2 总体设计
2.1 架型的选择
液压支架架型的选择，主要取决于液压支架的力学特性能否适应矿井的顶底板条件和地质条件。从架型结构特点来看，由于架型的不同，它的支承力分布和作用也不同；从顶板条件来看，由于直接顶和老顶级别的不同，顶梁所承受的载荷也不同，所以，为了在使用中合理的选择架型，要对架的支撑力，采煤高度与承载的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。
根据煤层厚度：H?2~2.8 m，属于中厚煤层，煤层倾角：??8?，不用防滑装置。 为提高开采效率、降低成本，初步选定放顶煤开采。架型选用支撑掩护式低位放顶煤支架。
2.2液压支架的支护性和外载荷
在采煤工作面液压支架支护顶板，当煤层被采动后，顶板有压力显现。作用在支架上的载荷大体上可以分为两个部分，其一是直接顶形成的压力Q1，其二是老顶形成的压力
Q2。如果直接顶比较完整，在工作面煤壁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。当直接顶在支架顶梁之后冒落时，老顶呈悬臂梁状态。老顶形成的悬壁梁一端支承在直接顶跨落后的碎矸上，另一端则支承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，老顶显露部分加长，
Q2在增加。当老顶悬露达到一定长度，其自重使其断裂，于是老顶悬露长度变短，Q2立
刻降到最小值，在采煤工作面连续开采过程中，工作面不断前移，Q2由小到大，再由大到小，这样周而复始的变化，Q2每次递增直至老顶断裂，称为老顶周期来压。
液压支架的结构和支架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，支护新暴露出来的顶板。此时，顶板尚无下沉现象，支架以“初撑力”支撑顶板。此后，顶板开始破碎和下沉或断裂，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。称此现象为液压支架的“让
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压”现象。这时立柱以“工作阻力”支护顶板。随着顶板压力不断加大。立柱就要不断“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”前就前移。
由上述液压支架的工作状态可知，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。设垂直于顶梁的力为F1，F1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的反作用力。
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：
(1) 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。 (2) 金属结构件按直梁理论计算。
(3) 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，沿支架宽度方向均匀分布。
(4) 通过分析和计算可知，掩护粱上矸石的作用力，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。
(5) 立柱和短柱按最大工作阻力计算。
(6) 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；另一种是由于顶梁向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向采空区的水平摩擦力。顶梁和顶板的静摩擦系数w一般取0.15~0.3。
(7) 按不同支护高度时各部件最大受力值进行强度校核。
2.3液压支架基本参数的确定 2.3.1 支护强度和工作阻力
支护强度取决于顶板性质和煤层厚度，由煤层厚度：H?2~2.8m；顶底板性质：老顶Ⅱ级、直接顶2级，底板平整，查阅文件可得出支架支护强度为1.3×0.441MPa，支架的工作阻力P应满足顶板支护强度的要求，即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定，由下面式子得出：
P?QF?103KN (2.1)
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式中：Q—支架的支护强度，已取为0.546MPa； F—支架的支护面积，m。
对于支撑掩护式支架，由于受到立柱倾角的影响，支架工作阻力小于立柱的总工作阻力。支架的工作阻力与支架立柱的总工作阻力的比值称为支架的支撑效率?。所以支架立柱的总工作阻力：
2P总?P? kN (2.2)
支撑掩护式支架取??80%左右，所以立柱的总工作阻力为4750 kN
2.3.2 初撑力
初撑力的大小是相对于支架的工作阻力而言的，并与顶板的性质有关。较大的初撑力可使支架较快的达到工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性。
fc??4D2Pb (2.3)
q1k?41.9H?7.L4?z21.L?k62 m/8K5.N3 H——煤层厚度，m; Lz——周期来压步距, m;Lk——控顶距离，m;
老顶Ⅱ级、直接顶2级，属于稳定顶板，初撑力不易过大，一般应大于工作阻力的60%。
2.3.3 支架的调高范围
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，支撑掩护式支架最大调高范围为3.06：1，其最大与最小高度为：
Hm?hm?S1 （2.4） Hn?hn?S2?a??a （2.5）
hm—煤层最大采高，取3.2m； hn—煤层最小采高；
S1—伪顶冒落的最大厚度，一般取200~300mm；
S2—顶板最大下沉量，一般取100~200mm；
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a—移架时支架的最小可缩量，一般取50mm；
?a—矸、浮煤厚度，一般取50mm。
支架的伸缩比： Ks?Hs3000??1.7 Hn18002.3.4 底座宽度和长度
根据支架架型的不同，放顶煤支架底座一般取1.3~1.4m。底座中间安装推移千斤顶，安装推移千斤顶的槽子的宽度一般取为300~380mm。支撑掩护式支架一般取4倍移架步距，（一个移架步距大约为0.6没），所以支架长度可以取2.4m左右。
2.3.5 采煤机、液压支架和输送机的配套
采煤机用MG300—AW型，刮板运输机用SGZ—764/264型。从安全角度考虑，支架前柱到煤壁的距离F应越小越好，但却受到机器结构参数等因素的约束，其尺寸可按下式计算：
F?B?e?G?x (2.6) 式中：e—煤壁与输送机铲板之间的距离；
x—立柱倾角的水平增距；
G—输送机宽度，由铲煤板宽度f、输送机中部溜槽宽度s、电缆槽和导向槽
宽度a及前柱与电缆槽间的距离b组成；
B—采煤机的宽度
由三机配套图册所查数据可得：
F?1140?150?164?500?2554 mm
为避免由于输送机偏斜时采煤机截割顶梁，支架梁端与煤壁之间应留有200~400mm的梁端距D，现取D=300mm。
从前柱到梁端的距离L为：
L?F?B?D?x=2554-1140-300-500=614 mm （2.7）
2.4四连杆机构的设计 2.4.1 四连杆的作用
四连杆机构是液压支架的最重要的部件之一。其作用主要有两个，其一是当支架由高
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到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双扭线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；其二是使支架受力状态最佳，结构上既满足工作空间要求，又能承受足够的纵向、横向力及扭矩，能承受较大的水平力。
2.4.2 四连杆动作时应满足的条件
支架高度在最大和最小范围内变化时，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
支架在最高位置时，P?52~62；Q?75?~85?；
支架在最低位置时，为了有利于矸石下滑,防止矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求tgP?W，为了安全可靠，最低工作位置应使P?25为宜。而Q角主要考虑后连杆底部距底板要有一定的距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降。一般取Q?25?~30?，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下铰点的高度。
用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度： 设 ： G—掩护梁长度；
???A
—后连杆长度；
L2—e?点引垂线到后连杆的长度；
H1—支架最高位置时的计算高度； H2—支架最低位置时的计算高度。
按照几何关系可得出：
GcosP1?AcosQ1?L2 (2.8) GcosP2?AcosQ2?L2 (2.9)
将(2.8)、(2.9)两式联立可得：
AcosP2?cosP1= (2.10) GcosQ2?cosQ1按四连杆机构的几何特征要求，初选：P1=45?；P2=30?；Q1=60?；Q2?45。 把各个角的数值代入(2.10)式可得：
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