煤礦用液壓支架詳細(xì)介紹（完整版）

采煤綜合機(jī)械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕笨重的體力勞動(dòng)，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機(jī)械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。液壓支架主要由以下幾個(gè)基本部分組成：頂梁，掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)，側(cè)護(hù)板，底座，立柱，千斤頂。設(shè)計(jì)要遵從支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等原則。在支撐掩護(hù)式的設(shè)計(jì)過程中，前梁、主頂梁、掩護(hù)梁和立柱等結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。本論文介紹了液壓支架的結(jié)構(gòu)，類型，工作原理，特點(diǎn)，目的及要求，對掩護(hù)式液壓支架作了詳盡的分析和介紹，講述了這種支架的方案和用途。目錄中文摘要 .錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。Abstract .第一章引言 .1.1前言 .1.2緒論 .1.2.1我國液壓支架的發(fā)展 .1.2.2液壓支架的發(fā)展動(dòng)向 .1221.液壓支架的組成與分類第二章支架設(shè)計(jì) .錯(cuò)誤！未定義書簽。2.1工況分析 .錯(cuò)誤！未定義書簽。2.2液壓支架工作原理 .2.2.1支架升降 .2.2.2支架移動(dòng)和推移輸送機(jī) .4462.支架結(jié)構(gòu)的選擇.62.3.12.3.22.3.3頂梁的選取側(cè)護(hù)板的選取底座的選取 推移裝置的選取護(hù)邦裝置的選取.7.7.7.7.82.3.42.3.52.3.6防倒滑裝置的選取.8 2.3.7液壓支架的主要液壓元件和泵站82.3.7.12.3.7.22.3.7.32.3.7.42.3.7.5立柱液控單向閥安全閥操縱閥泵站.89.910.102.4支架主要尺寸的確定.112.4.12.4.22.4.32.4.42.4.52.4.62.4.72.4.8已知參數(shù)支架高度的確定中心距和寬度的確定.11.11.12梁端距和頂梁長度的確定 .12支架四連桿機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)及計(jì)算底座長度的確定頂梁長度的確定立柱的技術(shù)參數(shù)確定.12.16.16.18.19.19192.4.8.1立柱數(shù)的確定支撐方式立柱缸體內(nèi)徑立柱間距2.4.8.22.4.8.32.4.8.4202.5液壓支架的受理分析和計(jì)算212.5.12.5.2頂梁的受力分析掩護(hù)梁的受力分析.21222.5.3底座受理分析.252.6液壓支架主要部件的強(qiáng)度校核262.6.12.6.22.6.32.6.4頂梁強(qiáng)度校核掩護(hù)梁強(qiáng)度校核底座強(qiáng)度校核立柱強(qiáng)度校核.26.32.35.38.422.7液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .第三章結(jié)束語第四章參考資料.44.46 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(dòng)化方向發(fā)展。我國是煤炭生產(chǎn)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(yàn)，到 20世紀(jì)80年代以后我國液壓支架的研制和應(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Π滓剖揭簤褐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(yùn)煤和支護(hù)控頂?shù)裙ば蛉繉?shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化，煤礦取得了較大綜合效益。到世紀(jì) 90年代初，人們尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進(jìn)采煤方法，采用了放頂煤技術(shù)。低位放頂煤液壓支架是一種支持雙輸送機(jī)的支架架型，支架掩護(hù)梁后部鉸接一個(gè)帶有插板的尾梁，低位放頂煤液壓支架一般為四柱支撐掩護(hù)式支架類型，這種架型有一個(gè)可以上下擺動(dòng)的尾梁（擺動(dòng)幅度 45度左右），因此在擺動(dòng)中可以松動(dòng)煤層，并維持一個(gè)落煤的空間。尾梁中間有一個(gè)液壓控制的插板，可以放煤和破碎大煤塊，并且具有連續(xù)的放煤口。低位放頂煤支架分為小插板是低位放頂煤支架和大插板式低位放頂煤液壓支架。20為了改進(jìn)支架的支護(hù)性能，提高它對礦山地質(zhì)條件的適應(yīng)性，擴(kuò)大使用范圍，延長使用壽命，目前液壓支架由下列幾方面的發(fā)展動(dòng)向：大力發(fā)展掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，對其他形式的支架應(yīng)逐步減少，原因是這些支架主要采用四連桿機(jī)構(gòu) ,使兩端和媒壁之間的距離基本保持恒定 ;支柱支在頂梁上 ,提高支架的工作阻力 ;頂梁和掩護(hù)梁鉸接 ,避免了兩者之間產(chǎn)生的三角區(qū) ;掩護(hù)梁和頂梁的主梁部分均裝設(shè)側(cè)護(hù)板 ,提高了支架的防護(hù)能力 ;采用整體自移式 ,便于支架操作和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 .