液壓支架支護(hù)和控制頂板設(shè)計和實現(xiàn)機(jī)械制造專業(yè)

1、摘 要為了有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。液壓支架的設(shè)計工作是十分重要的，因為它能極大地提高勞動生產(chǎn)率，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代化礦山的機(jī)械化工作面。本文簡單介紹了支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架的特點；概括地說明了掩護(hù)式液壓支架的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點、工作原理和應(yīng)用范圍；闡述了四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)越性。首先，根據(jù)給定條件進(jìn)行比較分析，選擇一種比較合理的方案，然后，根據(jù)工作條件，選擇并確定支架的主要參數(shù)及支架各部分結(jié)構(gòu)。在支架受力分析中，主要分析頂梁、掩護(hù)梁、底座等的受力情況，并根據(jù)受力確定各部件的結(jié)構(gòu)尺寸，對其進(jìn)行了強(qiáng)度校核。本文設(shè)計的液壓支架穩(wěn)定性好、整體性強(qiáng)、安全性

2、高，符合安全生產(chǎn)的要求。關(guān)鍵詞: 液壓支架; 結(jié)構(gòu); 強(qiáng)度;掩護(hù)式AbstractTo protect and control crest plank effectively，we have to design hydraulic supports that belong to different types and different structure sizes. The design work of hydraulic support is very important. Because it can raise labor productivity greatly, broadly

3、used in the modern mechanized mining face.This text simply introduces the characteristic of holding support, shield support and holding-shield support. It explains generally the technique parameters, the structure characteristics, work principle and applications of shield support. It also expounds t

4、he superiority of the four linkage bar. Firstly, it compares and analyses according to the given conditions, selects a more reasonable program. Then according to work conditions, this design chooses and decides supports main parameters and the structure of all the parts of support and then selects t

5、he appropriate hydraulic system that it fits the support. In the accepting-strength analysis of support, Analysis mainly accepting-strength status of roof beam, covering beam and the base. Structure sizes of all components is decided according to accepting-strength status, and its intensity is check

6、ed.The hydraulic supports this text designs whose stability is good, integrity is strong and security is high. It meets the requests of safe production.key words Support structure strength shield 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc173211377 摘要 PAGEREF _Toc173211377 h I HYPERLINK l _Toc173211378 Abst

7、ract PAGEREF _Toc173211378 h II HYPERLINK l _Toc173211379 第1章 緒論 PAGEREF _Toc173211379 h 1 HYPERLINK l _Toc173211380 1.1 液壓支架發(fā)展概況 PAGEREF _Toc173211380 h 1 HYPERLINK l _Toc173211381 1.2 國內(nèi)外支架的現(xiàn)狀與國外的差距 PAGEREF _Toc173211381 h 1 HYPERLINK l _Toc173211382 1.2.1 國外液壓支架現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc173211382 h 1 HYPERL

8、INK l _Toc173211383 1.2.2 國內(nèi)液壓支架現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc173211383 h 2 HYPERLINK l _Toc173211384 1.2.3 我國液壓支架與國外液壓支架存在的差距 PAGEREF _Toc173211384 h 4 HYPERLINK l _Toc173211385 1.3 液壓支架研究發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc173211385 h 4 HYPERLINK l _Toc173211386 第2章 液壓支架的使用及使用范圍 PAGEREF _Toc173211386 h 6 HYPERLINK l _Toc173211387

9、2.1 液壓支架的分類 PAGEREF _Toc173211387 h 6 HYPERLINK l _Toc173211388 2.2 液壓支架的適用范圍 PAGEREF _Toc173211388 h 6 HYPERLINK l _Toc173211389 2.3 掩護(hù)式液壓支架的分類及結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc173211389 h 7 HYPERLINK l _Toc173211390 2.3.1 掩護(hù)式液壓支架的分類 PAGEREF _Toc173211390 h 7 HYPERLINK l _Toc173211391 2.3.2 掩護(hù)式液壓支架的整體結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc

10、173211391 h 7 HYPERLINK l _Toc173211392 第3章 液壓支架的工作原理 PAGEREF _Toc173211392 h 8 HYPERLINK l _Toc173211393 3.1液壓支架的用途及適用原理 PAGEREF _Toc173211393 h 8 HYPERLINK l _Toc173211394 3.1.1 液壓支架的用途 PAGEREF _Toc173211394 h 8 HYPERLINK l _Toc173211395 3.1.2 液壓支架的動作原理及它的特性曲線形式 PAGEREF _Toc173211395 h 8 HYPERLINK

11、 l _Toc173211396 3.1.3 移架力大于推溜力的原因及實現(xiàn)方法 PAGEREF _Toc173211396 h 9 HYPERLINK l _Toc173211397 3.2 液壓支架部件工作原理及要求 PAGEREF _Toc173211397 h 10 HYPERLINK l _Toc173211398 3.2.1 作用在頂梁和底座上的摩擦力的產(chǎn)生原因及方向 PAGEREF _Toc173211398 h 10 HYPERLINK l _Toc173211399 3.2.2 立柱在支架工作過程中的作用及對性能的要求 PAGEREF _Toc173211399 h 10 HY

