前 言
煤炭是工业的粮食，目前及在相当一段时期内，我国能源生产和消费结构中以煤炭为主的格局不会改变，且数量每年都在递增，只有依靠科技进步，依靠煤炭生产的机械化和自动化才能满足工业生产的这一需要。综合机械化采煤方法是高效安全的采煤方法，而液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。
液压支架在我国煤矿中的使用已有近三十年的历史。从消化先进设备开始，到我国能独立研究、设计的制作，我们已经积累了丰富的经验。通过在学院函授站的学习，使我对这一部分知识有了更加全面、更加系统的认识和了解，并利用毕业设计这个机会，对我矿井下工作面所用的液压支架进行了选型和设计。由于自己的能力有限，经验不足，再加上时间较紧，有不妥之处，希望能得到有关专家和老师的指正。
摘 要
ZY3200/14/34掩护式液压支架的设计，主要是针对冀中集团梧桐庄矿22313工作面的煤层、围岩情况及其配套设备进行选型设计的一种实用液压支架，它包括以下几个部分：
通过介绍整个矿井的地质条件及工作面的实际情况，结合支架的发展情况及分类，对液压支架进行了选型，并确定其基本技术参数。
根据结构部件在整个液压支架中承载情况及作用，详细对支架的顶梁、四连杆机构、侧护板、底座、立柱、各种千斤顶等部件进行了结构设计，确定了其整体结构尺寸。重点对立柱做了结构、技术参数说明，并根据其承载的工作阻力对立柱的稳定性，活塞杆和缸体的强度进行了校验。
介绍了该支架液压系统的特点，详细说明了立柱、各种千斤顶系统的基本控制回路及它们的工作原理，并对泵站液压元件、液压管路进行了选型。
关键词： 掩护式液压支架 结构部件 液压系统
Abstract
The design ZY3200/14/34 cover-powered support is mainly for Xing tai Mining Group, Xing tai 22313 face of the coal mine, and its surrounding equipment selection is for the design of a practical hydraulic support. It includes the following components:
Through the introduction of the entire mine geological conditions and the real situation face combined with the development of supports and classification of the hydraulic support for the selection and establish the basic technical parameters.
According to the structural components in the hydraulic support of the whole situation and bearing in the role of detail on top of the support beams, four-bar linkage, the side of the shield, base, post, and a variety of jack, and other parts of the structure design, and determine the over all structure of its size. Focus on doing a column structure, technical parameters that on the basis of carrying on the work of the resistance to the stability of the column, cylinder piston rod and the intensity of the check.
This paper introduces the characteristics of the support hydraulic
system 、the column、the basic control loop of a variety of jack system and their working principle, and selects the hydraulic pump station components and hydraulic lines.
Key words: cover-powered support the structural components the support hydraulic system
目 录
第一章 概论……………………………………………………………6
1.1 矿井的概述………………………………………………………6
1.2 支架的发展情况…………………………………………………6
1.3 液压支架在工作面的工作情况…………………………………….6
1.4 液压支架的工作原理……………………………………………...6
1.5液压支架的选型…………………………………………………7
1.6 掩护式支架的特点………………………………………………..8
1.7 主要技术特征及配套设备…………………………………………9
1.8液压支架基本参数的确定………………………………………10
1.9配套设备与要求…………………………………………………11
第二章 液压支架结构尺寸的设计……………………………….12
2.1顶梁尺寸的确定…………………………………………………12
2.2四连杆机构的确定…………………………………………… .12
2.3底座长度的确定…………………………………………………14
第三章 液压支架部件的设计………………………………………15
