜采工作面支架選型時，還應(yīng)注意下述四點原則：(1) 對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護(hù)式支架。但在底板極松軟條件下，必須17嚴(yán)格驗算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強度。在此條件下，通常應(yīng)避免使用重型支架。 (2) 對于非常穩(wěn)

35、定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強烈和十分強烈的頂板，應(yīng)優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護(hù)式支架。(3) 眾所周知，三點決定一個平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對頂板的實際支撐力很低，因而二柱式掩護(hù)支架支撐能力利用率高于四柱式。即二柱式支架對頂板的實際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機(jī)道上方頂板的支護(hù)強度。（4）在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應(yīng)注意對機(jī)道上方的頂板控制，包括增加前任阻力及可伸縮前梁等。2.2.3影響架形選擇的因素影響架形選擇的因素液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件的限制，因此，以上因素都會影響到支架的選型。液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件

36、。一般情況下可根據(jù)頂板的級別，由表 3-1-5 見綜采技術(shù)手冊 （上冊）中直接選出架型。（1）煤層厚度 當(dāng)煤層厚度超過 2.5m，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強的支架，一般不用支承式支架,而采用掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式液壓支架。 當(dāng)煤層厚度達(dá)到 2.5m2.8m 以上時，需選擇帶有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支承掩護(hù)式支架。 煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式，帶有機(jī)械加長桿或雙伸縮立柱的支架。 假頂分層開采，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。（2）煤層傾角 煤層傾角18時，應(yīng)選用同時帶防滑防倒裝置的支架。（3）底板強度 驗算比壓，應(yīng)使支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓。 為使移架容易，設(shè)計時要使

37、支架底座前部比后部的比壓小。(4) 瓦斯含量對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并選用通風(fēng)端面較大的支承式或支承掩護(hù)式支架。(5) 煤層硬度當(dāng)煤層為軟煤層時，支架最大采高一般2.5m；中硬煤層時，支架最大采高一般3.5m；硬煤層時，支架最大采高1.6,故應(yīng)選雙伸縮立柱或帶機(jī)械加長桿的單伸縮立柱?？紤]到伸縮比不太大，以及設(shè)備成本擬選擇機(jī)械加長桿的單伸縮立柱。2.3.22.3.2 支架間距支架間距 支架間距 B 要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定，我國刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度為 15

38、m，千斤頂連接塊的位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式相邁步式支架外，支架架間距一般為 15m。2.3.32.3.3 底座長度底座長度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要??；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；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護(hù)式支架的底座長度是35 倍的移架步距(一個移架步距為 o6m)，即 21m 左右。故初選底座長度為 2.1m。2.42.4 四連桿機(jī)構(gòu)的作用和四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計四連桿機(jī)構(gòu)的作用和四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計2.4.12.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用四連桿機(jī)構(gòu)

39、的作用具有四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架從問世以來，經(jīng)過長期的實踐考驗，顯示出巨大優(yōu)越性，并從根本上克服了支撐式支架穩(wěn)定性和力學(xué)持性的缺陷，成為液壓支架技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑。 四連桿機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代液壓支架的主要穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，其主要作用是保證支架的縱向和橫向穩(wěn)定性；承19受和傳遞外載；保持支架的整體剛度。因此，對液壓支架的研究常常離不開對四連桿機(jī)構(gòu)的研究和認(rèn)識。下面通過對液壓支架的運動過程進(jìn)一步分析四連桿機(jī)構(gòu)的特性和作用。支架升降時頂梁的運動軌跡是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，即由頂梁與掩護(hù)梁交點 E 的軌跡所決定。根據(jù)機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析，E點的運動軌跡一般為一條雙紐線，如圖 21 所示。合理設(shè)計四連桿參數(shù)，即可控制