12、PERLINK l _Toc173211400 3.2.3 液控單向閥在立柱和推移千斤頂上的工作原理 PAGEREF _Toc173211400 h 10 HYPERLINK l _Toc173211401 第4章 設(shè)計方案 PAGEREF _Toc173211401 h 12 HYPERLINK l _Toc173211402 4.1 設(shè)計方案的擬訂 PAGEREF _Toc173211402 h 12 HYPERLINK l _Toc173211403 4.2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) PAGEREF _Toc173211403 h 12 HYPERLINK l _Toc173211404 4.3

13、 主要計算步驟 PAGEREF _Toc173211404 h 12 HYPERLINK l _Toc173211405 第5章 液壓支架的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 PAGEREF _Toc173211405 h 13 HYPERLINK l _Toc173211406 5.1液壓支架設(shè)計的基本要求和基本參數(shù) PAGEREF _Toc173211406 h 13 HYPERLINK l _Toc173211407 5.1.1 液壓支架的設(shè)計目的 PAGEREF _Toc173211407 h 13 HYPERLINK l _Toc173211408 5.1.2 設(shè)計時對液壓支架的基本要求 PAGEREF

14、_Toc173211408 h 13 HYPERLINK l _Toc173211409 5.1.3 設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù) PAGEREF _Toc173211409 h 14 HYPERLINK l _Toc173211410 5.1.4 本文做的主要工作 PAGEREF _Toc173211410 h 14 HYPERLINK l _Toc173211411 5.2液壓支架的參數(shù)確定 PAGEREF _Toc173211411 h 14 HYPERLINK l _Toc173211412 5.2.1 液壓支架高度的確定 PAGEREF _Toc173211412 h 14 HYPER

15、LINK l _Toc173211413 5.2.2 支架伸縮比的確定 PAGEREF _Toc173211413 h 15 HYPERLINK l _Toc173211414 5.2.3 支架間距的確定 PAGEREF _Toc173211414 h 15 HYPERLINK l _Toc173211415 5.2.4 支架寬度的確定 PAGEREF _Toc173211415 h 15 HYPERLINK l _Toc173211416 5.2.5 底座寬度的確定 PAGEREF _Toc173211416 h 15 HYPERLINK l _Toc173211417 5.2.6 頂梁長度

16、的確定 PAGEREF _Toc173211417 h 16 HYPERLINK l _Toc173211418 5.2.7 移架力和推溜力的確定 PAGEREF _Toc173211418 h 17 HYPERLINK l _Toc173211419 5.2.8 支護(hù)強(qiáng)度和支架載荷的確定 PAGEREF _Toc173211419 h 17 HYPERLINK l _Toc173211420 5.2.9 工作阻力和頂板覆蓋率的確定 PAGEREF _Toc173211420 h 18 HYPERLINK l _Toc173211421 5.2.10 初撐力的確定 PAGEREF _Toc17

17、3211421 h 18 HYPERLINK l _Toc173211422 5.2.11 支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定 PAGEREF _Toc173211422 h 18 HYPERLINK l _Toc173211423 第6章 掩護(hù)式液壓支架主要部件結(jié)構(gòu)尺寸 PAGEREF _Toc173211423 h 23 HYPERLINK l _Toc173211424 6.1立柱的設(shè)計 PAGEREF _Toc173211424 h 23 HYPERLINK l _Toc173211425 6.1.1 支架立柱數(shù)的確定 PAGEREF _Toc173211425 h 23 HYPERLINK l _

18、Toc173211426 6.1.2 立柱類型的確定 PAGEREF _Toc173211426 h 23 HYPERLINK l _Toc173211427 6.1.3 立柱的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc173211427 h 23 HYPERLINK l _Toc173211428 6.1.4 立柱技術(shù)參數(shù)的確定 PAGEREF _Toc173211428 h 24 HYPERLINK l _Toc173211429 6.1.5 立柱的初撐力和泵站額定工作壓力的確定 PAGEREF _Toc173211429 h 25 HYPERLINK l _Toc173211430 6.1.6 安全

19、閥壓力和立柱工作阻力的確定 PAGEREF _Toc173211430 h 25 HYPERLINK l _Toc173211431 6.1.7 立柱柱窩位置的確定 PAGEREF _Toc173211431 h 26 HYPERLINK l _Toc173211432 6.2 千斤頂?shù)脑O(shè)計 PAGEREF _Toc173211432 h 29 HYPERLINK l _Toc173211433 6.2.1 千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc173211433 h 29 HYPERLINK l _Toc173211434 6.2.2 各種千斤頂型號的確定 PAGEREF _Toc17321

20、1434 h 29 HYPERLINK l _Toc173211435 6.3 頂梁的設(shè)計 PAGEREF _Toc173211435 h 29 HYPERLINK l _Toc173211436 6.3.1頂梁的作用及設(shè)計要求 PAGEREF _Toc173211436 h 29 HYPERLINK l _Toc173211437 6.3.2頂梁的結(jié)構(gòu)及形式 PAGEREF _Toc173211437 h 30 HYPERLINK l _Toc173211438 6.4 底座的設(shè)計 PAGEREF _Toc173211438 h 30 HYPERLINK l _Toc173211439 6.