3.1顶梁的设计………………………………………………………15
3.2掩护梁的设计……………………………………………………15
3.3四连杆机构设计…………………………………………………16
3.4侧护板的设计……………………………………………………16
3.5 底座的设计……………………………………………………..17
3.6推移装置…………………………………………………………18
3.7护帮装置…………………………………………………………18
3.8 立柱……………………………………………………………. 19
3.9千斤顶……………………………………………………………21
第四章 喷雾灭尘系统设计………………………………. ……………23
4.1 系统的作用…………………………………………………….23
4.2 系统的组成…………………………………………………….23
第五章 液压支架部件受力分析及强度验算…………………..25
5.1 支架的强度条件………………………………………………….25
5.2 立柱的强度校核……………………………………………… 25
5.2.1立柱的稳定性验算…………………………………………….25
5.2.2活塞杆强度验算……………………………………………….27
5.2.3缸体的强度验算………………………………………………………..29
第六章 液压支架的液压系统设计………………………………………..31
6.1液压支架的液压系统简介………………………………………31
6.2液压支架的基本控制回路………………………………………32
6.3泵站及各种液压元件的选型……………………………………35 结 论………………………………………………………………………38 参考文献………………………………………………………………….39 谢 辞………………………………………………………………………40
第一章 概论
1.1 矿井的概述
冀中能源梧桐庄矿是一座年产180万吨的大型机械化矿井，生产装备先进，技术力量雄厚，采、掘机械化程度达到100%，井田含煤地层时代为c-p ，总厚210米，其中有19层煤，煤层总厚21米，含煤系数10%，可采和部分可采煤层8层，厚17.30米，可采含煤系数为8.2%。
1.2 支架的发展情况
在煤矿开采的过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。目前回采工作面使用的支护设备有金属摩擦支柱，单体液压支柱和自移式液压支架，前二者统称单体支护设备，与金属铰接顶梁配套使用，支撤和移动都靠人工操作，故劳动强度大，安全性较差，支撤速度慢，工作面产量和效率较低，随着采煤机械化程度的提高，促使了支护设备的迅速发展，1954年，英国首先装备了世界上第一个使用液压支架的综采工作面，把回采工作面的支护技术推进到一个新的阶段。
液压支架是以高压乳化液为动力，使支架的支撑、切顶、移架和推移输送机等工序全部实现了机械化，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、采煤机组成综合机械化采煤设备，它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。
1.3 液压支架在工作面的工作情况
为了及时支护，采用先移架后推溜的工作方式，一个工作循环包括降柱、
移架、升柱、推溜等四个动作，随着采煤机的推进，按次序搬动操纵阀，使顶梁下降、支架前移，到达预定位置后，顶梁升起，支护顶板，再通过支架的推移千斤顶，又将输送机推向煤壁。
1.4 液压支架的工作原理
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。作都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。
1.5 液压支架的选型
22313工作面是北高南低的单斜构造，倾角5度左右。老顶为细砂岩结构，厚15米，直接顶伪顶为粉砂岩结构，较破碎，易垮落厚0.1-1米。直接顶为粉砂岩结构厚5.4米。直接顶属中等稳定类，老顶属于来压明显级，直接顶初次跨落步距一般不小于15米，老顶初次来压步距一般不小于30米，周期来压步距一般为10米左右。在正常回采阶段，直接顶一般无悬顶或悬顶很小，随放顶能够及时垮落，且垮落后矸石基本能够充满采空区，因此，本工作面采用全部垮落管理顶板。
根据老顶级别和直接顶类型，查《液压支架设计》表2-5确定架型为支顶掩护式支架，二立柱支在顶梁上，平衡千斤顶设在顶梁和掩护梁之间。如图所示。
掩护式支架是利用支柱、顶梁和掩护梁来支护顶板和防止岩石冒落进工作面，掩护式支架都有一个宽大的掩护梁将作业空间与采空区冒落的矸石隔绝，掩护梁下端一般用前、后连杆与
底座相连，以保持较稳定的梁间距和承受水平推力，少数调高范围小的支架也有掩护梁直接铰接在底座上的，掩护梁上端用直接铰接的方式与顶梁连接，立柱的支撑力通过掩护梁间接作用于顶梁或直接作用于顶梁，掩护式支架的立柱只有一排，且倾斜支撑，以增大支架的调高范围，架间则通过活动侧护板互相靠拢，间密封，通常顶梁较短，一般在3m 左右。
这种支架的性能特点是：支撑力小，切顶性能强，但支撑力集中作用于机道上方的顶板上，故支护强度较大，且均匀，对顶板的重复支撑次数少，密封掩护性好，能承受较大的水平力，且允许带压移架。由于立柱倾斜布置，且顶梁又较短，所以工作空间和通风断面较小。
1.6 掩护式支架的特点
掩护式支架可分为插入掩护式、非插入掩护式和直接支撑掩护式支架。下面分述三种类型：
1、插入掩护式支架：
插入掩护式支架底座面积较大，对底板的比压小，适用于顶板破碎，底板松软的煤质条件，但是太高了运输机溜槽，加大了装煤高度，影响装配效果。
2、非插入掩护式支架：
非插入掩护式支架由于底座没有插入运输机在下面，因而改善装煤效果，但底座较短，与底板的接触比压增大，稳定性较差。
3、直接支撑掩护式支架：
