课程设计（论文）-矿井防冲支护的结构设计.doc

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1、辽宁工程技术大学课程设计23辽宁工程技术大学课 程 设 计题 目：矿井防冲支护的结构设计班级：涉外机械08-2班姓名：指导教师：完成日期：2011年12月19日设计任务书一、 设计内容矿井防冲支护的结构设计二、上交材料(1) 设计图纸(2) 设计说明书(5000字左右，无图纸不少于8000字)三、进度安排(参考)(1) 熟悉设计任务，收集相关资料 (2) 拟定设计方案(3) 绘制图纸(4) 编写说明书(5) 整理及答辩四、指导教师评语成 绩： 指导教师日期摘要采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭增长的日益需要，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增

2、加综合机械化采煤工作面。由于采煤工作面的底顶板条件、煤层厚度、煤层的物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效的支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸的液压支架。因此液压支架的设计工作是很重要的。通过对液压支架的理论学习，完成液压支架的设计工作，加深对液压支架工作原理、工作性能、工作环境及其结构的认识和了解。目录1绪 论11.1国内外液压支架的研究现状及发展11.2本课题的研究目的和意义12液压支架基本理论分析22.1 液压支架的工作原理22.1.1 支架升降32.1.2支架推移32.2 液压支架的类型和结构32.2.1 支撑式支架32.2.2 掩护式支架42.2.3 支

3、撑掩护式支架42.2.4 特种液压支架52.3 对液压支架的基本要求52.4支架的选型设计63 液压支架的整体结构设计63.1 支架高度、中心距的确定63.1.1支架高度的确定63.1.2支架伸缩比73.1.3支架间距和宽度73.2底座长度的确定73.2.1底座长度73.2.2 底座宽度73.2.3液压支架的底座83.3顶梁长度计算83.3.1支架工作方式对顶梁长度的影响83.3.2顶梁长度计算84 顶梁的设计104.1液压支架支护技术参数114.2支护强度计算114.3顶梁的受力分析125顶梁受力分析135.1受力分析135.2顶梁载荷分布165.3实际支护强度175.4顶梁承受的剪力和弯矩

4、确定185.4.1剪力和弯矩的确定205.4.2强度校核205.4.3计算断面上的最大拉应力和最大压应力215.4.4安全系数校核21结束语221绪 论1.1国内外液压支架的研究现状及发展地下开采的煤产量主要是利用由液压支架配套的综采设备产出的。综采设备的研制和广泛的运用，对煤炭工业革新技木装备不仅有着重大的作用，而且对采煤工艺各个环节技术水平的发展和提高，是强有力的促进因素。为适应我国煤矿综采机械化的发展，国内综采设备科研设计和制造企业已研制开发出具有较先进技术水平的大功率电牵引采煤机、重型刮板输送机、电液控制强力液压支架和多点驱动大运力带式输送机。配套设备的生产能力达到15002 500

5、t/h， 在适宜的煤层和矿井条件下，综采工作面可实现年产300万吨以上。 新型矿用单体支护设备，采用悬浮式液压技术原理，生产矿用单体支护设备，技术水平达到了国际领先水平，填补了国际空白。DWX型液压支柱的柱塞悬浮，密封胀紧，密封补偿，无内泄漏、无圆弧焊缝等技术和安全特点，具有独创性。新型矿用单体支护设备的诞生，消除了五十年来国内外单体支护设备一直存在的内泄漏和圆弧焊缝脆断等安全隐患问题。解决了深部煤矿开采冲击地压条件下回采工作面顶板支护的关键技术，结束了由德国人发明的第二代单体支护设备的历史，开创了中国人发明的第三代单体支护技术设备的历史，并将会长期使用下去。该产品普遍适用于煤矿回采工作面的顶

6、板支护和端头支护，可广泛应用于薄煤层、中厚煤层及较厚煤层工作面，是煤矿的重要支护设备。1.2本课题的研究目的和意义采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭增长的日益需要，必须大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。由于采煤工作面的底顶板条件、煤层厚度、煤层的物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效的支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸的液压支架。因此液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量也是很大的，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。通过对液压支架的理论学习，