21、4.1 底座的作用及設(shè)計要求 PAGEREF _Toc173211439 h 30 HYPERLINK l _Toc173211440 6.4.2 底座的結(jié)構(gòu)形式 PAGEREF _Toc173211440 h 31 HYPERLINK l _Toc173211441 6.5 掩護(hù)梁的設(shè)計 PAGEREF _Toc173211441 h 31 HYPERLINK l _Toc173211442 6.5.1 掩護(hù)梁的作用及設(shè)計要求 PAGEREF _Toc173211442 h 31 HYPERLINK l _Toc173211443 6.5.2 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)形式 PAGEREF _Toc173

22、211443 h 31 HYPERLINK l _Toc173211444 6.6 前后連桿的設(shè)計 PAGEREF _Toc173211444 h 31 HYPERLINK l _Toc173211445 6.6.1 前后連桿的作用及設(shè)計要求 PAGEREF _Toc173211445 h 31 HYPERLINK l _Toc173211446 6.6.2 前后連桿的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc173211446 h 32 HYPERLINK l _Toc173211447 6.7 側(cè)護(hù)板的設(shè)計 PAGEREF _Toc173211447 h 32 HYPERLINK l _Toc1732

23、11448 6.7.1 頂梁側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)及作用 PAGEREF _Toc173211448 h 32 HYPERLINK l _Toc173211449 6.7.2 掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)及作用 PAGEREF _Toc173211449 h 32 HYPERLINK l _Toc173211450 6.8 推移方式的設(shè)計 PAGEREF _Toc173211450 h 32 HYPERLINK l _Toc173211451 6.9 護(hù)幫裝置與防倒防滑裝置的設(shè)計 PAGEREF _Toc173211451 h 33 HYPERLINK l _Toc173211452 第7章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 PA

24、GEREF _Toc173211452 h 34 HYPERLINK l _Toc173211453 7.1 液壓支架傳動裝置的基本要求 PAGEREF _Toc173211453 h 34 HYPERLINK l _Toc173211454 7.2 液壓支架的傳動特點 PAGEREF _Toc173211454 h 34 HYPERLINK l _Toc173211455 7.3 控制系統(tǒng)及液壓組件 PAGEREF _Toc173211455 h 34 HYPERLINK l _Toc173211456 7.4 液壓系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc173211456 h 35 HYPER

25、LINK l _Toc173211457 第8章 液壓支架受力分析 PAGEREF _Toc173211457 h 36 HYPERLINK l _Toc173211458 8.1 支架支撐力分析 PAGEREF _Toc173211458 h 36 HYPERLINK l _Toc173211459 8.2 頂梁受力分析 PAGEREF _Toc173211459 h 37 HYPERLINK l _Toc173211460 8.3 前后連桿受力分析 PAGEREF _Toc173211460 h 38 HYPERLINK l _Toc173211461 8.4 頂梁載荷分布分析 PAGER

26、EF _Toc173211461 h 38 HYPERLINK l _Toc173211462 第9章 液壓支架強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc173211462 h 40 HYPERLINK l _Toc173211463 9.1 液壓支架在強(qiáng)度設(shè)計時的強(qiáng)度條件 PAGEREF _Toc173211463 h 40 HYPERLINK l _Toc173211464 9.2 立柱強(qiáng)度的驗算 PAGEREF _Toc173211464 h 41 HYPERLINK l _Toc173211465 9.2.1 油缸穩(wěn)定性的驗算 PAGEREF _Toc173211465 h 41 HYPERL

27、INK l _Toc173211466 9.2.2 活塞桿強(qiáng)度的驗算 PAGEREF _Toc173211466 h 43 HYPERLINK l _Toc173211467 9.2.3 油缸的最大撓度 PAGEREF _Toc173211467 h 44 HYPERLINK l _Toc173211468 9.2.4 缸體強(qiáng)度的驗算 PAGEREF _Toc173211468 h 45 HYPERLINK l _Toc173211469 9.3 頂梁強(qiáng)度的校核 PAGEREF _Toc173211469 h 50 HYPERLINK l _Toc173211470 9.4 底板比壓強(qiáng)度校核

28、PAGEREF _Toc173211470 h 52 HYPERLINK l _Toc173211471 9.5 底座強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc173211471 h 54 HYPERLINK l _Toc173211472 結(jié) 論 PAGEREF _Toc173211472 h 57 HYPERLINK l _Toc173211473 致 謝 PAGEREF _Toc173211473 h 58 HYPERLINK l _Toc173211474 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc173211474 h 59 HYPERLINK l _Toc173211475 附錄1 PAGEREF

29、 _Toc173211475 h 60 HYPERLINK l _Toc173211476 附錄2 PAGEREF _Toc173211476 h 64第1章 緒論1.1 液壓支架發(fā)展概況20世紀(jì)50年代前,在國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)中,基本上采用木支柱、木頂梁或金屬摩擦支柱和鉸接頂梁來支護(hù)頂板。1954年英國首次研制出液壓支架,目前,以液壓支架為主體的地下綜采設(shè)備,已逐步向程控、遙控和自動化方向發(fā)展。我國是煤炭產(chǎn)業(yè)大國,在20世紀(jì)60年代也曾研制了幾種液壓支架,但未得到推廣和應(yīng)用。20世紀(jì)70年代我國從英、德、波蘭和前蘇聯(lián)等國家引進(jìn)數(shù)十套液壓支架,經(jīng)過使用、仿制和總結(jié)經(jīng)驗,到20世紀(jì)80年代以后我國液

