液压支架运动仿真-proe

河北工程大学毕业设计 I 摘要 当前，我国制造业已经全面完成电图版工程，我 国 二维 术的普及结束了手工绘图的历史，对减轻工程人员的劳动强度，提高经济效益起到了很明显的作用。随着技术的发展， 术正从二维 三维 度，三维建模技术是 术的核心，建模技术的研究、发展和应用，代表了 术的发展水平。三维 术在产品的三维造型、虚拟装配、工程图生成、动态干涉检验、机构运动分析和动态仿真等方面带来了革命性的突破，极大地提高了设计效率和设计质量。 软件是目前国内外最为先进的基于特征的三维参数化设 计系统之一。本论文较系统地阐述了利用 软件实现放顶煤液压支架三维实体建模和运动仿真分析的基本方法和技巧。并大体介绍了液压支架的选型原则、各部件尺寸设计及结构设计等内容。 通过对液压支架进行运动仿真证明，设计支架尺寸合理，运动灵活，无运动干涉区域，顶梁前端一点的运动轨迹符合近似双纽线的要求。 关键词 ： ；液压支架；三维建模；仿真 河北工程大学毕业设计 t of of AD a in s of AD is to is ADs its on of ADs AE a at s of is at of AD on It is in a D of . it is a no of at of of ; 目 录 第 1 章 绪论 . 1 压支架的发展史 . 1 压支架的研究与应用现状 . 2 压支架在我国煤矿生产中的地位和作用 . 2 前液压支架的研究与应用现状 . 2 压支架未来的发展趋势 . 3 课题的确定和主要研究内容 . 3 课题的研究方法与技术路线 . 4 第 2 章 液压支架 的总体方案设计 . 4 压支架的概述 . 4 压支架的组成和用途 . 4 压支架的组成 . 4 压支架的用途 . 4 压支架的工作原理 . 5 压支架的支护方式 . 7 压支架总体方案比较与确定 . 7 压支架的选型 . 7 压支架的支撑力与载荷关系 . 8 压支架架型的分类 . 8 压支架选型原则 . 10 压支架的整体结构尺寸 . 11 压支架基本技术参数的确定 . 11 护高度 . 11 架间距和宽度的确定 . 12 座长度 . 13 护强度 . 13 座形式的选择 . 13 第 3 章 液压支架的 主要部件设计 . 16 煤机和运输机型号的确定 . 16 梁的确定 . 16 顶梁长度的影响 . 18 梁主要尺寸的确定 . 18 护梁的结构及参数的确定 . 20 护梁的作用和用途 . 20 护梁的结构形式 . 20 护梁的参数确定 . 21 柱及主要参数的确定 . 21 柱布置 . 21 柱主要参数确定 . 22 衡千斤顶位置的确定 . 24 衡千斤顶安装位置的确定原则 . 25 衡千斤顶在顶梁上位置的确定 . 25 第 4 章 三维参数化造型设计与装配 . 28 压支架建模与装配的目的 . 28 压支架的三维实体建模 . 29 压支架的整机装配 . 30 第 5 章液压支架的运动仿真 . 37 压支架运动仿真的一般过程 . 37 真结果分析 . 39 结论 . 44 参考文献 . 44 致谢 . 45 河北工程大学毕业设计 1 第 1 章 绪论 压支架的发展史 从历史来看，大约在四五十年前工作面还是用木支柱。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等快速采煤机的使用，木支柱既不能对顶板提供足够大的阻力，其支护和回收亦难满足连续采煤的要求。于是，刚性木支柱被可压缩性摩擦的液压支柱所代替，并以支柱铰接顶梁的结构形式支护回采工作面。 1954 年，英国研制出垛式支架。它主要由安装在矩形整体底座上的立柱和顶梁组成。几个月后，英国奥尔蒙德煤矿煤层的整个工作面都装备了这种支架。这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。从此，开创了煤矿工业的新时代。 1958 年法国试验成功了节式支架。 五十年代末期，为了开采煤层厚度超过 2m 的松散和破碎顶板条件下的褐煤 ，前苏联开始研制掩护式液压支架，并于 1961 年在阿乐斯 科拖举办的贸易展览上展出了 掩护式支架。这种支架定量很短，仅 与掩护梁铰接，单根朝前倾斜液压支柱连接着掩护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时，顶梁顶点相对于煤壁做圆弧运动。这样，不仅影响了支架的承载能力，而且断面距变化很大，不利于顶板的维护。但比垛式和节式支架，掩护式支架能有效的控制顶板，防止开采过程中矸石渗入工作面，工作能力好。 为了保持顶梁端点相对于煤壁做近似的直线运动，在 掩护式支架的基础上作了许多改进： 60 年代 末和 70 年代初，随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加，支架结构发生了巨大变化。长顶梁、二柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。并且，为了适应底板不平，底座采用分离铰接结构：对于松软底板，为减小底板比压，采用接触面积较大的底座；为了防止碎矸石窜入采区，采用了各种防窜矸的掩护装置。 1974 年，英国国家煤炭局实施的“高科技采煤工程”推动了液压支架即采煤设备的进一步发展。