7、完成液压支架的设计工作，加深对液压支架工作原理、工作性能、工作环境及其结构的认识和了解。通过对液压支架结构的分析，加深和巩固机械原理的相关内容；通过对液压支架受力的分析和强度的校核，加深对专业基础课理论力学和材料力学及专业课机械设计相关内容的巩固和理解。同样通过对液压支架的设计，能够更好的认识国内外液压支架的发展趋势和发现目前煤矿液压支架主要存在的问题，从而为以后更深认的了解和设计液压支架打下良好的基础。通过自己独立地完成指定的课程设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一

8、名出色的机械工程师打好基础。2液压支架基本理论分析2.1 液压支架的工作原理液压支架在工作过程中，不仅要可靠的支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。因此，支架要实现升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压液体，通过工作面性质不同的几个液压缸来完成的，如图2.1所示。图2.1 液压支架工作原理1顶梁；2立柱；3推移千斤顶；4安全阀；5单向筏； 6、7操纵阀；2.1.1 支架升降当操作阀处于升柱位置时，从乳化液泵站来得高压液体通过操纵阀液控单向阀5进入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀处于降柱位置时，工作液体进入立柱的

9、上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。2.1.2支架推移支架的前移和推移输送机是通过操纵阀和推移千斤顶3来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，再把支架升起，使支架撑紧顶板。若将操纵阀置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆腔回液，这时输送机以支架为支点被推向煤壁。2.2 液压支架的类型和结构液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点的不同，分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三种基本架型。2.2.1 支撑式支架支撑式支架的结构特点是：

10、顶梁较长，其长度多在4左右；而且立柱多，一般46根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置，提供以用来平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内。支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的工作空间和通风断面大。由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。2.2.2 掩护式支架掩护式支架的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区的矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。底座、前后连

11、杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用于顶梁或直接作用于顶梁上。掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为3.0mm左右。掩护式支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。由上可知，掩护式支架适用于顶板不稳定和中等稳定、老顶周期来

12、压不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。2.2.3 支撑掩护式支架支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适用于各种顶底板条件。支撑掩护式支架的顶梁由前梁与主梁构成，四根立柱支撑在顶梁和立柱之间，掩护梁的上端与顶梁铰接，下端用连杆与底座相连。这种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。它的主要缺点是：结构复杂，成本较高。支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾和后倾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，两排立柱都直接支撑在顶梁上，个别情况下，也有后排立柱支撑在掩护梁上而前

13、排立柱支撑在顶梁上。2.2.4 特种液压支架特种液压支架是为满足某些特殊要求而发展起来的液压支架，在结构型式仍属于上述某种基本架型。2.3 对液压支架的基本要求1为了满足采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的初撑2力和工作阻力，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。3液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100kN150kN，中厚煤层一般为150kN 250kN，厚煤层一般为250kN 400kN。4防矸性能要好。5排矸性能要好。6要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有毒气体等安全方面的要求。7为了操作

14、和生产的需要，要有足够宽的人行道。8调高范围要大，照明和通讯方便。9支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定植。10要求支架有足够的刚度，能够承受一定的不均匀载荷和冲击载荷。11在满足强度条件下，尽可能减轻支架重量。12要易于拆卸，结构要简单。13液压元件要可靠。2.4支架的选型设计由液压支架的工作状态知，支架承受的外载荷是顶板下沉形成的。在顶板下沉过程中，支架的顶梁与顶板有相对滑动的现象，支架不仅受有垂直于顶梁的力，还受有平行于顶梁的摩擦力。垂直于顶梁的力由支架的工作阻力来平衡。在支架承载过程中，支架底座承受工作面底板反作用力。 为了设计计算方便，要对支架的外载荷和支架本身进行简化，概述如下

15、：把支架简化成一个平面杆系结构。为偏于安全，在计算时把外载荷视为集中载荷；金属结构件按直梁理论计算；顶梁、底座与顶底板被认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律分布，沿支架宽度方向为均布；通过分析和计算可知，掩护梁上矸石的作用力，只能使支架实际支护阻力降低所以，在进行强度计算时不计，使掩护梁偏于安全；立柱和短柱按最大工作阻力计算；产生作用在顶梁上的水平力的情况有两种，是由于支架让压回缩，顶梁前端点运动轨迹为近似双纽线，顶梁与顶板间产生相对位移，顶板给予顶梁水平摩擦力，另一种是由于顶柜向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向采空区的水平摩擦力。3 液压支架的整体结构设计3.1 支架高度、中心距的确