40、E 點的運動軌跡，改善支架支護(hù)性能，減少連桿受力。圖圖21支架四連桿機(jī)構(gòu)的運動軌跡支架四連桿機(jī)構(gòu)的運動軌跡支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運動時，E 點的運動軌跡呈 3 種形式：雙向擺動(ABCD 段)、單向向后擺動(BC 段)和單向向前擺動(AB 段和 CD 段)。選擇不同的四連桿參數(shù)可以使 E 點軌跡處于上述 3 種曲線段。支架工作時，受到頂板載荷的作用，有下縮趨勢。當(dāng) E 點軌跡處于 AB 段時，頂梁相對于頂板有向煤壁移動的趨勢，頂板對頂粱的摩擦力指向采空區(qū)側(cè)。當(dāng) E 點軌跡處于 BC 段時，頂梁相對于頂板有向采空區(qū)移動的趨勢，此時頂板對頂梁的摩擦力指向煤壁。當(dāng)頂板運動趨勢超過支架運動趨勢

41、時，頂梁與頂板間的摩擦力方向?qū)⑷Q于頂板的運動趨勢。從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動比頂梁向采空區(qū)方向移動有利。前者對于保持粱端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導(dǎo)致頂板產(chǎn)生離層或斷裂，造成頂板斷裂線前移或梁端冒頂。因此，合理設(shè)計四連桿參數(shù)使支架工作段內(nèi)，E 點軌跡處于 AB 段比較理想，但對于調(diào)高范圍大的支架，要達(dá)到要求是困難的。然而，由于四連桿銷孔間隙的作用，使 E 點實際運動軌跡與上述理論軌跡不完全相同。為了保持支架梁端距的穩(wěn)定，一般應(yīng)控制梁端擺動幅度3070mm。液xE壓支架的縱向穩(wěn)定性完全是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，而不取決于立柱的多少。液壓支架實際受力狀態(tài)十分復(fù)雜，經(jīng)常受到非對稱載荷

42、和橫向載荷的作用，保持支架橫向穩(wěn)定性和整體剛性十分重要。如圖示支架立柱為二力構(gòu)件，不具有承受較大橫向載荷的能力。支架的橫向載荷只能靠四連桿機(jī)構(gòu)承受。2.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)定位尺寸和極限參數(shù)的確定四連桿機(jī)構(gòu)定位尺寸和極限參數(shù)的確定在設(shè)計四連桿機(jī)構(gòu)時，要根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特性來確定。其四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特性如下：(1) 支架從最高高度降到最低高度時，如下圖所示頂梁端點運動軌跡的最大寬度 e 應(yīng)小于或等于 70mm,最好為 30mm 以下。20圖圖22四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖(2) 掩護(hù)梁上鉸點到頂梁頂面之距離 H 和后連桿下鉸點至底座底面之距 Y 如圖 22 所示，0當(dāng)支架高度確定

43、后，要用作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)，首先要根據(jù)配套尺寸 L (此處 L 3130mm)。aa初步確定頂梁長度 L和底座長 L 然后確定頂梁與掩護(hù)梁鉸點相對于后連桿下鉸點的水平距離，fe該鉸點至頂梁頂面距 H 和后連桿下鉸點的高度 Y 。0H 一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，在根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定，一般支架2距 H 150200mm，重型支架可取 H 210260mm。對于經(jīng)濟(jì)型液壓支架此處取 H 2 =100mm.22Y 一般根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取 Y 150250mm ，對中厚煤層支架取00Y 250450mm；對大采高支架取 Y 450600mm。對于經(jīng)濟(jì)型液壓支架此處

44、取 Y0 =100mm.00(3) 支架最大和最小高度時掩護(hù)梁與水平夾角 A和 Amaxmin掩護(hù)梁是掩護(hù)采面工作空間密封隔離采空區(qū)的重要梁體，它不直接支撐頂板，而是作為重要的傳力構(gòu)件，把頂梁載荷傳遞到四連桿機(jī)構(gòu)，這對保持支架圍巖力學(xué)狀態(tài)的穩(wěn)定有著顯著的作用。其主要表現(xiàn)是：掩護(hù)梁載荷參與頂梁的力矩平衡，提高了梁端承載能力；支架受到一個指向煤壁的水平推力，當(dāng)支架處于支護(hù)工況時，有阻止頂板巖體向采空區(qū)移動的作用，而當(dāng)處于移架工況時，有利于克服架體各方面的摩擦力，增強架體運動的穩(wěn)定性。掩護(hù)梁水平投影過大，將增大掩護(hù)梁載荷，并承受頂板巖塊的沖擊載荷，而掩護(hù)梁載荷過大將減小頂板支護(hù)強度，造成移架困難。一

