第一章绪论1.1 液压支架概述1.1.1 液压支架的组成和用途液压支架由顶梁、伸缩梁、立柱、推移装置、移架装置、操纵控制系统等主要部分组成。
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，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。
而液压支架是以高液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。
实践表明液压支架具有支护性能好、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和采煤机组合机械化采煤设备，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，因此液压支架是技术上先进、经济上合理，安全上可靠、是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的.1.1.2 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。
图1-1 液压支架的工作原理1.升柱当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。
2.降柱当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。
3.支架和输送机前移运输机的前移由底部的推溜千斤顶来完成。
支架的前移由安装在顶梁部位的移架千斤顶来完成。
移架过程：采煤前伸梁伸出（超前支护）移架首先采煤机采掉滚筒宽度的煤壁，支架前伸梁伸出对前面暴露出来的顶板进行及时支护；然后推溜千斤顶伸出将输送机前推；前伸梁缩回,之后液压支架提柱，此时安装在顶梁部位的移架千斤顶伸出将主顶梁前推顶梁再带动立柱一起前移再降柱实现移架过程。
1.2 煤矿支护技术现状与需求1.2.1液压支架现状与发展趋势综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志。
世界主要产煤国家高产高效采煤迅速发展，特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非发展最快。
综采工作面高产高效纪录不断刷新，综采装备新技术层出不穷。
经过近几十年的发展和努力, 我国液压系统设计也有了不断在提高,例如本次所设计的液压支架，与传统相比较我们也在走创新路线，我们在原有的经验基础上，特别是在缓倾斜中厚度煤层的液压支架方面积累了相当丰富的经验, 架型已基本趋于成熟、完善阶段, 在种类和质量方面与国际先进水平相比差距也越来越小。
但在控制元件和控制系统方面, 与先进国家的产品相比还有较大差距。
所以, 今后除应继续针对我国具体国情和煤层基本条件下, 开发一些新架型、新品种外, 在创新和控制技术方面有待提高，还应在改进支架控制系统和提高支架的工作可靠性方面下功夫。
近几年来, 我国采煤综合机械化的水平有所提高, 随着综合机械化采煤技术的不断发展和新型大功率采煤机、工作面输送机的出现, 要求支架与之相配套, 但若支架的控制系统不作相应的改进, 是满足不了这一要求的。
到目前为止, 我国国产液压支架的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。
这种控制方式, 虽然具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点, 但它存在严重缺点: ①工人劳动条件差, 安全性差; ②移架速度慢, 影响采煤机效率的发挥; ③通风条件差,支架故障率高; ④支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关系。
液压支架实现自动控制后, 就可有效地克服上述缺点, 实现对支架的电液控制, 而且有多种控制方式可供选择, 人员可在较安全的地方集中对整个工作面的支架进行远程控制或程序控制。
1.2.2 国外液压支架发展状况1954年，英国研制出垛式支架。
它主要由安装在矩形整体底座上的立柱和顶梁组成。
几个月后，英国奥尔蒙德煤矿的低主煤层的整个工作面都装备了这种支架。
这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。
从此，开创了煤炭工业的新时代。
1958年法国试验成功了节式支架。
五十年代末，为开采煤层厚超过2m的松散和破碎顶板条件下的褐煤，前苏联开始研制掩护式液压支架，并于1961年在阿乐斯-科拖举办的贸易展览会上展出了OMKT型掩护式支架。
这种支架顶梁很短，仅0.8m，并与掩护梁铰接，单根朝前倾斜液压支柱连接着掩护梁和底座。
当支架在其工作高度范围内升降时，顶梁顶点相对于煤壁作圆弧运动。
这样，不仅影响了支架的承载能力，而且端面距变化很大，不利于顶板的维护。
但比起垛式和节式支架，掩护式支架能有效的控制顶板，防止开采过程中矸石渗入工作面，工作能力很好。
为了保持顶梁端点相对于煤壁作近似的直线运动，在OMKT型掩护式支架的基础上作了许多改进：60年代末和70年代初，随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加，支架结构也发生了巨大变化。
长顶梁、二柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。
并且，为适应底板不平，底座采用分离铰接式结构；对于松软底板，为减小底板比压，采用接触面积较大的底座；为防止碎矸窜入采区，采用了各种防窜矸的掩护装置。
1974年，英国国家煤炭局实施的“高科技采矿工程”推动了液压支架及采煤设备的进一步发展。
这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时，必须采用最先进的设备和开采工艺，以提高煤炭产量和改善作业环境。