这种支架把立柱设置在顶梁之下，大大提高了支撑效率，同时底座加长，减小了与底板的接触比压，适用于松软及中等硬度的底板条件。直接支撑掩护式支架在结构上有以下特点：
（1） 与插入式相比，顶梁较长。
（2） 立柱直接支撑在顶梁和立柱之间，又在顶梁和掩护梁之间设置了平
衡千斤顶，使支架成了稳定结构，更加强了对机道上方的支护能力。
（3） 掩护梁和顶梁后端铰接，消灭了三角区，有利于顶梁和顶板的结合。 通过上述论断直接支撑掩护式更适合本次设计的应用，直接提高了工作面，工作时间的利用率和生产能力支护性能完善，所以本次设计的架型选为：ZY3200/14/34型掩护式液压支架。
1.7 主要技术特征及配套设备
一、技术特征
（1） 支架
型号 ZY3200/14/34
支架高度 （m ） 1.4~3.4
支架宽度 (mm) 1420~1600
支架中心距 (m) 1.5
支架初撑力 (KN) 2658
支架工作阻力 (KN) 3200
支护强度 (MPa) 0.64
对底比压 (MPa) 1.4
泵站供液压力 (MPa) 32
活动侧护板 双侧直角式
控制方式 邻架控制
（2） 立柱
型式 双伸缩
缸径(mm)一级（二级） 230（180）
工作阻力(KN) 1600
初撑力 (KN) 大缸 1330
小缸 814
（3） 推移装置千斤顶
型式 浮动活塞式
缸径(mm) 110
杆径(mm) 80
行程(mm) 700
推力(KN) 300
拉力(KN) 120
二、配套设备
根据原始条件和所选架型 根据《综采液压支架图册》所选配套设备是： 采煤机：MG-350W 型双滚筒采煤机
输送机：SGB-764/400
采煤技术特征：
采高m 2.0~3.5
截深mm 630
滚筒直径mm 1600
牵引方式 液压锚链牵引
牵引力 27
牵引速度m/min 0～7.4
滚筒中心距mm 11196
发动机台数 2
发动机电压 1140
冷却方式 水冷
运输机技术特征
机型 中双链
适应倾角 ＜15°
运输能力 t/m 900
链速m/s 1.0
出厂长度（m ） 200
链条中心距 mm 100
刮板中心距mm 920
1.8 液压支架基本参数的确定
一、支护强度和工作阻力
顶板所需的支护强度取决于顶板的等级和煤层厚度，由22313工作面老顶级别和采高为3米时可确定该支架支护强度，
Q=1.3*35=45.5T/M
综合考虑掩护式液压支架的支撑效率可以确定支架的工作阻力为3200KN 。
二、初撑力
初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大影响，较大的初撑力能使支架较快的达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性，但对乳化液泵站和液压元件的耐压要求也将提高，一般取初撑力为
（0.6—0.8）倍的工作阻力，本支架初撑力确定为2600KN 。
三、移架力和推溜力
移架力与支架的结构、质量、煤层厚度、顶板性质有关，一般中厚煤
层液压支架移架力为150—300KN, 我们利用活塞式推移千斤顶移架力可达359KN ，推溜力为271.5KN 。
四、支架高度
考虑到顶板有伪顶冒落，或可能局部冒落，支架的最大高度应是煤层
最大开采高度再加200—300mm ，最小高度应为煤层最小开采高度减去顶板周期来压时的最大下沉量，移架时支架的下降量和顶梁架上、底座下的浮矸厚度等之和，本支架最大高度确定为3400mm ，最小高度确定为1400mm 。
五、支架间距
支架间距要根据支架型式来确定，但由于每架支架的推移千斤顶都与
工作面输送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为
1.5m ，千斤顶连接块位置在溜槽中长的中间，所以，支架间距一般为1.5m 。
1.9 配套设备与要求
一、乳化液泵站:
压力 P=31.4Mpa 流量 Q ≥751/min
二、采煤机:
采用国产MG-350W 型双滚筒采煤机，要求采高1.8-3.0m 截深600mm ，
窄底托架（加高）。
三、工作面运输机：
采用国产SGB-764/400双链刮板输送机，支架与运输机直接相连，
因此要求溜槽连接部位能承受30t 的拉力，生产能力为400t/h
四、顺槽运输机：
要求与工作面运输机、转载机运输能力相适应，不能小于350t/h,
采用SD-80型伸缩胶带输送机。
第二章 液压支架结构尺寸的设计
2.1 顶梁尺寸的确定
一、 长度的确定
顶梁的长度与支架工作方式、配套尺寸等有直接关系。我矿井下
采煤采用及时支护方式，先移架后推溜，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，因此，顶梁的长度要比先推溜后移架时长一个步距，为600mm ，同时考虑到采煤机截割时不一定把煤壁截割成一个垂直平面，所以在设计时，要求顶梁前端距煤壁最小距离为300mm 的空顶距，为了防止采煤机截割煤壁不齐，给推移输送机铲煤板前留有一定的距离，一般为135--150mm ，以上所有配套设备包括采煤机、输送机均要在顶梁掩护之下，综合考虑，前梁长度确定为2100mm ，立柱上支点距顶梁与掩护梁铰点距离为900mm ，顶梁总长为3m 。
二、 顶梁的宽度
顶梁的宽度应根据顶梁的性质来确定，宽度大，虽可加快移架速
度，提高支架的稳定性，但对顶板适应性差，架间距为1.5m 的支架, 顶梁体宽度一般不小于1.4m, 选定为1.4m 。
2.2 四连杆机构的确定
掩护梁通过两个连杆与底座联接，形成四连杆机构。因掩护式支架设计四连杆机构是为了当支架由高到低变化时使支架顶梁前端点与煤壁间距离变化减小，同时使支架能承受较大的水平力，这就决定四连杆机构动作过程具有如下特征：
1、 支架高度在最大和最小范围内变化时，如图所示，顶梁端点运动
轨迹的最大宽度e 应小于或等于70mm ，最好为30mm 以下。