45、般掩護(hù)式支架取 A 52 62 ；支撐掩護(hù)式支架取 A 60 70 。maxmax21在支架最小支護(hù)高度時，為有利于矸石能沿梁體下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，即滿足 tan AW，其中 W 為巖石與鋼的靜摩擦因數(shù)，一般為 0.150.3。一般為min偏于安全取 w=0.3。(4) 掩護(hù)梁與后連桿長度比的確定在用作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)時，桿長比主要根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗確定，一般應(yīng)保證 A 5 ，使后連0桿在第一象限內(nèi)擺動。根據(jù)近百種支架的統(tǒng)計，掩護(hù)梁與后連桿的長度比（L L ）/L ，對bcd兩柱掩護(hù)式支架一般為 0.91.2，對四柱支撐掩護(hù)式支架一般為 1.21.8。 掩護(hù)梁與前

46、后連桿鉸點間的距離可根據(jù)支架高度及連桿銷子直徑確定，一般取 300500mm，前后連桿間夾角越大，連桿力越小。5支架工作段要取曲線向前突的一端，如上圖所示的 H 段。其原因是當(dāng)頂板來壓時，立柱讓1壓而下縮。使頂梁有前移的趨勢防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)，同時底板阻止底座向后移動。使整個支架產(chǎn)生順時針方向轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了前梁斷部的支護(hù)力，防止頂梁前斷頂部冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架，水平力的合力也相應(yīng)的減小，由于支架所承受的水平力由掩護(hù)梁來克服，所以減輕了掩護(hù)梁受力。從以上的分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計四連機(jī)構(gòu)時曲線運動軌跡

47、應(yīng)盡量使支架的工作段要取曲線向前突的一段，所以當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿長度已知后，從這個觀點出發(fā)，在設(shè)計時只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，進(jìn)行作圖就可以了。2.4.32.4.3 四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計法四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計法 目標(biāo)函數(shù)的確定根據(jù)附加力對液壓支架受力影響的分析，為減少附加力，必須使 tg有較小值。同時，為有效支控頂板，要求支架由高到低變化時，頂梁前端點與煤壁距離的變化要小。而支架在某一同高度時的角，恰好是頂梁前端點的雙紐線軌跡上的切線與頂梁垂線間的夾角。所以，只要令支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡近似成直線為目標(biāo)函數(shù)，這兩項要求都能滿足。四桿機(jī)構(gòu)的幾何特征如下圖 2-3 所示2圖 2

48、-3 四桿機(jī)構(gòu)的幾何特征圖22 （1）支架在最高位置時：p1=52-62,即 0.91-1.08 弧度;Q1=75-85, 即：1.31-1.48弧度。(2) 后連桿與掩護(hù)梁的比值,掩護(hù)式支架為 I=0.45-0.61;支撐掩護(hù)式支架為 I=0.61-0.82。(3)前,后連桿上鉸點之距與掩護(hù)梁的比值為 I1=0.22-0.3。（4）e點的運動軌跡呈近似雙曲線，支架由高到低雙紐線運動軌跡的最大寬度 e70mm 最好在30mm 以下。（5）支架在最高位置時的 tg值應(yīng)小于 0.35,在優(yōu)化設(shè)計中，對掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于 0.16，對于支撐掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于 0.2。四桿機(jī)構(gòu)各部尺寸的計算 四桿

49、機(jī)構(gòu)各部參數(shù)如圖 2-5 所示，圖中的 H1為支架在最高位置時的計算高度。令=A ; 2o a=B; =C; =D; =E; =G; =F; =S; =L; =I; =I; tg=U.abbccd2o dae e b1JOjeAGabaeSL(1)后連桿與掩護(hù)梁長度的確定 如圖 2-5 所示，當(dāng)支架在最高位置時的值確定后，掩護(hù)梁長度 G 為：1H 111H G=sin(p )sin()IQ后連桿長度 A= IG前后連桿上鉸點之距為：B=1 I G前連桿上鉸點至掩護(hù)梁上鉸點之距為: FGB從以上各式，可求出多組后連桿和掩護(hù)梁的尺寸。為了簡化計算，對各變量規(guī)定相應(yīng)的步長如下： P1 的步長為 0.