这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时，必须采用最先进的设备和开采工艺，以提高煤炭产量和改善作业环境。 进入 70 和 80 年代，液压支架仅有了 新的发展。顶梁不仅实现了“立即前移支护”，而且整个支架安装了电液控制系统实现微电机控制于操作。 1981 年杜塞尔多夫采矿展览会上，展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架，并研制出采高为 6m 的大采高支架及放顶煤支架；对坚硬岩层设计了强力河北工程大学毕业设计 2 液压支架等。 我国液压支架是从 50 年代末开始研制，经历可研制试验、引进、仿制和改进创新等阶段，直到现在的独立设计阶段。目前，除液压支架电液控制和支架计算机辅助设计与绘图方面落后于国外，其他方面均以达到国外同期水平。 压支架的研究与应用现状 压支架在我国煤矿生产中的地位和作用 液压支架式综采工作面煤层地下支护的关键设备，它的性能的好坏直接影响着矿山企业的产量和井下人员的安全。 前液压支架的研究与应用现状 国内外研究概况 随着科学技术的进步与发展，对产品设计和产品开发提出了越来越高的要求。从设计技术和方法看，三维 成为产品设计的主流，并正在向着设计、分析、优化、装配、仿真、制造等集成化的方向发展；从产品的表现形式看，仅凭二维图样作为技术交流的媒介已不能满足现代设计的需要，而人们越来越热衷于三维实体化、形体参数化、产品形象化。从 产品的市场需求看，则更是要求不断提高产品质量和设计效率、缩短产品开发周期。因此，一些新的设计理念和设计手段，如全数字化设计、无纸设计、参数化设计、并行设计、协同设计、虚拟设计等便应运而生。 国外 术的研究与应用体现在两个方面：一是优秀的 件版本不断更新，为企业产品设计提供高效平台，二是 术在企业的广泛应用，推动了机械制造业的信息化。目前，国际上流行的 件主要有：美国 、 司的（ 司的 信国际有限公司的 司的 ，它们都是以三维参数化实体造型为基础的 统。特别是 所采用的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械 传统观念，并已成为当今机械 域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械产品， 能将设计至生产全过程集成到一起，实现所谓的并行工程。 国外应用 术比较成功的企业有：美国的波音公司、通用汽车公司、欧洲威尔泵业公司（ 、日本三菱电机公司等。 术曾为这河北工程大学毕业设计 3 些企业带来了巨大的经济效益和社会效益。 如：美国福特公司应用三维 术后，将新型汽车开发周期从 18 个月压缩到 月，减少了 90%的实物模型，减少新产品的设计更改 50% 以上，减少新汽车试制成本 50%，提高投资收益30%。 我国真正意义的 处于起步阶段。陈欣博士利用 文章博士对转向架和车辆的虚拟制造技术进行的研究，吴涛博士在面向自顶向下设计过程的三维特征建模技术研究的基础上研制的三维 型系统 ，都在一定程度上代表了我国 术的研究水平。但目 前国内 三维 件的成熟度不高，市场占有率不到 15%。前不久，中国机械工业联合会对机械制造企业调查结果显示：我国制造业 用基本普及，但只是“甩掉了图板”，使用基于三维产品模型的 术的企业不多，将三维参数化 术应用于液压支架等煤炭机械方面的研究在近两年才刚刚开始，目前尚处于起步阶段。 由于液压支架是煤炭矿井开采中一种非常重要的支护设备，其性能如何将直接对井下生产安全和生产效率产生重大影响。因此，本课题的研究与开发不仅具有重要的理论研究意义，更具有巨大的实际应用价值。 压支架未来的发展趋势 全球经济的一体化使得机械产品市场的竞争日益激烈。为了提高市场竞争力，各企业必须不断缩短新产品的研发周期，提高产品质量、性能，降低研发成本。在这种要求下，使得以虚拟样机技术为代表的计算机技术不断发展，虚拟设计逐步成为机械设计领域的一种全新的设计及方法。运用虚拟设计，可以在产品设计初期、设计、分析和评估产品的性能，确定和优化物理样机参数，从而降低产品的开发风险，缩短开发周期，提高产品性能。 课题的确定和主要研究内容 长期以来，对液压支架进行设计以及运动模拟主要是通过数据 和二维图形进行的，局限性大。本文将三维参数化造型、虚拟装配和运动仿真引进液压支架的设计中，以及缩短开发周期，减少研发成本，提高产品质量，提升产品的市场竞争力。 本文分析了液压支架的工作原理，进行了液压支架整体结构尺寸设计及主要部件的设计。 河北工程大学毕业设计 4 课题的研究方法与技术路线 本文利用 对液压支架进行快速建模，然后利用其运动模块（ 现了对液压支架的升柱、降柱、推溜、移架等的运动过程的动态仿真，分析仿真结果表明建立的模型和设置的仿真参数的正确，支架尺寸合理，运动灵活，无运动干涉区域， 顶梁前端一点的运动轨迹复合近似双钮线的要求。 第 2 章 液压支架 的总体方案设计 压支架的概述 压支架的组成和用途 压支架的组成 1）承载结构件，顶梁、底座、掩护梁、连杆、立柱、推移装置等，其主要功能和传递顶板和跨落岩石的载荷。 2）液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。 