液壓支架的進(jìn)一步發(fā)展是著重解決擴(kuò)大使用范圍的問題 ,同時(shí),為擴(kuò)大支架適應(yīng)的高度范圍 ,廣泛采用雙伸縮式支柱 .采用高壓乳化液泵 ,以提高支架的初撐力 ,很多國家使用的泵站壓力以達(dá)到 300公斤/cm2以上,為了簡化支架管路系統(tǒng)和便于安裝操作 ,開始采用”多芯管”先導(dǎo)式鄰架控制的操縱方式 .為加快移加速度 ,進(jìn)一步改善操作條件 ,支架控制正在向自動(dòng)控制方向發(fā)展 ,目前,分組程序控制已開始使用 ,全工作面的自動(dòng)控制還處于研究階段 . 1.3液壓支架的組成和分類1.3.1液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與圍巖的作用關(guān)系“般分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式 (圖 1-2)和支撐掩護(hù)式 (圖 1-3)根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為 4個(gè)部分：( 1)承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。(2)液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實(shí)現(xiàn)支架的各種動(dòng)作，產(chǎn)生液壓動(dòng)力。(3)控制元部件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動(dòng)作及保證所需的工作特性。圖 1-2掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)圖 1-3支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)(4)輔助裝置，如推移裝置、護(hù)幫 (或挑梁 )裝置、伸縮梁 (或插板 )裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。1.3.2液壓支架的分類及特點(diǎn)按液壓支架在采煤工作面的安置位置來劃分，有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(gè)采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在 除工作面端頭以外的采煤工作面所有位置的支架。中間液壓支架按其結(jié)構(gòu)形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式。1支撐式支架支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動(dòng)作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架（圖 1-4 a）和節(jié)式支架（圖 1-4 b）兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機(jī)連接并互為支點(diǎn)整體前移。節(jié)式支架由 2 3個(gè)框節(jié)組成，移架時(shí)，各節(jié)之間互為支點(diǎn)交替前移，輸送機(jī)用于支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本淘汰。支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：頂梁較長，其長度多在4m左右；立柱多，一般是 4 6根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護(hù)性能是：支撐力大，且作用點(diǎn)在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風(fēng)斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強(qiáng)烈周期來壓，且水平力小的條件。此種支架在現(xiàn)階段的綜采工作面的生產(chǎn)時(shí)都已基本不再采用。2掩護(hù)式支架（如圖 1-2）其主要由前梁、主梁、掩護(hù)梁和側(cè)護(hù)板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。 (a)(b)圖 1-4支撐式支架結(jié)構(gòu)形式a垛式支架b節(jié)式支架它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：有一個(gè)較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護(hù)式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護(hù)式支架1根立柱外，一般都是一排 2根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為 3.0mm左右。掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。