50、34 弧度；23 Ql 的步讓為 0.34 弧度， I1 的步長為 0.02； I 的步長；掩護(hù)式支架為 0032；支撐掩護(hù)式支架為 0042。 古上述四個變量各向前邁出五步，經(jīng)排列組合使得到 625 組 A、B、F、G 的參數(shù)值。 何 何 何 何 何 何 何 何 何 (2)后連桿下餃點至坐標(biāo)原點之距為 E1,如上圖所示。 111 EcoscosFPAQ (3) 前連桿長度及角度的確定 當(dāng)支架高度變化時,掩護(hù)梁上鉸點 e的運動軌跡為近似雙紐線，為使雙紐線最大寬度和角盡量小，可把 e點的運動軌跡視為理想直線，當(dāng)然實際并非如此。但是，我們可以做到當(dāng)支架高度變化時，有三點在這條直線上如圖 325 所

51、示，即：支架在最高和最低以及中間某一位置的三點。當(dāng)支架的最高和最低位置確定后，在直線上的最高和最低點就確定了。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，當(dāng)e點沿理想垂線由最高向最低運動時，后連汗與掩護(hù)梁的夾角由大于 90 度到小于 90 度變化，在夾角變化過程中， 一定有一位置使后連桿與掩護(hù)粱處于垂直狀態(tài)，以這一特殊狀態(tài)為所求的中間某一位置，來確定直線上中間某一位置的點。（a）點的坐標(biāo)1b 當(dāng)支架在最高位置是的計算高度為，此時點的坐標(biāo)為：1H1b 11111cos()sin()xFPyHFP （b）點的坐標(biāo)2b 支架在最低位置時的計算高度為，此時點的坐標(biāo)為：2H2b24 22222cos()sin()sin()xFPyB

52、PAQ根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，支架降到最低位置時，為計算方便，令22530Q，即 0.436 弧度。225Q根據(jù)幾何關(guān)系為:2P 2212212cos(cos()GEAQParctgEAQ(c) 點坐標(biāo)3b 當(dāng)支架的掩護(hù)梁與后連桿成垂直位置時，根據(jù)幾何關(guān)系，點的坐標(biāo)為：3b33333cos()sin()sin()xFPyBPAQ 式中由下式進(jìn)行計算。3P 13222133()22EAParctgarctgGGAEQP （d）c 點坐標(biāo) 根據(jù)圖 2-6 所示，支架在三個位置時四桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系確定后，c 點就是過、這三點1b3b2b的圓弧的圓心。所以，為前連桿的長度。因此，可以用圓的方程求得前

53、連桿的長度。123cbcbcb即： 2211()()ccCxxyy 上式中、為 c 點的坐標(biāo)，可以按下列方程聯(lián)立求得；cxcy 令 2222113322223322222231312222232331233123()()()()()()()()2()()()()ccccccccxxyyxyyyxxyyxxyyMxxyyNxxyyTxxyyyyxx 聯(lián)立上式可得：25 23313123()()()()ccM yyN yyxTN xxM xxyT則由以上各式可得前連桿的長度為： 2211()()ccCxxyy（4）前連桿下鉸點的高度和前連桿下鉸點在底座上的投影距離 當(dāng)前連桿 c 點的坐標(biāo)確定后，D

54、 和 E 的長度為： 1ccDyEEx四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)選4 按上述方法可以求出 625 組四桿機(jī)構(gòu)尺寸，并非所有值都可以用，故要優(yōu)選。約束條件是根據(jù)值的要求和支架的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系，對國內(nèi)外現(xiàn)有支架的調(diào)查統(tǒng)計得出來的。約束條件如下：tg（1）前后連桿的比值范圍 根據(jù)現(xiàn)有支架調(diào)查統(tǒng)計，前后連桿的比值范圍0.9 1.2CA（2） 前連桿的高度不宜過大，一般應(yīng)使15HD （3） E 的長度，一般應(yīng)使。14.5HE （4） 對掩護(hù)式支架應(yīng)使，對支撐掩護(hù)式支架tg 0.160.2u 瞬心位置何 值按下面的方法計算。 tg 如圖 2-7 所示，為支架在最高位置是的幾何關(guān)系。26 （a）點坐標(biāo)為即（1.135,1.