2、支架在最高位置和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角P 和后连杆与底平面的夹角Q ，应满足如下要求：支架在最高位置时，P 〈=52—62度，O 〈=75—85度；支架在最低位置时，P 〉=25度，O 〉=25—30度。
四连杆结构的几何特征
3、 掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心O 的连线与水平线的夹角θ，要使tg θ
4、为使支架受力合力和工作可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量使e 值减小，取双纽线向前凸的一段为支架工作段。
我们按如图所示方法，把硬纸板按1：10比例剪成掩护梁和前后连杆三个板块，在根据前连杆下铰点O 点的位置，前、后连杆长度，曲线最大宽度，曲线的形状以及θ角的要求，不断调整三个板块位置，确定一组四连杆尺寸，前连杆1360mm ，后连杆1220mm ，掩护梁2000mm 。
四连杆机构作图方法1一掩护梁；2一前连杆； 3一后连杆·
2.3 底座长度的确定
底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下几个方面；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、推移装置和其它辅助装置；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4倍的移架步距，即2.4m 。
第三章 液压支架部件的设计
3.1 顶梁的设计
1、作用
顶梁直接与顶板接触，承受顶板岩石载荷，并起切顶作用，是支架的主要承载部件之一。要求顶梁对顶板有良好的适应性和足够的强度。
2、 组成
该顶梁为铰接式，顶梁为整体结构，顶梁后端直接与掩护梁铰接，取消了三角区立柱直接支撑在顶梁上，用平衡千斤顶调节顶梁与顶板的接触面积，直接撑顶掩护式支架的顶梁稍长，采用变断面的整体箱形结构（如图），从柱窝中心向前直至顶梁前端逐渐变薄变窄。顶梁断面内有两个左右对称的的柱窝以接纳立柱球头，梁后端两侧耳板用来与掩护梁铰接，梁后部中心线处有平衡千斤顶的支承座，顶梁两侧各有数个圆孔，供安装弹簧筒和侧推千斤顶，左侧焊有固定侧护板，右侧装有埋伏式活动侧护板，一般在支架支撑时也能调节，顶梁相应部位留有吊装孔便于装卸。考虑到支架用于金属网下采煤，顶梁前部用Φ60mm 的圆钢煨成，外形圆滑，其它部位也尽量减少尖棱，以减少移架阻力。
3.2 掩护梁的设计
1、作用
掩护梁一端与顶梁铰接，另一端与前后连杆连接。掩护梁的主要作用是隔离老塘和承受采空区冒落矸石的冲击，承受顶梁板水平推力和平衡千斤顶的推拉力，因此要求掩护梁有较大的刚度和强度。
2、组成
掩护梁为整体式箱形变断面结构，用钢板拼焊而成。这样既保证了掩护梁的刚度和强度，又节省了钢材，减少了重量。没有柱窝，而有平衡千斤顶的承座，掩护梁左侧焊有固定侧护板，右侧装有活动侧护板，侧面圆孔是为了安装侧护板伸缩机构用的。
3.3 四连杆机构设计
1、作用
四连杆机构的作用：1、使支架能承受较大的水平力。2、使支架高度变化时，借助四连杆机构的作用，使支架顶梁前端点与煤壁间距变化较小，有利于顶板管理。
2、组成
掩护梁通过两个连杆与底座连接，形成了双摇杆四杆机构，通称四连杆机构，也称双钮线机构。掩护梁与顶梁的铰接点的运动轨迹为双纽线的一部分，支架采用此结构，使顶板与顶梁的水平载荷由掩护梁传递给两个连杆承受，支架立柱不再承受横向力，使立柱不容易出现弯曲变形现象。四连杆机构保证在支架调高范围内，使顶梁前端与煤壁之间的距离基本不变，支架的掩护梁空间无较大的变化，提高了支架的支护性能。四连杆机构支架的连杆应能承受从掩护梁传递来的冒落矸石的载荷和顶板水平移动引起的载荷，因而要求它们有足够的强度。为便于制造和安装方便，前、后连杆均为牙体式箱形结构，后连杆上焊接有翼板，它作为挡矸板，可以防止采空区矸石从支架后部窜入架内。同时它也增强了后连杆的抗扭能力。
3.4 侧护板的设计
1、作用
顶梁、掩护梁（和后连杆）两侧都有侧护板，左侧固定，右侧则为活动的，它的作用是消除相邻支架的架间间隙，防止冒落矸石进入支护空间，作为支架移架过程中的导向板，防止支架降落后倾倒，调整支架的间距（即具有防矸、导向、防倒、调架等功能）。
2、 组成
由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，侧护板通常处于伸出状态，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板始终保持接触，增加了掩护性能。顶梁和掩护梁的侧护板是同时收回分别推出的，为了支架的运输方便，活动侧护板可发由千斤顶缩回，用螺栓固定。
工作面倾角﹥15°时，如活动侧护板朝倾斜下方时，活动侧护采用本架控制，朝倾斜上方时，活动侧护板采用邻架控制。
3.5 底座的设计
1、作用
底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件，是支架的主要承载部件之一，因此，底座除了满足一定的刚度和强度要求外，还要求对底板起伏不平的适应性要强，对底板接触比压要小，应有足够的空间能安装立柱，液压控制装置，推移装置和其它辅助装置，便于人员操作行走，能起一定的挡矸排矸作用，有一定的重量，以保证支架的稳固性。
2、组成
支架底座采用整体箱形变断面结构（如图），它与底板的接触面积大，因而对底板的接触比压小，支架不易下陷，底座前端制成滑撬形，以减小支架的移架阻力，同时底座后部重量大于前部，避免移架时啃底。底座与立柱之间连接处用铸钢球面柱窝接触， 以免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销轴限位，防止立柱脱出柱窝。要整体式底座后部中间去掉一块钢板，减少底座后部与底板的接触比压，增加后部比压，同时有利排矸。
3.6 推移装置
1、作用