3）控制元件部，包括液压系统操纵阀、单向阀、安其主要功能是操控支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。 4）辅助装置，如推移装置、护帮（或跳梁）装置、伸缩梁（ 或插板）装置、活动侧护板、防护倒滑装置、连接件等。这些装置时为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。 压支架的用途 在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工作人员安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架式以高液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能够实现支撑、切顶、移架和推移输送机灯一整套工序。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，他的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施，因此液压支架式技术上先进、经济上合理，安全上可靠、是实现采煤综合机械化和自动河北工程大学毕业设计 5 化不可缺少的主要设备。 压支架的工作原理 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的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。 1)升柱 当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，使与活塞杆相 连接的顶梁紧紧接触顶板。如图 2示。 2)降柱 当需要将柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。 图 2架和运输机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成。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的活塞杆腔，另一回液腔，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉回煤壁；当需要推输送机时，支架支撑动版都，高压液进入推移千斤顶的活塞，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。 支架的支撑力与时间的曲线，称为支架的工作特性曲线，如图 2示。 河北工程大学毕业设计 6 图 2架立柱工作时，其支撑力随时间的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，立柱升起使定量接触顶板，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，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑力阶段 此时支架对顶板的支撑力为初撑力。支撑式支架的初撑力为： 32 104 中 m; 由上式可知，支架初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。合理地初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。一般采用提高泵站工作压力的办法来提高初撑力，以免立柱的缸径过大。 支架初撑力之后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至增加到支架的安全阀调正压力，立柱下腔压力达到工作阻力。此阶段为增阻阶段 随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架安全阀压力调节正值时，安全阀打开而溢流， 立柱下缩，使顶板压力减小，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的限制下，压力曲线随时间呈波浪变化，此阶段为恒阻阶段 支架工作阻力为 河北工程大学毕业设计 7 32 104 a 中 支架的工作阻力标志着指甲的最大承载能力。 对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。 支架的工作阻力是指甲的一个重要参数，它表示支架支撑力的大小，但是 ，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。因此，常用单位支护面积顶板上受支架工作阻力的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。即 310 中 f 2m 。 压支架的支护方式 综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。 3 个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的 3 种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。 