16、定3.1.1支架高度的确定 支架高度的确定原则，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： 煤层最大采高，煤层最小采高伪顶冒落的最大厚度，一般取200300mm顶板最大下沉量，一般取100200mm移架时支架的最小可缩量，一般取50mm矸、浮煤厚度，一般取50mm本设计采高1.83.2m,取支架高度为1.53.5m 3.1.2支架伸缩比支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值为： 代入数据得m=2.33。3.1.3支架间距和宽度支架的中心距一般等于工作面一节溜槽长度。目前液压支架中心距大部分采用1.5m。大采高支架为提高稳定性中心距可采用1.75m，轻型支架

17、为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。本次设计取支架的中心距为1.5m。支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应该考虑支架的运输，安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为170200mm当支架中心距为1.5m最小宽度一般为14001430mm，最大宽度一般取15701600mm。3.2底座长度的确定3.2.1底座长度底座是将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，应考虑如下诸方面：支架对底板的接触比要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱，液压控制控制装置、推移装置和其他辅助装置；使于人员操作相行走，保证支架的稳定性等。通常，掩

18、护式支架的底座长度是3.5倍的移架步距(一个移架步距为0.6m)，即2.1m左右；支撑掩护式支架的底座长度取4倍移架步距，即2.4m左右。3.2.2 底座宽度支架底座宽度一般为1.11.2m。为提高横向稳定性和减小对底板比压，厚煤层支架可加大到1.3m左右，放顶煤支架为1.31.4m。底座中间安装推移装置的槽子宽度与推移装置的结构和千斤顶缸径有关，一般为300380mm。宽度取1.4m。3.2.3液压支架的底座底座为整体式刚性底座，四连杆机构铰接在底座前部，有两个球面柱窝与立柱缸底相连，底座中间布置有推移装置，侧面有拉后输送机千斤顶固定耳座。该底座整体性强，稳定性好，与底板接触面积大，比压小。

19、由于四连杆机构在中部连接，使底座受力状态不好。上连杆与底座的铰接座为两突出的内主筋形成的箱体结构，应合理设计，使突变过渡处强度足够，呈圆弧状过渡，以免损坏。3.3顶梁长度计算3.3.1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有很大影响。先移架后推溜方式（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推溜后移架时的顶梁长度要长一个步距，一般为0.6m 。本次设计采用及时支护方式。3.3.2顶梁

20、长度计算 掩护式与支撑掩护式顶梁长度的计算公式为 顶梁长度=(配套尺寸+底座长度+AcosQ1)-（GcosP1+300+e）+掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距式中： 底座长度底座前端至后连杆下铰点之距；e支架又高到低顶梁前端点最大变化距离；Q1、P1支架在最高位置时，分别为后连杆与掩护梁与水平面的夹角。采煤机选用MLS3-170型；输送机采用DGWD-180型；配套尺寸为1972mm，底座长度=2500mm，e =30mm，掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距=100mm其它参数可从上述中得：顶梁长度=(1972+2500+1350cos60)-（1950cos50+300+e）+100=369

21、3.56-e综上所述圆整得到顶梁长度=3700mm.采用类比法，确定顶梁上立柱柱窝位置，底座上立柱柱窝位置，进而确定支架结构尺寸顶梁的宽度:顶梁不仅必须满足支架的工作阻力的要求，还要使顶梁覆盖住顶板，以减少矸石的冒落。顶梁的覆盖率为顶梁面积与控制顶板面积比值的百分数，即 （式3.6） 式中 B顶梁宽度；l顶梁长度；j架间距；c顶梁前端到煤壁的距离；中等稳定顶板 ；一般j取100200mm。如果给定和j值，可以求出B值，即 （式3.7）取， =79% 、 j=200mm。顶梁宽度的决定，除用上式计算外，还要考虑到整体支架与一节溜槽长度相匹配的问题。故顶梁宽取1400mm。4 顶梁的设计顶梁前、后

22、分别与前梁和掩护梁铰接，球面柱窝与立柱的活柱头相连。顶梁有铰接耳座与四连杆机构的上连杆联接，此外还设有所需千斤顶的耳座，如前梁、掩护梁千斤顶耳座。顶梁体箱式结构件的设计可根据总体受力分析，按不同支护高度时各部件最大受力值计算其强度。一般柱窝断面为最危险断面，断面安全系数n应大于1.1，同时要充分考虑各个铰接孔的挤压强度，以免孔受塑变拉长而损坏，特别是与上连杆铰接的耳座，一定要加大强度。侧护板与导杆连接的结构以长方形拉板为好，可以保证导杆与侧护板的连接强度。其机构与一般掩护式支架相同，梁体由钢板焊成箱式结构件，设计强度要求同上，安全系数n大于1.1，侧护板设计要考虑降架式不与邻架侧护板脱离接触。