30、壓支架的研制和應(yīng)用獲得了迅速的發(fā)展,相繼研制和生產(chǎn)了TD系列、ZY系列和ZZ系列等20多種不同規(guī)格的液壓支架。目前,在國內(nèi)大、中型礦井中,條件合適的煤層均采用液壓支架進(jìn)行綜合機(jī)械化開采。1980年起人們?nèi)〉昧藢ψ砸剖揭簤褐Ъ艿难兄瞥晒Σ⒅鸩礁倪M(jìn)完善,進(jìn)而普遍推廣應(yīng)用,使回采工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運煤和支護(hù)控頂?shù)裙ば蛉繉崿F(xiàn)綜合機(jī)械化,煤礦取得了較大綜合效益。今天隨著計算機(jī)技術(shù)和自動化技術(shù)的普及應(yīng)用和提高,為煤礦生產(chǎn)自動化和高效生產(chǎn)提供了新的出路。1.2 國內(nèi)外支架的現(xiàn)狀與國外的差距1.2.1 國外液壓支架現(xiàn)狀 80年代以來,世界主要采煤國家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、降低成本、實現(xiàn)礦井

31、集中生產(chǎn)做努力, 他們積極開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù),致力于高性能、高可靠性的新一代重型液壓支架的研制。新型液壓支架普遍具有微型電機(jī)或電磁鐵驅(qū)動的電液控制閥,推移千斤頂裝有位移傳感器,采煤機(jī)裝有紅外線傳感裝置,立柱缸徑超過400mm。為減少割煤時間,一般采用0.81m的截深。支架還采用屈服強(qiáng)度8001000MPa的鋼板,既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性,又具有良好的冷焊性能。隨著長壁工作面長度的不斷增加,為適應(yīng)快速移架的需要,國外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站,其額定壓力為4050MPa,額定流量400500L/min,可實現(xiàn)工作面成組或成排快速移架,達(dá)到68s/架。美國是世界上最先進(jìn)的采煤國家,早在1990

32、年就已采用額定壓力50MPa、額定流量478L/min的乳化液泵站,以實現(xiàn)支架快速推進(jìn),移架速度達(dá)68s/架。美國的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護(hù)式支架,使用壽命810年,可用率高達(dá)95%98%。支架平均工作阻力6470kN(最大為9800kN),支架寬度普遍增大,中心距達(dá)到1.75m,并向2m發(fā)展,增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時間、增加有效工作時間和提高單產(chǎn)。如洛斯公司20英里礦在2505280m長壁綜采面用工作阻力為28565kN電液控制兩柱掩護(hù)式支架,1997年6月產(chǎn)商品煤90.43萬t,成為世界上首次月產(chǎn)商品煤近百萬噸的工作面；1995年9月,糜鹿礦用工作阻力為8900kN 電流

33、控制的兩柱掩護(hù)式支架,月產(chǎn)煤達(dá)到60.11萬t。美國綜采工作面最高日產(chǎn)超7萬t,最高工效1336t/工。澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn),使用兩柱掩護(hù)式支架,支架的平均工作阻力為7640kN。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護(hù)式支架,在1995年8月8日創(chuàng)下澳大利亞有史以來日產(chǎn)3.41萬t的最高記錄,班產(chǎn)一直保持在50006000t。英國也在大力發(fā)展兩柱掩護(hù)式支架,工作阻力有了很大提高,達(dá)到60008000kN。1.2.2 國內(nèi)液壓支架現(xiàn)狀我國在1964年由太原分院和鄭州煤機(jī)廠設(shè)計70型邁步式自移支架,從此開始了液壓支架的國產(chǎn)化道路。1984年,北京開采所、沈陽所、鄭州煤機(jī)廠在沈陽蒲河礦

34、進(jìn)行我國第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗,繼而研制了多種低位、中位元和高位放頂煤支架,成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水平分層工作面使用。1990年后,國產(chǎn)液壓支架得到了全面的發(fā)展,到1998年止,全國已建成88處高產(chǎn)高效礦井,其中14處礦單個工作面的單產(chǎn)達(dá)15.72萬t/月,原煤生產(chǎn)人員效率達(dá)9.16t/工,綜采機(jī)械化水平49.32%,達(dá)到了世界先進(jìn)水平。1.我國液壓支架的基本架型（1）ZZ系列支撐式支架該系列支架切頂能力強(qiáng),穩(wěn)定性好,支護(hù)強(qiáng)度大,易于操作。支架的工作阻力為200010000kN,支架高度0.94.7m,一般在工作面傾斜15以上時配防倒防滑裝置。支架的結(jié)構(gòu)特點為:立柱呈X、

35、V型布置,兩柱支頂、兩柱支掩或四柱支頂; 頂梁為整體、楔型或鉸接型,有前伸縮梁或挑梁；有長短兩種掩護(hù)梁；底座有整體分體、半鋼性分離底座,可設(shè)抬底座機(jī)構(gòu)；單側(cè)活和雙側(cè)活側(cè)護(hù)板或不設(shè)側(cè)護(hù)板,側(cè)護(hù)板有全封閉或半封閉兩種,型式為直推式或合頁式；本架或鄰架操作。（2）ZY系列掩護(hù)式支架該系列支架采高范圍大,支架長度短,相對成本低,操作靈活。支架的工作阻力為18006000kN，支架高度0.753.8m。其結(jié)構(gòu)特點為:兩立柱支頂,個別有另一柱支撐掩護(hù)梁代替平衡千斤頂；整體和鉸接或楔型頂梁,有前挑梁或伸縮梁；整體分體，半鋼性分離底座；本架或鄰架操作。2.不同采煤方法中使用的國產(chǎn)液壓支架（1）緩傾斜厚煤層一次