进入70和80年代，液压支架又有了新的发展。
顶梁不仅实现了“立即前移支护”，而且整个支架安装了电液控制系统实现微机控制与操作。
1981年杜赛尔多夫采矿展览会上，展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架，并研制出采高为6m的大采高支架及放顶煤支架；对于坚硬岩层设计了强力液压支架等。
1.2.3 我国目前中小煤矿支护技术现状小煤矿是指除国有重点和地方国有煤矿外的各类小煤矿。
截至2005年底，25个省(区)市、新疆建设兵团已申请安全生产许可证年产30万t／a(含30万t／a)及以下的各类小煤矿共19828处。
按井型分类，3万t／a以下的煤矿5423处，占总数的27.4%；3—6万t／a的煤矿8312处，占41.9%；6～15万t／a的煤矿5138处，占25.9%；15—30万t／a的煤矿955处，占4.8%。
生产力水平落后。
小煤矿过多、过散、过小，采掘机械化程度低，生产方式原始落后；绝大多数矿井防灾系统不健全不完善，安全技术装备落后，防灾抗灾能力差；从业人员文化水平低、安全技能和安全素质差，安全保护意识薄弱。
生产安全问题突出2005年，全国小煤矿共发生死亡事故2575起，死亡4457人，事故起数和死亡人数分别占全国煤矿事故起数和死亡人数的77.9%、75.1%；死亡人数分别是国有重点煤矿的4.59倍和地方国有煤矿的8.0倍；小煤矿百万吨死亡率为5.505，分别是国有重点煤矿的5.75倍和地方国有煤矿的2.83倍。
1.3设计目的采用综合机械化采煤机械方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。
为了满足对煤炭日益增长的需要，必须大量生产综合机械化设备，迅速综合机械化采煤工作面（简称综合工作面）。
而每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需要量是很大的。
由于不同采煤工作面的顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层物理机械性质等的不同，对不同液压支架的需求也不同。
为了有效地支护和控制顶板，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。
1.4 本设计的主要任务设计题目：ZH1600/16/24Z型液压支架设计方案及参数：ZH1600/16/24Z煤层厚度（m）：1.9-2.1；老顶级别：Ⅱ；直接顶级别：2；底板允许比压（MPa）：≤3.0；移架步距（mm）：1000设计内容（1）了解国内外液压支架研究开发水平和国内中小煤矿生产需求，分析现有简易支架优点和缺点，论证架型选择依据；（2）确定总体设计参数，完成总装配图；（3）负责顶梁、伸缩粱、托粱等主体结构的设计和强度计算；（4）负责推移油缸设计和计算；（5）协助同组同学进行液压系统设计，完成液压系统原理图；（6）完成资料阅读、外文翻译、计算机辅助设计和撰写设计说明书等。
设计要求在设计中要严格执行国家煤炭工业局。
液压支架通用技术条件（MT312-2000）和放顶煤液压支架技术条件（MT/T815-1999）要求。
第2章液压支架结构型式的比选2.1 液压支架类型一、按支架和围岩的相互作用，液压支架可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。
（一）支撑式支架：是一种典型的支撑式支架，它有较长的顶梁，较多的支柱，并呈垂直布置，支架的稳定性由支柱的复位机构来保证，因此有坚固的箱式底座。
它靠支柱与顶梁的支撑作用，控制工作面的顶板，维护工作空间，而顶板岩石则在顶梁后部切断跨落。
这种类型的支架具有交大的支撑能力和良好的切顶性能，因此适应于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，底板也较硬的煤层中。
（二）掩护式支架：是掩护式支架的典型结构之一，它的顶梁较短，支柱一排，一般仅1～2根，多呈倾斜布置与掩护梁连接或直接与顶梁相连接。
它靠支柱和顶梁支撑顶板，而掩护梁只与冒落矸石相接触，防止矸石涌入工作面，以维护一定的工作空间。
这种类型的支架，有良好的防矸掩护性能，主要适用于顶板中等稳定和破碎，底板也较软的煤层中。
（三）支撑掩护式支架：支撑掩护式支架是介于支撑式和掩护式之间的一种架型。
它的特点是，支柱两排，每排1～2根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构。
这类支架靠支撑和掩护作用来维护工作空间，兼有支撑式和掩护式支架的优点，适用于顶板稳定和中等稳定，有较明显的周期压力，底板中等稳定的煤层中。
支撑式、掩护式和支撑掩护式等三类支架中，对照采煤工艺对支架的要求来看，掩护式支架具有很多特点和较广的适用范围。
虽然掩护式支架单位工作面长度上的支撑能力不如其余两种，但由于控顶距小单位面积上的支撑力较大，能对顶板进行有效的支撑；还有有效的挡矸装置，能更好的适应破碎顶板的支护需要；支架本身为一定的运动机构，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的结构和液压系数简单，操作简便，管理维修容易；支架调高范围较大，对煤层厚度变化的适应性强。
所以，掩护式支架在使用中已取的良好的经济效果，使用范围正在扩大。
二、按移动方式，液压支架可分为整体自移式和迈进式两类。
（一）整体自移式：支架成整体结构，因而整体移动。
掩护式，和部分支撑式支架，均采用这种移架方式。
（二）迈进式：迈进式支架又可分为交互前移式和提步前移式两种。
1.交互前移式支架，是利用主副架护为着力点交互推拉前移的方式，架间安装推移千斤顶和导向装置。
一般节式支架常用这种移架方式。
2.提步前移式支架，是采取顶梁不大量下降，提腿跨步的方式。