55、016）1a44(,)xy111(cos,sin)EAQ AQ (b) 點坐標(biāo)為 即（0.937,0）2o55(,)xy1(,0)E (c) 直線的斜率 1cb1111.320.4032.6810.8850.543ccyyKxx （d）直線的斜率 21o a452451.10605.861.1350.937yyKxx 由于、在同一條直線上，因此，和直線的斜率相同，所以c1b1o1cb1 1bo 61161yyKxx 同理： 64261yyKxx 聯(lián)立上述兩式可得： 1 112446121.369k xyk xxxkk 則： 61611()yk xxy 令： 66LxSHy 則： | |StgU

56、L 四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計程序編寫根據(jù)以上約束條件和計算式子，寫出程序流程圖如下所示：27 圖 2-8 程序流程圖（1）具體程序如下，此 C 語言程序可在 WINDOWS 環(huán)境下的編輯器下運行。#include #include main() float h1,p1,q1,i1,i,q2,s1; float g,a,b,f,e1,x1,y1,p2; float x2,y2,p3,q3,x3,y3,m,n,t,xc,yc,c,o; float w,w1,w2,w3,w4,w5; float d,e,x4,y4,x5,y5,c1,k1,k2,x6,y6,l,s,u; FILE *fp; fp=fopen

57、(list.h,w+); h1=2.4; q2=0.436; for(p1=0.85;p1=1.08;p1=p1+0.034) for(q1=1.31;q1=1.48;q1=q1+0.034) for(i=0.45;i=0.61;i=i+0.032)28 for(i1=0.22;i1=0.3;i1=i1+0.02) g=h1/(sin(p1)+i*sin(q1); a=i*g; b=i1*g; f=g-b; e1=g*cos(p1)-a*cos(q1); x1=f*cos(p1); y1=h1-f*sin(p1); w1=e1+a*cos(q2); s1=g*g-w1*w1; if(g*g-w

58、1*w1)0) w2=0; else w2=sqrt(g*g-w1*w1); p2=atan(w2/w1); x2=f*cos(p2); y2=b*sin(p2)+a*sin(q2); if(g*g+a*a-e1*e1)0) w3=0; else w3=sqrt(g*g+a*a-e1*e1); p3=1.57-atan(a/g)-atan(e1/w3); q3=1.57-p3; x3=f*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-y

59、3)-(y3-y1)*(x2-x3); xc=(m*(y2-y3)-n*(y3-y1)/t; yc=(n*(x3-x1)-m*(x2-x3)/t; w4=(x1-xc)*(x1-xc); w5=(y1-yc)*(y1-yc); if(w4+w5)0.9)&(o1.2)&(u0)&(dh1/5)&(eh1/4.5) printf(p1=%f,q1=%f,a=%f,b=%fn,p1,q1,a,b); printf(c=%f,d=%f,e=%f,f=%f,c1=%fn,c,d,e,f,c1); printf(s=%f,l=%f,g=%f,i=%f,i1=%fn,s,l,g,i,i1); printf

60、(o=%f,u=%f,d=%f,e=%fnnnn,o,u,d,e); fprintf(fp,p1=%f,q1=%f,a=%f,b=%fn,p1,q1,a,b); fprintf(fp,c=%f,d=%f,e=%f,f=%f,c1=%fn,c,d,e,f,c1); fprintf(fp,s=%f,l=%f,g=%f,i=%f,i1=%fn,s,l,g,i,i1); fprintf(fp,o=%f,u=%f,d=%f,e=%fn,o,u,d,e); 說明：由于采用迭代法進(jìn)行搜索，計算方案的多少取決于于各優(yōu)化參數(shù)步長的選取，步長越短，可能的方案越多，反之越少，甚至可能漏掉了一些比較好的結(jié)果。但步長過