1）即时支护 一般循环方式为：割煤 移 架 推溜，工作面“三机”的配套关系。即时支护的特点是，顶板暴露距离较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。 2）滞后支护 一般循环方式为：割煤 推溜 移架。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定，完整的顶板。 3）复合纸糊 一般循环方式为：割煤 支架伸出伸缩梁 推溜 收伸缩梁 移架。 复合支架的特点是：支护滞后时间短，丹增加了反复支撑次数，可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加， 适应高效要求，目前应用较少。 压支架总体方案比较与确定 压支架的选型 河北工程大学毕业设计 8 压支架的支撑力与载荷关系 支撑掩护式支架式为了改善上述两类支架的性能和对顶板的适应性而设计的。主体部分接近垛式，支架后部有四连杆机构和掩护梁，增加了支架的稳定性和防护性，提高了支架的支护和承载能力。所以，此种支架介于以上两种支架的中间状态，提高了适应范围，适用于顶板较坚硬，顶板压力较大或顶板破碎的各种煤层，其受力状况如图 2 3 所示。 压支架架型的分类 按照液压支架在采煤工作面安装的位置来划分有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称断头 支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面上所有位置的支架。 目前使用的液压支架分三类：支撑式、掩护式、支撑掩护式。 支撑式液压支架：支撑式支架的架型有垛式支架和节式支架两种形式。如图2 3，前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱的复位装置来保证。因此底座坚固，它靠支柱和顶梁的支撑作用控制工作面得顶板，维护工作空间。顶板岩三石 则在顶梁后部切断跨落。这支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板紧硬完整，周期压力明显或强烈，地板较硬的煤层。 河北工程大学毕业设计 9 图 2护式支架：掩护式支架有插腿式和非插腿式两种形式。如图 2 4 所示顶梁较短，对顶板的作用力均匀：抵抗直接顶水平运动的能力强：防护性能好调高范围大、对煤层变化适应性强：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定不稳定或稳定的煤层。 图 2-5 支撑掩护式支架：支撑掩护式支架架型主要：四柱在顶梁上（如图 2二支柱在顶梁（ 2c）一柱或二柱支架在 掩护梁上。支柱两排，每排1，剁成倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护两盒四连杆机构。它的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，但结构复杂，重量大，价格贵，不便于运输。这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储量较大的中厚煤层中。 河北工程大学毕业设计 10 图 2压支架选型原则 液压支架的选型，其根本目的是使综采设备适应矿井和工作面的条件，投产后能做到高产、高效、安全，并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井的煤层、地质、技术和设备进行选择。 液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。一般情况下课根据顶板的级别直接选出架型。 当煤层厚度超过 ，顶板有侧向推力时，应选用抗扭能力强制家，一般不宜先用支撑式支架。 当煤层厚度达到 上时，需要选择有护帮装置的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的掩护式双伸缩立柱的支架。 应使支架对底板的比压不超过底板的抗压强度。在底板较软的条件下，应选用抬底装置的支架或插腿掩护式支架。 煤层倾角 架支护强度 采高 1 2 3 4 × 结合深孔爆破，软化顶板等措施处理才空区 × × ×单体支柱支护强度 采高 1 2 3 采空区处理 43 ：括号内的数字式掩护式支架的支护强度。表中所列支护强度在选用时，课根据本矿情况允许有± 5%的波动范围。 表中 2 分别为、级老顶的分级增压系数；级老顶只能给出最低值 2，选用时可根据本矿的实际情况确定适宜值。 