23、侧护板采用长方形拉板与导杆连接，支架工作阻力400吨以上时，侧推千斤顶采用内供液式，有利于保证梁体的焊接强度。4.1液压支架支护技术参数支护面积的确定Fc=bc（lg+）式中Fc支护面积；bc顶梁宽度；Lg定量长度；移架后顶梁前端到煤壁的距离，一般去=0.3+e，bc=1.5mLg=3.7m，=0.33m所以 Fc=1.53.7+0.33=6.45m24.2支护强度计算根据公式qx=q1+(q2-q1)Hm-hq1hq2-hq1qx支架最大采高Hm时支架支护强度q1,q2查表分别为低于，高于Hm有与之相近的支护强度hq2-hq1对应的采高qx=1.6343+1.6441-1.63433.4-3

24、3-2=611.52KNm2支护强度qx= 611.52KNm2从而可得到顶梁的支撑阻力F=qxFc=3944.304KN4.3顶梁的受力分析在采煤工作面液压支护顶板，当煤层被采动之后，顶板有压力显现。作用在液压支架上的载荷大体分为两部分；其一是直接形成的压力Q1；其二是老顶形成的压力Q2。如果直接顶比较完整，在工作面煤层上方的直接顶呈悬臂状态，则Q1由工作面煤壁和支架共同承受。若直接顶很破碎，在工作面煤壁上方的直接顶已经断裂，则Q1直接由支架单独承受，位于直接顶上方的老顶通常不与直接顶一起冒落。当直接顶在支架梁之后冒落时，老顶呈悬臂状态。由老顶形成的悬臂一段支撑在直接顶垮落的矸石上，另一端则

25、支撑在支架和煤壁上方的直接顶上，并形成载荷Q2，随着煤壁的推进，老顶悬臂部分加长，Q2在增加，当老顶悬露达到一定长度后，其自重使其断裂，由于老顶悬露长度变短，Q2降到最小值，在采煤工作面连续开采过程中，工作面不断前移，Q2由小变大，在由大变小，这样周而复始的变化，Q2每次递增至老顶断裂称为老顶周期来压。液压支架的结构和液压系统必须保证液压支架具有完全适应顶板变化的性能。采煤机采过一个截深之后，支架前移一个步距，支护性暴露出来的顶板，此时，顶板尚无下沉现象，支架以初撑力支撑顶板。此后，顶板开始破碎下沉或断裂，支架承载加大，直至立柱下腔压力达到安全阀调定值，安全阀释放，立柱下缩。此现象为液压支架的

26、“让压”现象。此时立柱以“工作阻力”支护顶板。随着顶板压力不断加大，立柱就不断“让压”下缩。为避免立柱完全缩回，支架出现压死现象，采煤工作面的生产循环应保证在压死前就移架。由上述液压支架工作状态可知，支架承受的外载荷是顶板下沉形成的。在顶板下沉过程中，支架顶梁与顶板有相对滑动现象，支架不仅受垂直于顶梁的力，还承受平行于顶梁的力。为例设计方便，要对支架的载荷和支架本身进行简化，先概述如下：1把支架简化成一个平面杆系结构，为了偏于安全，计算时把外载荷视为集中载荷。2金属结构件按直梁理论计算。3顶梁、底座与顶板被认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律分布，沿宽度方向均匀分布。4通过分析和计算可知

27、，掩护梁顶矸石的作用力只能使液压支架的实际支护阻力降低。所以，在进行强度计算时忽略不计，使掩护梁偏于安全。5立柱和短柱按最大工作阻力计算。6产生作用在顶梁的水平力的情况有两种，一是由于支架让压回缩，顶梁前端点运动轨迹为近似双纽线，顶梁与顶板间产生相对位移，顶板给予顶梁水平摩擦力；另一种是由于顶板向采空区方向移动，使支架顶梁受到一个只想采空区的水平摩擦力。顶梁和顶板的静摩擦系数W一般取0.150.3。7按不同支护高度时各部件最大受力值进行强度校核。5顶梁受力分析5.1受力分析取顶梁为分离体进行受力分析顶梁受力分析的目标是求出图5-5中的四个未知量Fn、X。以图5-5中a点位坐标原点建立坐标系，列