3支撐掩護(hù)式支架（如圖 1-3）其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種 支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能，可適應(yīng)各種頂?shù)装鍡l件。此種支架的優(yōu)點(diǎn)是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。它的缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾或后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都是直接支撐在頂梁上，個(gè)別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。4特種液壓支架特種液壓支架是為了滿足某些特殊的要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。支架設(shè)計(jì)2.1工況分析本次設(shè)計(jì)的液壓支架是針對神東煤礦工況條件而作。經(jīng)考察該煤礦采場圍巖的性質(zhì)具有如下情況：直接頂初次垮落步距 l為 1828米，且主要以砂巖，石炭巖組成，節(jié)理z裂隙很少；分層厚度 0.331.0米；抗壓強(qiáng)度 3299MP；綜合弱化常量 0.280.59，屬于第 3類穩(wěn)定直接頂；基本頂可根據(jù)煤層開采厚度為 3米，初次來壓步距大約為 3546米判斷其為來壓強(qiáng)烈，級基本頂；其底板的容許比壓為3.06.0MP，屬于松軟底板。根據(jù)圍巖性質(zhì)宜選擇支撐掩護(hù)式（四柱支撐掩護(hù)式）其承載能力大，切頂能力強(qiáng)，比壓較均勻。2.2液壓支架工作原理液壓支架的主要?jiǎng)幼骼O自縛升架降架推移輸送機(jī)和移架。這些動(dòng)作是利用乳化液泵站提供的高壓液體，通過液壓控制系統(tǒng)控制不同功能的液壓缸來完成的。每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)（見圖向閥和安全閥設(shè)在本架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架操作。2.1），其中液控單 圖示2.1液壓支架工作原理頂梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤頂； 5-安全閥； 6-液控單向閥；7，8-操縱閥； 9-輸送機(jī)； 10-乳化液泵；2.2.1支架升降支架的升降依靠立柱 2的伸縮來實(shí)現(xiàn)，其工作過程如下：（一）初撐操縱閥 8處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體，經(jīng)液控單向閥6進(jìn)入立柱的下腔，同時(shí)立柱上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當(dāng)頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的壓力后操縱閥置于中位，液控單向閥6關(guān)閉，從而立柱下腔的液體被封閉，這就是支架的初撐階段。此時(shí)，支架對頂板產(chǎn)行的支撐力稱為初撐力。（二）承載支架初撐后，進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴(kuò)張，這一過程就是支架的增阻過程。當(dāng)下腔液體的壓力超過安全閥 5的動(dòng)作壓力時(shí)，高壓液體經(jīng)安全閥 5泄出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動(dòng)作壓時(shí)，安全閥關(guān)閉，停止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過程。此時(shí)，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。（三）卸載當(dāng)操縱閥 8處于降架位置時(shí)，高壓液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開液控單向閥 6，立柱下腔排液，于是立柱（支架）卸載下降。由以上分析可以看出，支架工作的支撐力變化可分為三個(gè)階段（如圖2.2）。即：開始升柱至單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段 t，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段 t，以01及安全閥出現(xiàn)脈動(dòng)卸載時(shí)的恒阻階段 t，這就是液壓支架的阻力 -時(shí)間特性。它表明液壓2支架在低于額定工作阻力下工作時(shí)具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用；在達(dá)到額定工作阻力時(shí)，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大的條件下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向閥和立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閃 萊實(shí)現(xiàn)，困此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的本個(gè)重要元件。