推移装置的作用是随着工作面前进，将刮板输送机推向煤壁，然后，再以输送机为支点使支架前移。
2、组成
采用箱体式结构，用来推运输机和拉架，这是因为采用浮动活塞式推移千斤顶拉力大于推力。框架为箱形结构，除承受拉、压力外，还受侧向力，两端连接部位均考虑了导向和限位要求，并达到了强度和刚度要求。
3、动作原理
移架时，千斤顶活塞腔进液，活塞杆伸出，此时以框架为支点，将支架向前移动；推溜时，活塞杆腔进液，活塞杆缩回，此时以底座为支点，通过框架将输送机向煤壁方向移动。由于移架时是活塞腔进液，而推溜时活塞杆腔进液，所以移架力大于推溜力。
3.7 护帮装置
1、作用
互帮装置的作用在于防止煤壁片帮，使支架顶梁前端的顶板悬露面积增大，引起架前冒顶，或在片帮时起到遮蔽挡板的作用，避免砸伤工作人员或损坏设备。
煤层厚度较高或煤质松软时，工作时顶煤容易在矿山压力作用下崩落，引发片帮，从而使支架前端的顶板暴露面积增大，引起架前冒顶，设立护帮装置，可防止煤壁片帮，或在片帮时起到遮蔽挡板的作用，避免砸伤工作人员或损坏设备。
2、组成
护帮装置是由护帮千斤顶、护帮板等组成，采煤机截煤后，护帮千斤顶抻出，帮板顶住煤壁，实现护帮作用，采煤机行至支架前方时，将护帮千斤顶缩回，把护帮板拉到收回装置。
3.8 立柱
1、作用
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工作特性外，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，并能适应支架的工作要求。
2、组成
本机采用带机械加长杆的单伸缩双作用立柱，扩大支架的支护高度范围，使支架的支撑高度满足了回采高度的变化要求，同时，结构简单，成本偏低，它由缸体、活柱、导向套等主要部件组成。
一、 缸体
缸体用27SiMn 无缝钢管加工而成，缸体的下端焊接球形缸底，
在缸底上钻有孔并焊有管接头作为立柱下腔的液口，在缸体的上端装有导向套，为活柱的上下往复运动导向，为了防止外部煤尘等脏物随活柱下缩而进入缸体和防止液体从立柱上腔向外泄露，在导向套上还装有蕾形密封圈和O 形圈，缸体上部有螺纹孔并焊有管接头，与上腔相通，作为立柱上腔的液口。
二、 活柱
活柱由无缝钢管做成，下部焊有活塞头，上部焊有柱头。为把立柱分隔成互不相通的上下两腔，在活塞头上安装了具有双向密封作用的鼓形密封圈，密封圈的两侧有导向环为活柱在缸体内运动导向，鼓形密封圈及其导向环由卡键卡箍实现轴向固定。
三、 机械加长杆
当支架的支撑高度不能满足回采高度的要求时，可使用机械加长杆，该立柱上端是空心的，带有柱头的机械加长杆插入空心活柱内，将长环嵌入加长杆环形槽内，再用卡套套在长环外面，最后用销轴穿过加长杆横孔，抒加长杆和空心活柱固定在一起，加长杆上有若干环形槽和若干横孔，可以按照具体要求抒卡环嵌入相应的环形槽以得到不同的调节高度。
基本参数：
机械加长段为两段，每段长385mm ，计行程770mm ，液压行程961mm ，总行程1731mm ，调节范围大。技术参数如下：
缸径：230mm
活柱直径：220mm
加长杆直径：280mm
初撑力：2660KN （P=31.36Mpa）
工作阻力：3200KN （P=37.74Mpa）
3.9 千斤顶
该支架使用的千斤顶统计如下：
平衡千斤顶2组；推移千斤顶1组； 护帮千斤顶1组； 侧护千斤顶6组。
一、 推移千斤顶 1、
作用
掩护式液压支架所需的移架力不仅应克服底板的磨擦力，还应克服两旁相邻支架的磨擦力以及由于移架时立柱的剩余载荷形成的顶板对支架的磨擦力，所以，移架阻力要比推溜阻力大，需要获得较大的移架力，本支架是通过浮动活塞式结构来实现的
它是一种特殊结构的双作用千斤顶，它的活塞是套装在活塞杆上的，可以在活塞杆上滑动，活塞外侧与缸内壁之间，活塞内侧与活塞外表面之间都要安装有双向密封圈，它的两端分别直接与运输机和支架绞接，以达到移架力大于推溜力的作用。
2、
基本参数
缸径/杆径： Φ140/Φ85
推力/拉力：271.5/359KN， P=31.36MPa 行程：700mm 二、 平衡千斤顶 1、
作用
平衡千斤顶铰接于顶梁与掩护梁之间，使支架构成稳定结构，通过它可以调节顶梁呈水平状态或所需角度，使相邻支架保持良好的密封状态，还可以利用双向控制阀，使平衡千斤顶呈推力或拉力，适应顶板载荷变化。
2、基本参数
缸径/杆径：Φ140/Φ85
推力/拉力：482.75/304.9KN， P=31.36MPa 工作阻力：1000/777.5KN， P=32/40MPa 行程：395mm 三、侧护千斤顶 1、作用
在顶梁下，掩护梁、后连杆处有两个侧护千斤顶，侧护千斤顶的活塞
杆固定在活动侧护板上，缸体固定在固定侧护板上，在顶梁和掩护梁下面开窗口，把侧护千斤顶安装在窗口内，便于安装和维修。 2、
基本参数
缸径/杆径：Φ63/Φ45
推力/拉力：97.76/48.88KN， P=31.36MPa 行程：200mm 四、护帮千斤顶 1、作用
护帮千斤顶的缸体用销轴固定在前梁上，活塞杆固定在护帮板上，当千斤顶伸出时，护帮板支撑在煤壁上。
2、基本参数
缸径/杆径：Φ80/Φ45
推力/拉力：157.63/107.76KN， P=31.36MPa 行程：385mm
各种千斤顶均为双作用式液压缸，鼓形密封圈等均采用标准件，导向环材质为聚甲酫，推移、平衡和防运输机下滑千斤顶的缸口固定采用卡环，结构简单可靠，所有千斤顶活塞杆都镀铬。
第四章 喷雾降尘系统设计
4.1 系统的作用
随着综采机械化设备水平的不断发展，综采工作面的通风防尘工作日趋加重，防尘工作面好坏直接威胁着井下工作人员身心健康和采煤面的正常生产。因此必须设计喷雾降尘系统。 4.2 系统的组成
本支架所用的喷雾降尘系统由喷雾泵、主管路、控制阀、分支管路、自动喷雾控制系统及雾化装置等组成。降尘喷雾装置安装在顶梁上，通过控制管路及操作阀与立柱的进回液相连，实现支架自动喷雾。喷雾降尘系统如下图所示：
φ13*4000（1根）
立柱
回液
操纵阀
喷雾控制阀
回液口φ进液口