压支架的整体结构尺寸 压支架基本技术参数的确定 护高度 原始条件： 支撑掩护式轻型放顶煤液压支架 顶 压： 200 吨（最大 300 吨） 煤层厚度： 25m 煤层倾角： 8º 顶板性能： 中等稳定、平整 河北工程大学毕业设计 12 底板性能： 中硬 瓦斯含量不大 支架高度确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定，其最大与最小高度为： H 大 h 大 +( (2H 小 h 小 a ( (2式中 ： H 大 支架最大高度 ， 小 支架最小高度， mm h 大 煤层 最大高度， mm h 小 煤层最小高度 ， 1 考虑伪顶煤冒落时，仍有可靠支撑力所需要的支撑高度，一般采取 200 250 底板最大下沉量是，一般取 100 100 a 移架时支架的最小可伸缩量，一般取 50 浮矸石、俘煤厚度，一般取 50 由式 2 1 可得 H 大 5000+250=5250式 2 2 可得 H 小 2000800以取： H 大 =5250 小 =1800架间距和宽度的确定 所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离。用 示。支架间距 由于每支架的 推移千斤顶都与工作面输送机的一节溜槽相连，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链接块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽长为 斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距大部分为 采高支架为提高稳定性中心间距可采用 ，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心间距可采用 。因此本设计预取 支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输、安装河北工程大学毕业设计 13 和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为 170200支架中心间距为 时，最小宽度一般取 14001430大宽度一般取15701600支架中心距为 时，最小宽度一般取 16501680大宽度一般取 18501880支架中心间距为 ，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度 11501180大宽度一般取 13201350果顶梁不带活动侧护板，则一般取 11501200次选取 11501200 座长度 所谓底座，就是将顶板压力传递到底板的稳固支架的部件 。在设计支架的底座长度时，应考虑一下几个方面：支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱，液压控制装置，推移装置和其他的辅助装置，便于人员操作和行走，保证支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座长度取 的移架步距，即 左右；支撑掩护式支架对底座长度取 4 倍的移架步距，即 次设计地作为 左右。 护强度 本次设计中支撑掩护式支架的支护强度 q，可用插入法求得，按下式计算： 12 1)( 121 hh （ 2 3） 式中： 支架名义支护 强度。（ KN/ 采高 对应的支护强度，见表 2 1 采高 对应的支护强度，见表 2 1 应的采高（ m）见表 2 1 应的采高（ m） 见表 2 1 支架的结构高度，在 h2间。 对应最大结构采高 m m2 m N/各数据代入式（ 2 3）得采高最大时支架支护强度 2/52( 座形式的选择 河北工程大学毕业设计 14 支架底座常用形式有 3 种，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底座。 1)整体刚性底座如图 2示。中档部一般有一高度 50100箱形结构，中档后部上方为相形结构、推移千斤顶一般安装在相形体之上。整体刚性底座立柱窝前一般要设计一过桥，一提高底座的整体刚性和抗扭能力。整体刚性底座的整体刚度和强度好，底座底座接触面积大，有利于减小对底座的 比压，但中档推移机构处易积存浮煤碎矸，清理较困难，一般用于较软底板条件下工作面。 图 2体式底座 2）底分式刚性底座如图 2示，底座底板中分式的中档推移机构直接落在煤层底板上，前立柱柱窝前有过桥，中档后部上方为箱型结构。由于底分式刚性底座中挡板分体，推移装置处的浮煤、碎矸可以随支架从后端排到采空区，不需要人工清理，适应高产高效要求，但减少了底座接触面积，增大了对地板的比压。 目前高产高效工作面液压支架一般均采用分体刚性底座。 3）如图 2示，交接分体式底座分为左右相对独立的两个部分，从中档处 铰接，左右底座在垂直方向可以相对错动，无刚性约束。这种底座对地板不平的适应性好，减少了底座的扭转和偏载载荷，但是支架的整体刚性有所降低。波兰支架采用铰接分体式底座较多，我国用的比较少。 根据常用底座的各自特点，本设计选用整体刚性底座。 河北工程大学毕业设计 15 图 2分式刚性底座 图 2接分体底座 河北工程大学毕业设计 16 第 3 章 液压支架的主要部件设计 煤机和运输机型号的确定 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： 运输机： 套尺寸，配套图的确定 配 套尺寸的确定，由图 3知 配套尺寸： E=650+377+352=2109 （ 3 液压支架配套关系图，如图 3示。 图 3压支架配套关系图 梁的确定 顶梁是与顶板直接接触的构件，除满足一定的刚度和强度要求以外，还要保证支护顶板的需要。 