28、平衡方程如下：FX=0, -Fx+FnW-Pasin1+Pbsin2=0 ; （5-6）Fy=0, Fy+Pacos1+Pbcos2-Fn=0; （5-7）MaF=0, FnWh2+Pacos1L2-Pasin1h2-h1+Pbcos2L3+Pbsin2h2-h1-FnX=0 Fn顶梁所受的集中力，KN； W顶梁顶板摩擦系数，W=0.3； Pa前排立柱的合力，Pa=2034.72KN； Pb后排立柱的合力，Pb=2034.72KN； L2前立柱柱窝与a点的水平距离，L2=1510mm： L3后立柱柱窝与a点的水平距离，L3=310mm： h1、h1前后立柱柱窝与顶梁上表面的距离，h1=h1=2

29、15mm； h2a点与顶梁上表面的距离，h2=280mm； 1、2前后立柱与垂直平面的夹角，1=2=5；取掩护梁分离体做受力分析，建立补充方程图中O点为前、后连杆的运动瞬心，通过对O点取距，建立平衡方程：MoF=0 ; Faxh3-FayL4=0 （5-9） Fx= Fax （5-10） Fy= Fay （5-11）式中： L4a点与运动瞬心O点的水平距离，L4=130mm； h3a点与运动瞬心O点的水平距离，h3=2046mm。将已知数值代入式5-9，并联立式5-9、5-10、5-11可得：FyFx=FayFax=h3L4=1302046 （5-12） 将已知数值代入式5-6、5-7并化简可

30、得：-Fx+FnW-Pasin5+Pbsin5=0; Fx=FnW; （5-13）Fy+Pacos5+Pbcos5-Fn=0;Fy=Fn-(Pa+Pb)cos5 （5-14） 联立式5-12、5-13、5-14可得： FyFx=Fn-(Pa+Pb)cos5FnW=1302049; Fn=4142.8KNFx=FnW=4142.80.3=1242.8KN;Fy=Fn-Pa+Pbcos5=4142.8-2034.72+2034.72cos5=88.85KN将已知数值代入式5-8并化解可得：FnW280+Pacos51510-Pasin565+Pbcos5310+Pbsin565-FnX=0；X=F

31、nW280+Pacos51510+Pbcos5310Fn （5-15） 将Fn、W、Pa、Pb的数值代入式5-15可得X=974.5mm5.2顶梁载荷分布 在把顶梁所受顶板的载荷求出后，就可以进一步计算出载荷在顶梁上面的分布情况。由于顶板与顶梁接触情况不同，载荷实际分布很复杂。为了计算方便，假设顶梁与顶板均匀接触且载荷为线性分布。设顶梁长为Lg，顶板的集中载荷为，其作用点距顶梁一端为。则xLg3由于x=0.975m小于（3.7/3=1.23m）所以载荷分布为三角形。将=4142.8 kN，=1.5m，=0.975m代入式5-16得顶梁后端比压为：q3=4142.8231.50.97510-3=

32、1.9MPa5.3实际支护强度 支架的结构设计结束后，其结构尺寸已定。再经受力分析，其外载荷也已确定。于是可求出支架的实际支护强度如下式：q=F1(Lg+)bc103 式中： Lg顶梁长度，mm； bc顶梁宽度，mm； 顶梁前端至煤壁的距离，mm；由于Fc = bc ( Lg +)=6.45m2 所以 q=F1Fc=4142.86.4510-3=0.64229MPa 与qx比较误差为： =q-qxqx100%=0.6423-0.61150.6115100%=5%支撑是液压支架随支架支撑高度不同，其支护面积和工作阻力不变，故其支护强度不变。而掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架，由于支架的工作阻力