圖2.2液壓支架工作特性曲線2.2.2支架的移動(dòng)和推移輸送機(jī)如圖 2.1所示，支架和輸送機(jī)的前移，由底座 3上的推移千斤頂 4來完成。需要移架時(shí)，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進(jìn)入推移千斤頂腔，活塞腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁。4的活塞桿需要推移輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板，高壓液體進(jìn)科推移千斤頂腔回液，以支架為支點(diǎn)，活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。4的活塞腔，活塞桿2.3支架結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)液、壓支架各部件的功能和作用，其組成可分為四部分：（1）承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板及垮落巖石的載荷。（2）液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實(shí)現(xiàn)支架的各種動(dòng)作， 產(chǎn)生液壓動(dòng)力。（3）控制元部件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥、以及管路、液壓、電控元件。其主要功能是操作控制支架各液壓缸動(dòng)作及保證所需的工作特性。（4）輔助裝置，如推移裝置、護(hù)幫裝置、伸縮梁裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。2.3.1頂梁的選取支架采用整體頂梁，整體頂梁結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；可設(shè)置全長側(cè)護(hù)板，有種于提高頂板覆蓋率，改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前端一般上翹 13。2.3.2側(cè)護(hù)板的選取支架側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。本支架采用直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板一側(cè)為固定式，一側(cè)為 活動(dòng)式。固定側(cè)護(hù)板即梁的邊筋板，可增加梁體強(qiáng)度，減輕支架質(zhì)量。直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板適用于工作面傾角 15以下的緩傾斜煤層，具有擋矸密封性和導(dǎo)向性好的特點(diǎn)。這正好滿足所設(shè)計(jì)的煤層工況。2.3.3底座的選取本支架采用整體剛性底座。整體剛性底座的整體剛度和強(qiáng)度好，底座接觸面積大，有利于減小對底板的比壓，正好適用于軟底板工件面。2.3.4推移裝置的選取推移裝置由推移桿、推移千斤頂和連接頭等主要零部件組成，其中推移桿是決定推移裝置形式和性能的關(guān)鍵部件。推移桿采用正拉式短推移桿。這種推移桿是由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡單可靠，質(zhì)量輕。推移千斤頂與移步橫梁鉸接并緊靠在運(yùn)輸機(jī)槽幫上，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，且不能起到原來想象的防止支架下滑的作用。目前廣泛采用的方法是，推移千斤頂直接與運(yùn)輸機(jī)鉸接。為了提高移架力，可采用以下措施：（1 ）采用推移框架或推溜懸臂。（2 ）在推移油路上接處交替單向閥，推溜時(shí)千斤頂成差動(dòng)缸運(yùn)行，使推溜力減小。移架時(shí)活塞桿腔進(jìn)壓力液。（3 ）采用浮動(dòng)活塞。推溜時(shí)活塞腔進(jìn)壓力油液，先將浮動(dòng)活塞推到缸口，然后活塞桿才移動(dòng)而推溜。當(dāng)活塞桿腔進(jìn)壓力液時(shí)，先將浮動(dòng)活塞推回到活塞桿端，然后缸體移動(dòng)而移架。因?yàn)榛钊麠U面積小于活塞環(huán)形面積，故推溜力小于移架力。在供油壓力為 31.5兆帕?xí)r，推溜力為 181.6千牛頓，移架力為 461.8千牛2.3.5護(hù)幫裝置的選取護(hù)幫板是提高液壓支架適應(yīng)性的一種常用裝置，其作用是護(hù)幫、做臨時(shí)前梁等。此處護(hù)幫裝置采用四連桿式。這種護(hù)幫板鉸接在整體頂梁，在千斤頂與護(hù)幫板間增加一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)護(hù)幫和挑起支護(hù)頂板，并保證收回到預(yù)定的角度。四連桿機(jī)構(gòu)把千斤頂?shù)淖饔昧τ行У貍鬟f到煤壁和頂板上。這種挑梁的挑起力矩大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些。2.3.6防倒滑裝置的選取因所設(shè)計(jì)的液壓支架所適應(yīng)的場合是煤層傾角為15以下，故可以不設(shè)置防倒防滑裝置。2.3.7液壓支架的主要液壓元件和泵站2.3.7.1立柱立柱是支架實(shí)現(xiàn)支撐和承載的主要部件，它直接影響到支架的工作性能，同時(shí)還處于高壓受力狀態(tài)，因此，立柱除了具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須由足夠的抗壓和抗彎強(qiáng)度，密封良好、結(jié)構(gòu)簡單并能適應(yīng)支架的工作要求。