顶梁的作用及用途 顶梁作用是支护顶板一定面积的直接承载部件，并为立柱、掩护梁、护顶装置等提供必要的链接点。 用途； 河北工程大学毕业设计 17 护梁、前后连杆经底座传到底板。 支架常用顶梁形式有三种：整体顶梁、铰接前梁的刚性顶梁和伸缩前探前梁的刚性顶梁。 整体顶梁的结构特点：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；可以设置全长侧护板，有利于提高顶板覆盖率，改善支护效果，减少支架间漏矸。为改善接顶效果和补偿焊接变形，整体前端（ 8001000一般取 130。如图 3示。 图 3体顶梁 铰接前梁的刚性顶梁，如图 3示，该结构顶梁分前后梁并接前梁设有前梁千斤顶，支撑 靠近煤壁处的顶板，同时还可以调整前梁的上下摆角，以适应顶板不平的变化。 伸缩前探梁的刚性顶梁，如图 2示，该结构前梁有深深千斤顶使它伸缩，因此及时伸出支护刚暴露的顶板，从而可使顶梁长度减小，也可使用前梁千斤顶和伸缩千斤顶，使用前梁即可伸缩又可以上下摆动。 图 3撑掩护式顶梁的结构形式 河北工程大学毕业设计 18 1 2 3 4以上二种顶梁型式比较，本设计选用铰接前梁的刚性顶梁的结构型式。 顶梁长度的影响 1）支架工作方式对顶梁长度的影响 支架工作方式对支架顶 梁长度的影响很大，从液压支架的工作原理可以看出，先移架后推溜方式（又称及时支护方式）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（又称后支护方式）要求顶梁长度较短。这是因为采用先推溜的工作方式，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，支控新暴露的顶板，做到及时支护。因此，先移架后推溜时顶梁长度要比先提留后移架时的顶梁长度要长一个步距，一般为 600 配套尺寸对顶梁长度的影响 设备配套尺寸与支架长大衣有直接关系。为了防止当采煤机向支架内倾斜时，采煤机滚筒不载割顶梁，同时考虑到采煤机载割时，不一定 把煤壁载割成一垂直平面，所以在设计时，要求顶梁前端煤壁最小距离为 300个距离叫空顶距。另外在输送机铲煤版前也留有一定距离。一般为 135150是为了防止采煤机载割煤壁不齐，给推移输送机留有一定的距离。除此之外，所有配套设备包括采煤机和输送机，均要在顶梁掩护之下工作，在此来计算顶梁长度。 梁主要尺寸的确定 1）定量长度 梁长度【配套尺寸 +底座长度 +A× -【 G× 00+e】 （ 3 式中： 配套尺寸为 2109座长度为 24001=540 90 代入公式（ 3得 109+2400+1515× 整数为 3037北工程大学毕业设计 19 2)定量面积 A A=B （ 3本次设计中顶梁宽度为 1500代入公式（ 3 A=3037× 1500=)支护面积 C=g+ ) （ 3式中： 移架后顶梁前端点到煤壁的距离 m,一般 =C 支架间距（支架中心距），一般 入公式（ 3： 500（ 3037+300） =架的理论支护阻力 1= q x （ 3 式中： 支护面积 m2 q x 支护强度 KN/架在最高处的理论支护阻力为： 291（ 5）顶板覆盖率 =A/ 100% （ 3 式中： A 顶梁面积 入公式（ 3 =100%=91% 6）顶梁其它有关尺寸的确定 确定立柱上绞点，前梁千斤 顶、前后梁绞点、掩护梁与顶梁绞点的位置（包括水平方向和垂直方向）尺寸如图 3示。 河北工程大学毕业设计 20 图 3架结构尺寸 护梁的结构及参数的确定 护梁的作用和用途 掩护梁是支架的掩护构件，它有承受冒落矸石的载荷和顶板通过定量传递的水平载荷引起的弯矩，掩护梁的用途，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。掩护梁承受对知己的水平作用力及偏载扭矩。掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了至今啊的掩护和挡矸性能。 护梁的结构形式 掩 护梁的结构为钢板焊接的箱式结构，在掩护梁上端与顶梁铰接，下部焊有与前、后连杆铰接的耳座。有的指甲在掩护梁上焊有立柱柱窝。活动侧护板装在掩护梁的两侧。从侧面看掩护梁，其形状有直线型、折线型。如图 3示。 河北工程大学毕业设计 21 图 3护梁的结构形式 12345 7折线型相对直线型支架端面大，结构强度高，但工艺性差。所以很少采用，从掩护梁的宽度方向来分，可分为整体式和对分式两种。对分式结构尺寸小，易于加工、运输和安装，但结构强度差。所以本次设 计采用的式整体式、直线型。 护梁的参数确定 1）掩护梁的长度；掩护梁就是两铰点的距离，由前面的四连杆机构可知，掩护梁长大长度为 2485 2）掩护梁宽度 设计掩护梁宽度与顶梁宽度相同，所以掩护梁宽度为1500 3）掩护梁上前后连杆焦点位置；通过比较，可确定前后连杆铰点位置（水平和垂直方向）具体尺寸可以通过图 2掩护梁部分可知。 柱及主要参数的确定 立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力的状态，它除应该具有合理的工作阻力和可靠的工作特殊性外，还必须有足够的抗压、抗 弯强度、良好的密封性能，结构要简单，并能适应支