36、采全高支架大采高支架總共10余種,大多為ZY型掩護(hù)式支架,少數(shù)為ZZ型支撐式支架,支架高度25m ,工作阻力320010000kN 。支架結(jié)構(gòu)特點:各鉸接孔間隙小，制造精度高，支架穩(wěn)定性好,支架側(cè)推力大,充分考慮防倒防滑,有調(diào)架機(jī)構(gòu),有很好的護(hù)幫機(jī)構(gòu),一般有伸縮梁,能實時支護(hù)和防片幫,多為本架操作。（2）緩傾斜薄煤層液壓支架由于薄煤層支架對其空間有嚴(yán)格要求,所以整體頂梁盡可能薄且較長；推桿中長；立柱可以X型布置；支架前部有寬度不少于500mm的空間,從而保證行人安全；鄰架操作。（3）大傾角煤層一次采全高液壓支架對傾角為25 45的煤層來說,液壓支架應(yīng)有較大初撐力和工作阻力,各鉸接孔間隙要小,制

37、造精度要高,以保證支架的穩(wěn)定。支架應(yīng)有可靠的防倒防滑和調(diào)架裝置,活動側(cè)護(hù)板應(yīng)有較大行程和推力,支架與采煤機(jī)道之間需設(shè)防砸安全擋板,底座應(yīng)設(shè)腳踏板或扶手。這種支架多為ZY掩護(hù)式,鄰架操作。（4）厚、特厚傾斜煤層分層鋪網(wǎng)支架架型為ZZ支撐式、ZY掩護(hù)式和垛式,有鋪頂網(wǎng)和鋪底網(wǎng)之分,可采用架前鋪聯(lián)網(wǎng)或架后鋪聯(lián)網(wǎng)方式,機(jī)械或手工操作,其中手工聯(lián)網(wǎng)又分橫聯(lián)和豎聯(lián)兩種方法。這種支架的特點是工作阻力稍大、掩護(hù)梁和底座中有充足的空間,便于使用。多為本架操作。（5）特厚煤層放頂煤液壓支架a .高位放頂煤支架放頂煤支架按放煤位置可分高位、中位和低位三種。高位放頂煤支架高1.53.5m ,工作阻力20005600k

38、N ,為鄰架操作,也可用于緩傾斜和傾斜特厚煤層水平分層開采。b.中位放頂煤支架該類支架為雙運輸機(jī)式,可用于緩傾斜和急傾斜特厚煤層水平分層采煤。掩護(hù)梁開天窗,天窗有插板和回轉(zhuǎn)式兩種。四立柱可全部支在頂梁上,或?qū)⑵渲袃芍г陧斄?、另兩柱支在掩護(hù)梁上。連桿型式有單鉸接和四連桿兩種。c. 低位放頂煤支架低位放頂煤支架的放煤口位于掩護(hù)梁下方,后部運輸機(jī)直接放在底板或底座后部的拖板上。由于放煤口三面敞開,不丟脊背煤,回收率相對較高；煤塵小, 放煤口大,不易堵塞；根據(jù)要求,可在每組支架放煤口的下風(fēng)側(cè)和靠工作面一側(cè)各裝4個噴頭,支架放煤或移架時,本架支架或者相鄰支架的噴霧自動打開滅塵。（6） 難采煤層液壓支架

39、a .三軟煤層液壓支架該類液壓支架要求底座面積盡量大并具備抬底座功能,采用底座半封底或全封底以降低底板比壓。頂梁要具備立即支護(hù)功能,帶伸縮梁或伸縮梁加挑梁,其側(cè)護(hù)板應(yīng)使支架處于全封閉狀態(tài),多為鄰架操作。b. 兩硬煤層液壓支架該類支架多為ZZ型,要求工作阻力大,切頂力大,頂梁為整體、楔型和鉸接前梁帶挑梁式,掩護(hù)梁需盡量短,與水平夾角大,底座為半鋼性分體式,安全閥應(yīng)有足夠的流量以抵抗頂板沖擊。鄰架或本架操作。1.2.3 我國液壓支架與國外液壓支架存在的差距我國液壓支架經(jīng)過30多年的發(fā)展,盡管取得了顯著成績,在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸、甚至班產(chǎn)超萬噸的記錄,但總體水平與世界先進(jìn)采煤國家仍存在一定

40、差距。在支架架型功能上我國與國外相差無幾,有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨到之處,但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低,電液控制閥可靠性差,所用鋼材一般為16Mn,最好的屈服極限才700MPa,液壓系統(tǒng)壓力在35MPa以下,流量在200L/min以內(nèi),供液管,回液管,最快移架速度1012s/架(井下實際應(yīng)用有時在20s以上),工作阻力更是相對較低。1.3 液壓支架研究發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,新技術(shù)、新方法、新材料的不斷應(yīng)用,微機(jī)和計算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步普及,為液壓支架的發(fā)展提供了有利的條件。目前,液壓支架研究發(fā)展可以從以下幾個方面著手:(1) 液壓支架