61、短，計算量就會變大，帶來復(fù)雜的缺點。本次計算采用的步長可使有 625 組數(shù)選擇，即有 625 個方案可選。但是首次運行沒出結(jié)果。后決定在不影響支架工作性能的條件下，對其中的一個參數(shù) P1 稍微擴(kuò)大一下范圍（0.91.2 變成 0.851.2） ，運行出一組數(shù)據(jù)，具體運行計算結(jié)果如下：p1=0.884000,q1=1.378000,a=1.034782,b=0.393862c=0.991655,d=0.452725,e=0.531994,f=1.396419,c1=1.064921s=0.217931,l=1.362868,g=1.790280,i=0.578000,i1=0.220000o=0

62、.958323,u=0.159906,d=0.452725,e=0.53199430電算法頂梁前端點雙鈕線軌跡繪制根據(jù)上面四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化計算結(jié)果用以下程序優(yōu)化參數(shù) Q4(Q4 為支架后連桿與水平面之間的夾角，支架高低變化時，Q485 度25 度，即 1.48 弧度至 0.436 弧度。)并計算出多組 x，y 值。(x 值的變化相當(dāng)于頂梁前端點與煤壁之距的變化。如果使 Q4 角按間隔0.087 弧度變化，可以計算 30 組 x、y 值。故頂梁端點運動軌跡最大寬度為emax=xmax-xmin。（a）程序流程圖：圖 2-9 程序流程圖（2）（b）具體 C 語言程序如下所示：#include #inc

63、lude main() float h1,h2,q4,x,y,p4,k,j,r; float a,b,c,d,e,g,ex,z,cx,cy; FILE *fp; fp=fopen(newlist.h,w+); h1=2.4; h2=0.9;31 a=1.034782; b=0.393862; c=0.991655; d=0.452725; e=0.531994; g=1.790280; for(q4=0.436;q4=0) cx=k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j); z=(k*r+sqrt(cx)/(k*k+j*j); cy=sqrt(1-z*z); p4=atan(cy/

64、z); x=g*cos(p4)-a*cos(q4); y=a*sin(q4)+g*sin(p4); if(yh2) printf(nx=%f,y=%fn,x,y); fprintf(fp,x=%f , y=%fn,x,y); 運行結(jié)果如下：x=0.950737 , y=0.833340 x=0.946599 , y=1.021055x=0.941912 , y=1.161735x=0.937991 , y=1.278957x=0.935097 , y=1.381429x=0.933236 , y=1.473501x=0.932334 , y=1.557710 x=0.932287 , y=1.

65、635684x=0.932972 , y=1.708537x=0.934260 , y=1.77707132x=0.936014 , y=1.841887x=0.938094 , y=1.903446x=0.940349 , y=1.962116x=0.942621 , y=2.018194x=0.944741 , y=2.071928x=0.946527 , y=2.123526x=0.947781 , y=2.173170 x=0.948281 , y=2.221019x=0.947785 , y=2.267216x=0.946014 , y=2.311891x=0.942652 , y=

66、2.355165x=0.937331 , y=2.397150 x=0.929620 , y=2.437950 x=0.918999 , y=2.477664Ex=0.032運行結(jié)果使頂梁端點運動軌跡最大寬度為emax=xmax-xmin0.032m32mm，這說明四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果是可用的。根據(jù)以上兩個優(yōu)化設(shè)計程序運算結(jié)果，對其中個別參數(shù)修正列出指主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表 23 所示：表 23輸入輸出標(biāo)識符號說明結(jié)果 H1支架最高位置的計算高度 2400mm輸入H2支架最低位置的計算高度1200mm Utg 值（掩護(hù)梁與頂梁鉸點至瞬心和底座平面夾角為） 9.1 度 Q1支架最高位置時，后連桿與底座平面夾角79 度 A后連桿長度 1035mm B前，后連桿上鉸點之距394mm C前連桿長度 1082mm D前連桿下鉸點高度 453mm E前，后連桿下鉸點在底座上的投影之距 540mm F前連桿上鉸點至掩護(hù)梁上鉸點之距 1396mm輸出 G掩護(hù)梁長度 1790mm33 P1支架最高位置時，頂梁與掩護(hù)梁夾角 51 度 C1支架最高位置時，前連桿與底座平面夾角 64 度 EX頂梁端點運動軌跡最大