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1.3.2设计意义
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，保证工作人员的安全和个性工作的正常进行，必须对顶板进行支护。液压支架的出现解决了这个问题。液压支架的设计、制造和使用，从1854年英国研制成功了液压支架发展到了现在，已经基本成熟，它已经形成了能适应各种不同煤矿地质条件的各类液压支架。液压支架作为综合机械化采煤方式中最重要的设备之一，因而研究液压支架具有重要的意义。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。因此采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。
液压支架式以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。它能实现支撑、切顶、自移和推溜等工序，与大功率采煤机，大运量的可弯曲刮板输送机组成回采工作面的综合机械化设备。液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠性高等优点，它的使用能增加采煤工作亮的产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证生产安全。在综合机械化设备组成中，液压支架的重量约占综采设备总重量的80～90﹪，成本占综采设备的70﹪左右。而且，综采工作面的安全性也主要取决于支架的支护效果。因此，为了降低成本，提高开采效益，并使支架的结构与性能适应不同的围岩与煤层条件，各国均在积极开展液压支架的设计、试验和研究。按支架的设定架型、基本结构和一般性能的参数，设计典型支架，设计者根据已有的设计知识与经验，参考现有液压支架的结构与参数，或用类比法来设计支架。国内外整层垮落开采缓后煤层的采面矿压初步研究成果可知：随着采高加大，上覆岩层动压现象仍然存在，且表现频繁；直接顶越稳定，高支架支护效果越好；支架应具有足够的支护力，特别是对老顶来压强烈的顶板；采高加大后，应防止片帮、冒顶，尽力保持支架的稳定性，为此提高支架刚度是十分重要的。
2、总体设计
2.1 原始资料 2.1.1设计题目
ZZ9200/24/46厚煤层液压支架设计
―――专题：顶梁、立柱
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2.1.2设计原始资料
架型：ZZ9200/24/46 支撑力：9200KN
支撑高度：2400mm～4600mm 泵站：Pb﹦31.5MPa；400L∕min 安全阀调定压力：Pa﹦40MPa 2.2主要技术指标 2.2.1初撑力
初撑力的大小是相对于支架的工作阻力而言，并与顶板的性质有关。有较大的初撑力可以使支架较快到达工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性，增加顶板的稳定性。对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力的80﹪；对于稳定顶板，初撑力不宜过大，一般不低于工作阻力的60﹪，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积的垮落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的75﹪。 2.2.2移架力与推溜力
移架力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关。一般薄煤层支架的移架力为100～150KN，中等厚度煤层支架为150～300KN，厚煤层为300～400KN。通常，1.5m长的一节溜槽对应一架支架，推溜力为150左右；薄煤层支架为100kN左右；厚煤层支架接近200KN。 2.2.3液压支架高度、采高确定
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得到变化等因素来确定，其最大和最小高度为
Hm ≥hm﹢S1
Hn≤hn－S2－α－σ
式中 Hm——支架最大高度，由设计题目知：Hm=4.6m Hn——支架最小高度，由设计题目知：Hn=2.4m hm——煤层最大厚度（最大采高）； hn——煤层最小厚度（最小采高）；
S1 ——伪顶冒落的最大厚度，一般取0.2～0.3m； S2——顶板周期来压时的最大下沉量，一般取0.1～0.2m α——移架时支架的最小可缩量，一般取0.05m；
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σ——浮矸、浮煤厚度，一般取0.05m。 故:最大采高hm≤4.3～4.4m 最小采高 hn≥2.7～2.8m 2.2.4支架的伸缩比
支架的伸缩比指最大与最小高度之比，即 m=Hm/Hn=1.92
由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同采高的采煤工作面，所以支架应具有较大的伸缩比。在采用双伸缩立柱时垛式液压支架的伸缩比为1.9；支撑掩护式液压支架为2.5；掩护式液压支架可达3.0。本设计的液压支架采用双伸缩带加长杆的立柱。 2.2.5中心距(支架间距)和宽度的确定
支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。目前国内外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。因此设计中欲取1.5m。
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170～200mm。当支架中心距为1.5m时，最小宽度一般取1400～1430mm，最大宽度一般取1570～1600mm。当支架中心距为1.75m时，最小宽度一般取1650～1680mm，最大宽度一般取1850～1880mm。当支架中心距为1.25m时，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度一般取1150～1180mm，最大宽度一般取1320～1350mm，如果顶梁不带活动侧护板，则一般取1150～1200mm。本设计中心距取1.5m。 2.2.6底座长度
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，应考虑如下诸方面：
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倍的移架步距，即2.4m左右。本设计底座长度取2400mm。 2.3 液压支架总体设计 2.3.1挡矸结构
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挡矸结构主要包括掩护梁、活动侧护板和四连杆机构等。下面主要说明掩护梁的结构侧护板和四连杆机构的结构。 1. 护梁的结构
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（有的支架在掩护梁上焊有立柱柱窝）。活动侧护板装在掩护梁的两侧。掩护梁内留有安装侧推移千斤顶和弹簧筒的空间。有直线型，折线型两种。如图2—1所示，其中2—1a为折线型，图2—1b为直线型。折线型相对直线型支架断面大，结构强度高，但工艺性差，所以很少采用。从掩护梁的额宽度方向来分，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。
2.侧护板的结构 1）侧护板的种类
顶梁和掩护梁的侧护板有两种。一种是一侧固定另一侧活动的侧护板。在设计时，根据左右工作面来确定左侧或右侧为活动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定侧护板，下方为活动侧护板。活动侧护板通过弹簧和侧推千斤顶与梁体连接，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板靠紧。但当该换工作面开采方向时，活动侧护板便位于倾斜方向的上方，给调架、防倒等带来不便，所以很少采用。另一种是两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。 2）侧护板的结构形式
侧护板的结构形式如图2-2所示。通常有两种类型。一种是侧护板在顶梁的外侧。这种类型的侧护板又有三种形式，如图2-2a所示，顶梁上无顶板，侧护板易被冒落矸石压住，影响侧护板的伸缩；如图2-2b、c所示，在顶梁上加设顶
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板，克服可以上的缺点，但支架承受偏载时，侧护板装置受力很大。另一种是铰接式侧护板，如图2-2d所示。它克服了以上两种侧护板的缺点，但由于架间侧护板造成三角带易填入碎矸，影响了架间密封效果。
3. 四连杆机构
四连杆机构有两种结构形式。
如图2-3所示为前、后连杆式单杆式的结构形式。
如图2-4所示为前连杆式单杆、后连杆式整体式的结构形式。
前连杆又分为刚性前连杆和伸缩前连杆，如图2-4右所示，伸缩前连杆用油缸来代替。后连杆有直线型和圆弧型，圆弧型有利于矸石下滑。有的支架在后连杆上加侧护板，在后连杆上安装一个侧推千斤顶和两个导向筒。
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