进液
采煤机￠13*800
球型截止阀（φ25*20米
）三通 ￠25
3200支架喷雾系统图
该喷雾降尘系统主要特点：降尘喷雾系统的喷停具有随意自动性；控制阀采用纯液腔，无弹簧设计，结构简单，灵敏可靠，寿命长；系统能够
独立发挥作用，不影响支架的其他性能；操作安装简单，维护方便。
喷雾降尘系统的喷嘴布置在顶梁上。喷嘴的作用是将水流转化为水雾，把煤尘包围起来，然后迅速下降，减少工作面的煤尘含量。
第五章 液压支架部件受力分析及强度验算
5.1 支架的强度条件
1. 强度校核均以材料的屈服极限计算安全系数 2. 结构件、销轴、活塞杆的屈服极限及强度条件 （1） 各结构采用16Mn σs ＝325Mpa （2） 主要销轴均采用50CrV A σs ＝1130Mpa （3） 活塞杆均采用45＃钢 σs ＝367.2Mpa 3. 缸体材料采用27SiMn 无缝钢管 σb ＝1020Mpa 4. 焊条抗拉强度σs ＝561Mpa 5. 许用挤压应力按σc ＝0.756 6. 安全系数
5.2 立柱的强度校核
立柱是支架的重要承压部件，在支架正常工作时，一直处于高压受力状态，它的工作性能直接影响整个支架的工作状态，因此在设计立柱时除要求具有合理的工作阻力和可靠的工作性能外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，并能适应支架的要求。
立柱强度验算包括稳定性验算，活塞杆和缸体的强度验算等内容。
5.2.1 立柱的稳定性验算
一、立柱稳定性条件
因立柱为单伸缩带机械加长杆油缸，验算稳定性时，假定加长杆与一
级缸全部伸出，立柱在承受最大同心载荷时，把加长杆与一级缸的当量惯性矩相当于单伸缩中活柱的惯性矩来计算，再用单伸缩求立柱稳定性的方法进行验算：
立柱稳定性条件为： P K =( PK ´/J12´) 2×J 12>P 式中：P K ： 立柱的稳定极限力; P ： 立柱的最大工作阻力 J 12： 加长杆与中缸当量惯性距 二、立柱稳定性验算
设：J 1, J2, J3 分别为加长杆，中缸、外缸的断面惯性矩； d 1, d2, d3 分别为加长杆直径及活塞杆的内、外径； D 1, D2 分别为外径的外径、内径； J 12为加长杆与中缸的当量惯性矩； 则：
d 1=Φ180mm=18cm d 2=Φ220mm=22cm d 3=Φ180mm=18cm D 1=Φ273mm=27.3cm D 2=Φ230=23cm J 1=πd 14/64=3.14×184/64=5150.385
J 2=π(d24-d 34)/64=3.14×(224-184)/64=6342.8 J 3=π(D14-D 24)/64=3.14×(27.34-234)/64=13522.419 J 12=(L1′+L2′)/(L1′/J1+L2′/J2) L 12= L1′+L2′
式中：L 1′：加长杆全部伸出时，其端部销孔至加长杆与中缸连接处间距； L 2′：中缸全部伸出时，加长杆与中缸连接处至中缸与外缸连接处间距；
L 12：加长杆端部销孔至最大挠度处间距。 已知：L 1′=770mm=77cm L 2′=961mm=96.1cm
则：L 12= L1′+L2′=77+96.1=173.1mm J 12=(L1´+L2´)/(L1´/J1+L2´/J2) =(77+96.1)/(77/5150.39+96.1/6342.80 =5770
J 3/J12=13522.4/5770=1.53 L 3 /L12=95.3/173.1=0.55
（L 3 ：中缸全部伸出，中缸与外径连接处至缸底销孔之距； 已知 L 3=95.3cm）
根据：J 3/J12及L 3/L12查《放顶煤开采技术与放顶煤液压支架》图2-10-39极限力计算图可得：
P K ´/J12´≈18
∴P K1= ( P K ´/J12´) ×J 12=182×5770=1869480KN>3220KN>P
2
则：立柱稳定性符合条件，满足要求。
5.2.2 活塞杆强度验算 一、活塞杆强度满足条件
安全系数n ： n=σs /σ
合
>1.4
二、活塞杆强度验算
在承受同心最大轴向载荷时，立柱的初始挠度δ
1
为：
δ1=（Δ1+Δ2）*L12*L3/2al+G*L12*L3/2pl*cosα 式中：Δ
1
活塞杆与导向套处的最大配合间距；
Δ2 活塞与缸体处的最大配合间隙；
a 活塞杆全部外伸时，导向套前端到活塞末端距离； L 加长杆全部伸出时，加长杆头部销孔至油缸尾部销孔的距离：L=L1+L2+L3 G 立柱总重；
α 油缸轴线与水平面夹角。
已知：Δ1=1mm=0.1cm Δ2=1mm=0.1cm L 12=173.1cm L 3=95.3cm L=L1+L2+L3=268.4cm α=90°-22°=68° G=585kg 代入上式：
δ1=（0.1+0.1）*173.1*95.3/（2*20*268.4）+（585*173.1*95.3）
/（2*3200*268.4）*cos68°
=0.31+5.62*0.375=2.42 立柱的最大挠度δ：
当L/d1>5,L12≠L 3或J 3
δ=δ
1*L/（K 1/t1+K2/t2）*L12*L 3
式中：K 1= P/（E*J12） K 2= P/E*J3
E ：钢材弹性模数，E=2.088*105MPa 代入上式：K 1= P/E*J12
= 3200/（0.088*105*5770） =0.00163
t 1=tg(57.3K1*L12) °
=tg(57.3*0.00163*173.1)° =0.29
K 2= P/（E*J3）
= 3200/（2.088*105*13522.419） =0.00106
t 2=tg157.3*0.00106*95.37 =tg5.79° =0.10
则：δ=δ
1*L/（K 1/t1+K2/t2）*L12*L 3=2.43
活塞杆的合成应力： σ
合
=P/A+Pδ/W+PLx /W
A:活塞杆截面积； W ：活塞杆断面模数；