33、因支架支撑高度不同而异，故支护强度也因支架支撑高度变化而变化。计算结果要与理论要求支护强度计算结果比较，误差应在5%之间。5.4顶梁承受的剪力和弯矩确定计算顶梁承受的剪力和弯矩的数值是进行顶梁强度校核的前提，是顶梁设计中不可缺少的重要部分。顶梁剪力和弯矩计算的具体步骤为：将顶梁上的具体受理情况向顶梁顶面简化，计算顶梁上的剪力和计算顶梁上的弯矩，绘制顶梁剪力图和弯矩图，如图 5-8所示。5.4.1剪力和弯矩的确定根据顶梁的的具体受外力情况，将个点的力简化到顶梁的上表面，如图5-8a和图5-8b所示。计算中使用的数据如下：L1=0.535m;L2=0.665m;L3=0.310m;h1=0.215

34、m;h1=0.215m;h2=0.280m;Pa=Pb=2034.72KN;Fn=4142.8KN;Fax=1243.8KN;Fay=88.85KN;1=2=5;具体计算过程如下：A点的力和附加力矩：FAY=Pacos1=2034.72cos5=2026.98KN;MA=Pasin1h1=2034.72sin50.215=38.13KNm;B点的力：FBY=Fn=4142.8KN;C点的力和附加力矩：FCY=Pbcos2=2034.72cos5=2026.98KN;MC=Pbsin2h1=2035.72sin50.215=38.13KNm;D点的力和附加力矩：FDY=Fay=88.85KN;M

35、D=Fayh2=1243.80.28=348KNm;5.4.2强度校核上述计算可以得出顶梁上承受的最大剪力和最大弯矩及其位置，下面进行顶梁强度校核，取顶梁在B点的横截面，顶梁全部采用20mm厚的16Mn钢板焊接而成。5.4.3计算断面上的最大拉应力和最大压应力通过上述可确定最大拉应力作用点和最大压应力作用点到中性轴的距离分别为：ymax+=320-144.5=175.5mm, ymax-=144.5mm弯矩计算公式如下max+=Mzymax+Iz(拉) （5-30）max-=Mzymax-Iz(压) （5-31）应用公式5-30、5-31，将M的单位化为KN.m；Iz的单位化为m4；ymax+

36、和ymax-的单位化为m，将已知数值代入公式，得到：max+=Mzymax+Iz=1123.58103Nm0.1775m1.5610-3m4=123.4106Pa=127.8MPa(拉);max-=Mzymax-Iz=1123.58103Nm0.1445m1.5610-3m4=99.9106Pa=104.1MPa(压);5.4.4安全系数校核查表可知顶梁许用安全系数n=1.1，20mm厚的16Mn钢板s=325MPa计算顶梁安全系数为：n=smax+=325127.8=2.5n由以上计算可知顶梁强度满足使用要求。结束语采用液压支架对开采工作面的顶板进行支护是综合机械化采煤的一个必要条件，而综合

37、机械化采煤又是煤矿技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。因此大力发展综合机械化采煤，研制和使用液压支架是十分关键的。此次以支撑掩护式液压支架为题毕业设计是我们走上工作岗位前的最后又一次练兵，为我们能顺利进入工作状态奠定了基础。我们作为即将毕业的机械制造及其自动化大学生，未来生产行业的技术人员，设计和生产出高技术含量、高安全系数的机械产品是我们的责任。通过此次对支撑掩护式液压支架的设计，使我对液压支架的结构和工作原理及其它相关理论有了一个很深刻的认识。在这段时间里，通过对液压支架的选型设计，总体设计，受力分析，强度校核等工作，综合运用了大学期间所学到的知识并学到了

38、很多新的知识，使我深刻认识到了知识积累的重要性。开始对液压支架等相关技术很不了解的状态，也不能有效地把所学过的只是综合应用，通过查看相关的资料书籍和老师指导，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，又通过实习进一步了解了液压支架，为顺利的设计奠定基础。支撑掩护式液压支架设计即将结束。几个月来，从开始接到论文题目到参数计算、作图，再到论文的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间完成的最大的项目。虽然我的论文不是很成熟，还有很多不足之处，但这里面的每一个图、每一个数，都有我辛勤汗水的结晶。使我感觉到了知识充实带来的快乐。这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做研究是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破。希望这次的经历能让我在以后学习和工作得到更大的进步。参考文献（宋体，五号字，单独占一页，行间距21磅，字间距0.9磅）1 赵宏珠.综采面矿压与液压支架设计M.中国矿业学院出版社,19872 方慎权.煤矿机械M.中国矿业学院出版社,19873 程居山矿山机械M.中国矿业大学出版社,19974 王启广.采掘机械与支护设备M.中国矿业大学出版社,1997