41、的結(jié)構(gòu)形式正朝著簡單實用方向發(fā)展,如液壓支架的架型明顯地向兩柱掩護(hù)式支架和四柱支撐式掩護(hù)式支架發(fā)展。(2) 在已有支架設(shè)計與應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,將有限元和計算機(jī)輔助設(shè)計相結(jié)合,研究支架的智能化設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化,進(jìn)一步提高支架的科學(xué)性、可靠性以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化性。其中在設(shè)計中應(yīng)注意以下幾個方面:提高液壓支架的設(shè)計強(qiáng)度,加大支架的工作阻力,加大支架的設(shè)計強(qiáng)度系數(shù),還有選材等方面；如何提高支架的移架速度；改進(jìn)支架個別部件結(jié)構(gòu),加大聯(lián)結(jié)件強(qiáng)度。(3) 改進(jìn)制造工藝,保證制造質(zhì)量；對支架的閥類,從材料、熱處理、加工條件和密封件入手,制定更嚴(yán)格的質(zhì)量和抗腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。(4) 對不穩(wěn)定頂板、松軟底板、地質(zhì)構(gòu)

42、造較復(fù)雜等特殊條件,加大投入,研制大量的特殊支架,以適用不同的開采條件。(5) 新型組件與材質(zhì),可減輕支架重量,提高支架性能和使用壽命。(6) 結(jié)構(gòu)上尋求克服四連桿的新型架型。(7) 快速支架電液控制系統(tǒng)的研制和投入,研究支架的遙控、程控控制和性能自動監(jiān)控,為回采工作面的半自動化與自動化創(chuàng)造條件。今后10年,我國的液壓支架將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快(68s/架)和電液控制閥的方向發(fā)展,對有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力,盡量采用整體可靠推桿和抬底座機(jī)構(gòu),并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。另外,將普遍采用額定壓力為40MPa 、額定流量為400L/min的高壓大流量乳化液泵站,以適應(yīng)快速移

43、架的需要；系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供液,保證支架有足夠的壓力達(dá)到初撐力,保證支架接頂位置準(zhǔn)確。ZY兩柱掩護(hù)式支架的比重將大大增加,缸徑將增至 ADVANCE ,端頭支架，輕放多用途支架將被廣泛使用。第2章 液壓支架的使用及使用范圍2.1 液壓支架的分類按液壓支架在采煤工作面的安裝位置來劃分，液壓支架分端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面兩端以外的采煤工作面上所有位置的支架。中間液壓支架按結(jié)構(gòu)形式與頂板結(jié)構(gòu)形式來劃分，可分為3種基本類型，即：支撐式，掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架。支撐式液壓支架又有垛式和節(jié)式之分。掩護(hù)式液壓支架

44、又有插腿式和非插腿式之分。支撐掩護(hù)式液壓支架又有四柱支在頂梁上，一柱或兩柱支在掩護(hù)梁上之分。2.2 液壓支架的適用范圍 （1）支撐式液壓支架支撐式液壓支架有垛式和節(jié)式之分。垛式支架的作用好象一堆木垛，所以它稱為垛式液壓支架。垛式支架一般具有很長的頂梁。立柱的支撐能力通過頂梁完全作用于支撐頂板。垛式支架支撐力大，切頂性能好，穩(wěn)定性較好，工作空間比較大，容易滿足通風(fēng)的要求。垛式支架由于較寬又長，移架時頂板暴露的面積較大，再直接頂比較破碎的頂板條件下使用很困難。所以垛式支架僅適用頂板較堅硬和穩(wěn)定的煤層。（2）掩護(hù)式液壓支架掩護(hù)式液壓支架沒有支撐部件只有掩護(hù)部件，立柱的承載能力完全用以承受掩護(hù)梁上的載

45、荷（冒落的矸石），所以稱為掩護(hù)式支架。掩護(hù)式支架適用頂板特軟，特破碎的煤層。（3）支撐掩護(hù)式液壓支架支撐掩護(hù)式液壓支架它的頂梁很長（與垛式支架相似），掩護(hù)梁很短，4根立柱組成垛式結(jié)構(gòu)。這類支架對頂板的控制主要通過頂梁來支撐頂板，掩護(hù)梁只隔絕支架后面冒落的矸石，所以稱為支撐掩護(hù)式液壓支架，實質(zhì)上它是加強(qiáng)擋矸裝置的垛式支架。2.3 掩護(hù)式液壓支架的分類及結(jié)構(gòu)2.3.1 掩護(hù)式液壓支架的分類掩護(hù)液壓支架分為：（1）掩護(hù)梁與底座直接鉸接的支架，支架升降時梁端運動軌跡為圓弧。這種支架結(jié)構(gòu)簡單，但梁端距變化大，易造成近煤壁頂板冒落，故只適用于調(diào)高范圍小的支架，如放頂煤支架等。（2）掩護(hù)梁通過前、后連桿與底