L x ：考虑加长杆和活柱的配合间隙，当单边偏向受力时所产生的最大偏矩。
有加长杆单伸缩时：
L x =加长杆长度×最大单边间隙/加长杆留在活柱内长度 =77*0.1/20=0.385 活塞杆为空心时：
A=πD 2/4-πD 12/4=379.94-254.34=125.6
D 2/D1=18/22=0.82
查《放顶煤开采技术与放顶煤液压支架》表2-10-12 K W =0.548 K A =0.328 A 1=KA *A=0.328*125.6=41.20 W 1=KW *A1=0.548*41.2=22.58 则：σ
合
=P/A+Pδ/W+PLx /W
=77.67+344.38+54.56=476.61
活塞杆材料：27SiMn, σs =784MPa [n]取1.4 安全系数n ： n=σs /σ
合
=784/476.61=1.64>1.4
所以缸体强度满足使用要求。
5.2.3 缸体的强度验算 一、缸体壁厚验算：
缸体壁厚：δs =(273-230)/2=21.5mm=2.15cm D/δs =230/21.5=10.7
当16>D/δs >3.2时按中等壁厚的缸体公式计算。 由δs =PS *D/{2.3[σ]-PS }φ +C 式中：P S ：油缸内工作压力。
C ：计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，
一般取C=0.2cm
φ:强度系数。无缝钢管φ=1
由上式得：[σ]=PS /2.3+PS *D/2.3（δs -C ） =16.4+193.3=209.7
缸体材料为27SiMn 无缝钢管时：σb =980MPa [n]一般取3.5-4 安全系数为：n=σb /[σ]
=980/209.7=4.67>4>[n]
所以缸体壁厚满足使用要求。 二、缸体与缸底焊缝强度按下式计算：
σ=10P/（π/4）*（D 02-d 02）η 式中：d 0：环形焊缝内径； D 0：环形焊缝外径； η：焊接效率，取0.7 代入数值：
σ=10*3200*4/[3.14*（27.32-232）*0.7] =119.4MPa
焊缝抗拉强度σb =539MPa 安全系数：
n=σb /σ=539/119.4=4.5>4>[n] 所以焊缝强度满足使用要求。
第六章 液压支架的液压系统设计
6.1 液压支架的液压系统简介
一、 液压系统概述
液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀以
实现升柱、降柱、移架、推溜等动作，虽然支架的液压缸（立柱和千斤顶）种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统。
液压支架的液压传动，采用容积式液压传动，它具有如下特点：
工作液的压力高（管路内的压力达20—40MP ，立柱内的压力达30--70MP ）流量大（35--140L/min）；在液压系统中采用粘度低，容量大的液体乳化液作为工作介质；液压缸，操纵阀，其它调节和控制装置等总的数量大；很长的液压管路（200--300m 缸性管，500--3000m 高压软管）；泵和液压缸传动系统的换算弹性模数较低；所有支架在结构上都有着相同的液压缸、液压装置以及他们之间都有相同的联接方式即相同的液压系统，为了保证系统具有较高的容积效率实现无故障作业及工作人员的安全，液压系统的元件和部件要有好的密封性和可靠性。
液压支架是以单节支架为单元的，工作面支架和端头支架的液压
系统成为液压支架的基本组成部分。可以把泵站，中心控制台和支架的液压管路等部分作为支架的公用液压系统，其中每个部分都具有其独立的功能，可以单独控制。
二、液压系统的组成部分
该支架液压系统由泵站、工作机构，控制机构和管路四大部分组成： 泵站：由高压柱塞泵，电机，油箱等组成。
执行机构：由立柱，各种千斤顶组成。
控制机构：由控制阀组，双向锁、单向锁、操纵阀组等组成。
管路：包括各种高压软管，各类直通、三通、四通、弯头、U 形卡等。
三、液压系统的主要特点
1、邻架控制，管理简单，操作安全，维护方便。
2、采用统一的高压供液系统，工作压力为31.4MP ，大大提高了支架的初撑力，有利于管理顶板，同时缩小了千斤顶的缸径，结构紧凑并有利于结构设计，还减轻了重量。
3、为了简化系统，推移千斤顶不设单向阀。但为了避免移架时输送机被往回拉，移架时可将邻架操纵阀手把板到推溜位置。
4、管路联接均采用快速接头结构，规格有Φ32 、Φ25 、Φ19、Φ
13、Φ10五种。
5、工作液为3%MDT乳化油和97%中硬以下水的乳化液。
6.2 液压支架的基本控制回路
一、立柱的基本控制回路系统
液压支架的升降是依靠立柱来实现的，支架的立柱分别由两片操纵阀分别控制，为单柱控制回路。如图所示。该回路中设一个液控单向阀、一个安全阀，一个操纵阀，用以控制与操作立柱的升、降动作，并保证立柱的闭锁限压特性。
将操纵阀置于上阀位（升架位置），由乳化液泵站来的高压液经操纵阀和液控单向阀进入立柱下腔，立柱上腔回液，支架升起接顶，操纵阀
移
到中间位，液控单向阀关闭，立柱下腔液体被封闭，随着顶板的下沉，立柱下腔内的液体压力逐渐升高，当升至安全阀的调定压力时，安全阀开启溢流，使立柱下腔内液体压力保持定值，从而支架对顶板的支撑力不变。
当采煤机截煤过后，欲将支架移到新的位置，需将操纵阀置于下阀位（降架位置），高压液进入立柱上腔，同时，打开液控单向阀。立柱下腔与回液管连通，支架下降。
二 、千斤顶的基本控制回路系统
1、 平衡千斤顶
平衡千斤顶的基本控制回路为双向锁紧限压回路。如图所示。
它由一片操纵阀控制两个平衡千斤顶，每个千斤顶回路中设两个液控单向阀，分别控制千斤顶的前后两腔，因两腔油路都有可能成为承载腔，它推顶梁或拉顶梁，使顶梁停留在需要的位置以调节支撑力的作用位置，来适应不同的顶板条件。两个安全阀用以限压。
