ZY5200/19/42型支架总体设计

张 闯

（三一重型装备有限公司，辽宁 沈阳110027）

0 前言

在煤炭采掘生产过程中，顶板随时有冒落的危险，为了保证采煤工作面上各项作业正常进行和矿工的人身安全，必须对顶板进行支护。液压支架主要由液压元件与金属构件组成，以高压液体作为动力，对采场顶板进行控制和支护的设备，它可以实现支撑、挡矸、移架和推移输送机等一系列工序[1-2]。

本文针对全伦煤矿综采面的工况条件、工作阻力、采高范围和配套设备情况。设计一套工作阻力为5 200 kN，最低高度为1.9 m，最大高度为4.2 m的掩护式液压支架。支架结构图如图1所示。

图1 支架结构图

1 支架总体设计

液压支架结构由图1所示，主要由推移装置、底座、前后连杆、掩护梁、顶梁等结构件和液压系统构成。

1.1 支架中心距和底座长度的确定

支架的中心距一般根据配套输送机溜槽每节长度来确定，我国刮板输送机溜槽每节常规为1.5m和1.75 m，根据工作阻力5 200 kN，可选取1.5 m.支架底座的宽度由立柱中心距和直径确定，掩护式支架的底座长度取3.5倍的移架步距。根据技术要求，推移千斤顶行程为700mm，所以底座长度为2 450mm.

1.2 四杆机构设计

四杆机构指由连杆和掩护梁组成的结构，掩护梁和连杆长度的计算一般采用解析法，如图2所示：A为连杆长度；G为掩护梁长度；H1为支架最大高度；H2为支架最低高度。从几何关系可得：

图2 掩护梁和连杆计算图

在 ZY5200/19/42 型支架中 P1=55°，P2=10°，Q1=35°，Q2=75°，H1=4 200mm 代入式（1） 和式（2）（对于掩护式支架，A/G的比值取0.6），可计算出掩护梁G=2 490 mm，和连杆A=1 490mm.

1.3 顶梁长度的确定

顶梁长度与三机配套尺寸有直接关系，因为顶梁必须要保护配套的设备。配套设备的采煤机在工作时可能向支架倾斜一定角度，并且采煤机的滚筒不允许截割顶梁，还需考虑煤壁的外表面形状不一定是垂直的平面，因此要求支架前端距煤壁必须有最小距离安全距离，可取300 mm，故顶梁长度公式为：

顶梁长度L=[底座长度+配套尺寸 +A cos Q1]-[G cos P1+300]+顶梁与掩护梁铰点至顶梁后端的距离。在ZY5200/19/42型支架中L=2 483+2 450+387-1 420-300+100=3 700mm.

1.4 立柱上下铰点位置的确定

根据顶板载荷分布和底板条件，在设计液压支架立柱上、下柱窝的位置时，必须先确定底座对底板的比压分布和支架顶梁的支撑力分布，使支架能适应工作面条件的要求[3]。

（1）立柱上柱窝位置的确定

液压支架立柱上柱窝位置的确定，首先需要把支架的空间杆系结构，简化成平面杆系结构。假定外部载荷沿支架宽度方向均布，沿顶梁长度方向按线性规律变化，并且顶梁与顶板接触均匀。同时处于安全起见，按集中载荷计算，载荷沿顶梁长度方向呈三角形分布并向顶梁后部越来越大。因此，支架支撑力也是呈三角形分布，以上述条件计算上柱窝位置。此时认为支架集中载荷F作用于顶梁上，且在顶梁1/3处，分离顶梁单独做受力分析，情况如图3所示。

图3 分离顶梁单独做受力分析图

对A点取距：∑MA＝0

在ZY5200/19/42型支架中，h1=196mm，h2=270 mm、α =11°，L=3 700mm，P=5 200 mm，F=4 722 KN（F=q × S，q=797.6mm，S=5.92mm），带入式（2-4）计算出x=1 090mm.

（2）立柱下柱窝位置的确定。下柱窝的位置影响移架的效率，因此要使底座前端的比压小，利于移架。立柱的最大倾角在支架处于最低工作位置时一般小于30°，并考虑支架的调高范围和柱前行人空间以及底座与前连杆铰点的位置关系，计算如图4所示，实物图如图5所示。

图4 支架的调高范围和柱前行人空间以及底座与前连杆铰点的位置关系图

图5 支架的调高范围和柱前行人空间以及底座与前连杆铰点的位置关系实物图

在ZY5200/19/42型支架中，H=1 900-196-246=1 458mm，α1=34°，α2=22°，β =9°，代入式（7）计算出x1=1 725mm.

2 结论

液压支架的总体设计是液压支架设计中最关键的环节，在满足技术参数的前提下，总体设计的合理性与适用性决定了液压支架产品性能，本文中设计的ZY5200/19/42型液压支架在全伦煤矿服役使用，可满足现场使用需求和技术要求。