46、座鉸接構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)的支架，升降時頂梁運動軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距小。這種支架應(yīng)用最多。這種支架又分為立柱上端支撐在掩護(hù)梁上（掩護(hù)式）和立柱上端支撐在頂梁上（支頂式）的兩種結(jié)構(gòu)。支頂式掩護(hù)支架的頂梁與掩護(hù)梁間必設(shè)一平衡千斤頂，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在立柱工作阻力相同的條件下其支撐力較支掩式掩護(hù)支架大些。掩護(hù)式支架不僅有掩護(hù)梁，且架間通過側(cè)護(hù)板相互擠緊，故掩護(hù)性能好，但立柱少，切頂能力弱。因頂梁較短，控頂距較小，故支護(hù)強(qiáng)度并不小，對頂板重復(fù)支撐次數(shù)也較少。通風(fēng)斷面小。因采用連桿機(jī)構(gòu)，抗水平的能力強(qiáng)，使立柱不受橫向力。這種支架適用于不穩(wěn)定頂板和中等穩(wěn)定的直接頂（1、2類），或周期來壓緩和的老

47、頂?shù)鹊V壓條件。2.3.2 掩護(hù)式液壓支架的整體結(jié)構(gòu)掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)主要由頂梁、掩護(hù)梁、側(cè)護(hù)板、底座、前后連桿、立柱、平衡千斤頂、推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、操縱閥、控制閥等組成。第3章 液壓支架的工作原理3.1液壓支架的用途及適用原理3.1.1 液壓支架的用途在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)中，為防止頂板冒落，維持一定空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進(jìn)行，必須對頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是以高壓液體作為動力，由液壓組件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實踐表明，液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度大、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組

48、成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠的實現(xiàn)的采煤綜合機(jī)械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。3.1.2 液壓支架的動作原理及它的特性曲線形式液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移4個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的的幾個液壓缸來完成的。其工作原理如圖3-1所示： 圖3-1液壓支架工作原理1-輸送機(jī)；2推移千斤頂；3立柱；4安全閥；5液控單向閥；6操縱閥（1）升柱。當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時，高壓乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔，另一腔回

49、液，推動活塞上升，使與活塞相連接的頂梁緊密接觸頂板。（2）降柱。當(dāng)需要降柱時，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。（3）支架和輸送機(jī)前移。支架和輸送機(jī)前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成的。當(dāng)支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機(jī)時，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。支架的支撐力與時間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖3-2所示： 圖3-2支架的工作特性曲線 t0-初撐階段；t1增阻階段；t2恒

50、阻階段；p2初撐力；p1工作阻力支架立柱工作時，其支撐力隨時間的變化過程可分為3個階段：支架在升柱時，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階段為初撐階段t0；支架初撐后，隨頂板下沉，立柱的下腔壓力增加，直至增加到支架的安全閥調(diào)正壓力；立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力，此階段為增阻階段為t1；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，立柱下腔壓力超過支架的安全閥調(diào)正壓力，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)正值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)正壓力的限制下，壓力曲線隨時

51、間成波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。3.1.3移架力大于推溜力的原因及實現(xiàn)方法由于移動液壓支架所需的力大于推輸送機(jī)所需的力，又因為如果推輸送機(jī)力過大，能把輸送機(jī)的槽幫推壞，所以移架力要大于推溜力。要實現(xiàn)移架力大于推溜力，有兩類方法，第一類方法是用推移千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)來實現(xiàn)；第二類方法是用兩種不同等級的工作壓力，移架時，用較高的工作壓力，推溜時，用較低的工作壓力。3.2 液壓支架部件工作原理及要求3.2.1 作用在頂梁和底座上的摩擦力的產(chǎn)生原因及方向頂梁和底座上的摩擦力的產(chǎn)生有兩種情況：第一種情況是，當(dāng)支架前移時，頂板對頂梁和底座之間產(chǎn)生摩擦，從而產(chǎn)生摩擦力，它的大小與頂板對頂梁的作用力和支架底座

52、對底板的作用力及它們的摩擦系數(shù)有關(guān)，它們的方向與支架的運動方向相反；第二種情況是，由于掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架有四連桿機(jī)構(gòu)，使頂梁前端的運動軌跡成紐線，所以當(dāng)支架在承載讓壓過程中，頂梁載荷作用在頂梁上產(chǎn)生摩擦力，摩擦力的大小與頂板載荷和頂板與頂梁的摩擦系數(shù)有關(guān)，它們的方向與雙紐線的軌跡有關(guān)，當(dāng)雙紐線軌跡向前凸時，頂板在承載讓壓過程中，頂板向前運動，摩擦力方向向后，反之，則向前。3.2.2 立柱在支架工作過程中的作用及對性能的要求立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，因而除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)

53、支架的工作要求。3.2.3 液控單向閥在立柱和推移千斤頂上的工作原理（1）液控單向閥在立柱上的工作原理立柱上的液控單向閥，利用該閥的閉鎖原理來控制立柱下腔的工作狀態(tài)。立柱初撐時，它使工作液體進(jìn)入立柱下腔產(chǎn)生初撐力；立柱承載時，它可以封閉下腔的工作液體，產(chǎn)生與工作阻力相應(yīng)的壓力；立柱卸載時可以使下腔液體排出。（2）液控單向閥在推移千斤頂上的工作原理在推移千斤頂上的液控單向閥，也是利用該閥的閉鎖原理，來控制推移千斤頂活塞腔的工作狀態(tài)，以直接推移方式為例，如圖3-3所示：圖3-3推移千斤頂液壓系統(tǒng)圖 1推移千斤頂； 2液控單向閥缸體與支架底座鉸接，活塞桿與輸送機(jī)鉸接，當(dāng)推輸送機(jī)時，它可以使工作液體進(jìn)