将操纵阀置于上阀位，高压液体分别经液控单向阀进入千斤顶下腔，同时，打开上腔的单向阀，使之与回液管相通，千斤顶伸出，顶梁顶紧。操纵阀置于下阀位时，则相反，上腔进液，下腔回液，千斤顶缩回。当管路中的液体压力值大于安全阀调定压力时，安全阀开启溢流，保持千斤顶两腔压力值不变，对千斤顶起保护作用，
3、 护帮千斤顶
护帮千斤顶亦装有双向液压锁，一个安全阀，单向阀锁紧护帮板，使护帮板保持在紧贴煤壁上不动，不经操作护帮板不能自动下降。安全阀用以限压。
3、推移千斤顶
1、作用
推移千斤顶是用于推移输送机和拉支架的千斤顶。
2、组成
推移千斤顶由一片操纵阀控制来实现推移输送机和支架的移动。移架时，先使支架卸载，立柱下腔回液，再将操纵阀置于下阀位（移架位置），工作液体进入推移千斤顶活塞杆腔，后腔回液，此时，支架以输送机为支点前移，此后，再把支架撑紧在顶底板之间，将操纵阀置于上阀位（推溜位置），工作液体进入活塞腔，前腔回液，此时，以支架为支点就将输送机推向煤壁。
4、 顶梁千斤顶
1、作用
顶梁千斤顶是控制顶梁的位置，使之与顶板接触良好。
2、组成
两个顶梁千斤顶由一片操纵阀控制，两个掩护梁侧护千斤顶和两个
后
连杆侧护千斤顶由一片操纵阀统一控制。侧护千斤顶和弹簧筒共同支撑活动侧护板。
6.3 泵站及各种液压元件的选型
一、 泵站
1、作用
泵站是液压系统最重要的组成部分，它向液压系统输送高压乳化液，从而保证液压支架所有液压执行机构的功能。
2、组成
液压系统重要的组成部分，它向液压系统输送高压乳化泵，从而保证液压支架所有执行机构的功能。高压泵是泵站的核心，本工作面选用的乳化液泵为WRA200/31.5，其压力为315.Mpa ，流量200L/min。为了使泵站正常工作，设有安全阀、蓄能器、截止阀等。
二、 操纵阀
1、作用
操纵阀是改变工作液体流动方向的装置。升降立柱、伸缩侧护千斤顶、推移千斤顶、收、放护帮千斤顶等支架的所有动作都是由操纵阀来控制实现的。
2、组成
操纵阀是一个配液阀，它可以把高压液体分配到需要的部位完成升柱、降柱、推溜或移架等动作。该系统采用ZC （A ）型和ZMHX250/40大流量组合操纵阀，由多片组成。本支架操纵阀由9片和配液板组成。其中3片为大流量阀，每片都有两个工作腔。每个工作腔内的阀柱、缸球，阀座、阀垫等液压元件都是相同的，每片的操纵手把都有两个可自锁的工作位置，一个零位。
组合操纵阀的特点是能同时操作两片以上的阀片，可以满足实现复合动作的要求，此阀操作灵活，方便，移架迅速，制作容易。
三、 液控单向阀
1、作用
液控单向阀是通过高压液体来控制液体流动方向的控制元件，它和立柱及千斤顶的工作腔直接相连，操纵阀供液通过它出入立柱、千斤顶工作腔，并在关闭后，
严密封闭工作腔的液体，因此，液控单向阀要求必须动作灵活、密封可靠。
2、 组成
在液压系统中，只能使工作液一个方向流动，不能逆流，用以闭锁液压缸中的液体，使之承载。我们采用国产定型的ZDFY200/40A球型液控单向阀。此阀由阀体、顶杆、阀套、阀座及减震阀等组成。短堵有M27*15螺孔，用于外接安全阀，特点是结构简单，动作灵活，耐高压等。
四、 双向锁
在结构上是由两个液控单向锁组合而成，可以闭锁千斤顶的两个
工作腔，使之承载。本机选用ZDFS01型液控双向锁，其内部零件除顶杆和阀体外，其余均采用KDF2球型液控单向阀的零件，便于更换零件和检修。
五、 安全阀
1、作用
可使立柱保持恒定工作阻力；当顶板压力超过支架工作阻力时，
使立柱工作腔的液体释放，不仅保证恒定工作阻力，同时起过载保护作用；液体压力未达到额定释放压力时，为常闭，起密封作用。
2．选型
我们采用国产定型的ZDFA32/50柱塞式安全阀，此阀结构简单，
维护方便，性能可靠。
六、 截止阀
1、作用
截止阀的作用是：一方面起着连通各支架间的主进、回液管路，另一方面，通过高压软管与操纵阀组进、回液孔相连。当本支架的液压系统发生故障而需要检修时，能与主管路断开，而不影响其它支架正常工作。
2、选型
采用国产定型的ZDFJ300平面截止阀，装在主进油管和操作阀
之间。关闭此阀即可切断该支架进液路，便于检修，更换元件，而不影响其它支架的正常工作。此阀特点是操作灵活方便，工作可靠。
七、 回液断路器
安装在主回液管路和截止阀之间，起背压作用，使支架动作平稳。
选用ZDFJ400型。
八、 过滤器
1、 作用
过滤器的作用是防止主进液管路中的脏物进入支架的阀组。
2、选型
选用型号ZDL19A ，安装在操纵阀进液端，用来过滤工作液
体，减少液压元件的磨损或阻塞，确保密封的可靠性。
九、 液压管路
液压管路是输送液压能源从泵站到控制机构的通道。可分为三部
分：
1、 主管路由泵站通向工作面各支架，主供液管选用Φ25 高
压软管，主回液管选用Φ32高压软管 。
2、
3、 支管路由主管路的截止阀到操纵阀，选用Φ19高压软管。 分支管路由操纵阀到各执行机构，对于大流量系统选用Φ
13高压软管，一般选用Φ10高压软管。
高压软管和其相配的弯头、直通、三通、四通、中间接头、U 形
卡及其O 形密封圈、档圈等均已标准系列化可按所要的规格任意选用。
结 论
ZY3200/14/34型掩护式液压支架是根据我矿22313工作 面的实际情况，保证支架的强度，使用性能和技术先进性的前提下而选型设计的，适用于采用全部冒落法管理顶板的长壁工作面，主要参数符合我矿煤层地质条件和开采技术水平，支架结构简单合理，材质和工艺先进，并且较大幅度的降低了支架的重量和成本，但由于时间有限，对于本支架中的结构件、液压元件未作一一校核，其性能还需在实践中检验。
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谢 辞
ZY3200/14/34掩护式液压支架的设计是我利用业余时间，历时三个月编制完成的，由于时间较紧，本人水平有限，经验不足，难免有疏漏之处，恳请老师和同仁指正。在设计过程中，我们单位同行给予了我无私的技术支持和帮助，河北工程大学的老师们不仅传授我们专业技术知识，在设计中，不辞辛苦地加以指导，提出了许多宝贵的建议，使我顺利的完成了毕业设计，在此一并表示衷心的感谢。