54、入活塞腔，產(chǎn)生推輸送機(jī)力，當(dāng)推移千斤頂液壓系統(tǒng)不操作，采煤機(jī)在輸送機(jī)上工作時，可以封閉活塞腔的工作液體，防止輸送機(jī)與液壓支架發(fā)生相對運動；在移架時，高壓液進(jìn)入活塞桿腔，同時打開液控單向閥，使活塞腔液體排出，但由于左、右鄰架液壓系統(tǒng)沒有操作，使左、右鄰架保持縮緊狀態(tài)，防止輸送機(jī)被支架拉回。第4章 設(shè)計方案4.1設(shè)計方案的擬訂預(yù)設(shè)計一種掩護(hù)式液壓支架，為安全生產(chǎn)提供條件，方案如圖4-1所示： 方案1 方案2 方案3圖4-1掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)簡圖方案1掩護(hù)梁與底座直接鉸接，不帶四連桿機(jī)構(gòu)，支架升降時梁端運動軌跡為圓弧，這種支架的結(jié)構(gòu)簡單，但梁端距變化大，易造成近煤壁頂板冒落；方案2與方案3都帶有四連

55、桿機(jī)構(gòu)，這種支架掩護(hù)梁通過前、后連桿與底座鉸接，升降時梁端的運動軌跡為近似平行煤壁的雙紐線，梁端距變化較小，但方案3支頂式掩護(hù)支架較方案2支掩式掩護(hù)支架在立柱工作阻力相同的條件下其支撐力大些。經(jīng)過以上分析，方案3比較合理，所以采用方案3。4.2主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是：煤層厚度：1.32.6m 煤層傾角：4.3 主要計算步驟主要計算步驟：（1）支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的擬定。（2）四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計。 （3）初撐力和工作阻力的確定。（4）結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。（5）各主要部件的設(shè)計。 （6）主要部件強(qiáng)度的校核。（7）繪制相應(yīng)設(shè)計內(nèi)容的技術(shù)圖紙。第5章 液壓支架的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計5.1液壓支架設(shè)計的基本要

56、求和基本參數(shù)5.1.1液壓支架的設(shè)計目的采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對煤炭增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。而每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計工作量也是很大的。由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個

57、環(huán)節(jié)。5.1.2設(shè)計時對液壓支架的基本要求（1）滿足對采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板。（2）液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100150kN，中厚煤層一般為150250kN，厚煤層一般為300400kN。（3）防矸性能好。（4）排矸性能好。（5）要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。（6）為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械?。?）調(diào)高范圍要大，照明和通信要方便。（8）支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。（9）要求液

58、壓支架要有足夠的剛度，能夠承受一定不均勻載荷和沖擊載荷。（10）在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能能減輕支架重量。（11）要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。5.1.3 設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)（1）最大和最小采高。根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。（2）工作面煤壁條件。根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。（3）煤層傾角。根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。（4）配套尺寸。根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計算頂梁長度。5.1.4 本文做的主要工作本文的主要工作是根據(jù)實際條件：煤層厚度1.32.6m，煤層傾角15，設(shè)計一種掩護(hù)式液壓支架，以保證安全生產(chǎn)的需要。5.2液壓支架的參數(shù)確定

59、5.2.1 液壓支架高度的確定根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件并能滿足配套設(shè)施，如采煤機(jī)、輸送機(jī)的高度要求和保證采煤人員有足夠的空間等因素確定，其最大與最小高度為： EQ EQ 再根據(jù)支架最大、最小高度系列,確定支架的最大、最小高度為：。式中 支架的最大高度； 支架最小高度；煤層最大厚度（最大采高）；煤層最小厚度（最小采高）； EQ 考慮偽頂，煤皮冒落后仍有可靠的初撐力所需要的支撐高度，一般取0.20.3m，這里取0.2m； 頂板最大下沉量，一般取0.10.2m，這里取0.1m； 移架時支架的最小可伸縮量，一般取0.05m； 浮矸，浮煤厚度，一般取0.02m；5.2.2 支架伸縮比的確定

60、支架的伸縮比指支架最大與最小高度之比，即 由于液壓支架的使用壽命較長，并可能并安裝在不同采高的采煤工作面，所以支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時，垛式支架的伸縮比為1.9；支撐掩護(hù)式液壓支架為2.5；掩護(hù)式液壓支架可達(dá)3.0。一般范圍為1.52.5。5.2.3支架間距的確定目前主要根據(jù)輸送機(jī)中部槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定。我國刮板輸送機(jī)中部槽每節(jié)長度為1.5m，千斤頂連接塊位置在中部槽中間位置，支架間距一般為1.5m，我國規(guī)定支架標(biāo)準(zhǔn)中心距為1.5m。5.2.4 支架寬度的確定包括側(cè)護(hù)板在內(nèi)的頂梁寬度1.41.6m（下限為側(cè)護(hù)板收縮時的運輸寬度，1.5m為支架正常工作的