立柱類型： 立柱按動(dòng)作不同分為單作用立柱和雙作用立柱；按結(jié)構(gòu)不同可分為活塞式和柱塞式；安身鎖不同可分為單伸縮式和雙伸縮式立柱。單作用立柱是屬于液壓升柱、自由降柱的工作方式，應(yīng)用較少，目前廣泛采用的是雙作用活塞立柱，極靠液壓力來實(shí)現(xiàn)升柱和降柱。在伸縮方式上，大采用單伸縮，只有當(dāng)煤層厚度比較大，或?yàn)榱藬U(kuò)大支架調(diào)高范圍時(shí)才采用雙伸縮立柱。立柱結(jié)構(gòu)：液壓支架實(shí)際上是推力油缸作為支撐裝置，具有以下特點(diǎn)：立柱一般由活塞、活塞桿、缸體三部分組成，由于支架工作時(shí)，立柱承受的載荷較大，降柱力較小，故活塞桿直徑較大，常采用空心結(jié)構(gòu)，以保證有足夠的剛度，活塞一般采用 Y型密封圈，銅環(huán)導(dǎo)向，缸體底部焊接，缸體與缸蓋之間用鋼絲、螺紋或卡環(huán)連接。立柱的頭部結(jié)構(gòu)為球型，預(yù)定梁或底座之間的連接采用銷軸活壓塊固定，以是立柱工作時(shí)有一定的適應(yīng)性。立柱的供液方式有外供液和內(nèi)供液兩種，一般雙伸縮立柱采用內(nèi)供液方式，單伸縮立柱大多用外供液方式，此方法簡單，加工、維修都很方便。為在一定范圍內(nèi)適應(yīng)煤層厚度變化，立柱上端可根據(jù)需要裝設(shè)機(jī)械架長桿，以增加支架高度，但其長度必須控制在立柱剛性所允許的范圍內(nèi)才可以。2.3.7.2液控單向閥液控單向閥是支架液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件之一，通常稱為“液壓鎖”。支架的工作可靠與否，與單向閥的密閉性能有直接關(guān)系，如果單向閥鎖不住立柱下腔的工作液體，支架就會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)慢慢下縮，使不能允許的，如果液控單向閥動(dòng)作不靈敏，則立柱得初撐力就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此要求液控單向閥密封可靠、動(dòng)作靈敏，并要求使用壽命長。2.3.7.3安全閥安全閥也稱為定壓閥，它與液控單向閥組合在一起，使液壓支架不可缺少的一種控制閥。安全閥是使支架保持平衡工作特性和可伸縮性的重要元件，和液控單向閥一樣，他長期處于高壓狀態(tài)。支架經(jīng)常的工作狀態(tài)取決于頂板壓力逐漸增強(qiáng)和頂板巖石的極其緩慢下沉情況。若安全閥的密封性能不好，不能保證支架達(dá)到設(shè)計(jì)的工作阻力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，故要求安全閥的動(dòng)作靈敏，閥的開啟壓力和關(guān)閉壓力差值很銷，有一定的卸荷開口量，密封可靠和工作穩(wěn)定，沒有震蕩現(xiàn)象，有較長的使用壽命，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。液壓支架采用安全閥均為直動(dòng)式，結(jié)構(gòu)簡單、工作靈敏度高，過載時(shí)，它能及時(shí)起到溢流作用，利用液壓和彈簧力的相互作用，以實(shí)現(xiàn)閥的開啟溢流和復(fù)位定壓作用。2.3.7.4操縱閥操縱閥是控制各液壓缸進(jìn)出油路使立柱完成各種動(dòng)作的開關(guān)，故要求密閉性好，工作可靠、操作方便。操縱閥的技能通過和位數(shù)必須滿足支架的動(dòng)作要求，操縱閥的機(jī)能 一般在停止位置時(shí)，各個(gè)通路應(yīng)全部回液，相當(dāng)于“ Y”型機(jī)能，故操縱閥上油液高壓進(jìn)液口和一個(gè)低壓回路上。操縱閥控制不同，可分為手控、液控、電控和電液控四種，按動(dòng)作原理可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。往復(fù)式：往復(fù)式操縱閥的閥芯元件是沿軸向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，開閉進(jìn)出口油路實(shí)現(xiàn)換向作用。它采用結(jié)構(gòu)為二位三通或三位四通電磁閥構(gòu)成組合機(jī)構(gòu)，每個(gè)閥獨(dú)立操作可實(shí)現(xiàn)復(fù)合化，但體積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，閥的操作機(jī)構(gòu)一般采用杠桿式凸輪閉輪鎖的控制裝置，也可用電控或電液控，因此往復(fù)式操作有利于實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)化?；剞D(zhuǎn)操縱閥：回轉(zhuǎn)操縱閥優(yōu)點(diǎn)是體積小，位數(shù)多，操作簡單方便，但只有單一動(dòng)作，難以實(shí)現(xiàn)組合操作。2.3.7.5泵站泵站一般有乳化液泵、乳化液箱和一套壓力控制與保護(hù)裝箱組成，裝在可沿軌道或底板移動(dòng)的平板列車上，泵站是液壓支架的動(dòng)力源，一般按設(shè)在中間運(yùn)輸巷內(nèi)，支架的液壓傳動(dòng)式乳化液作為傳遞能量的介質(zhì)，泵站的工作壓力除了硬滿足支架初撐力要求的壓力和千斤頂?shù)淖畲髩毫ν猓€應(yīng)加上管路損失。2.4支架主要尺寸的確定2.4.1已知參數(shù)：1.煤層厚度： 1.63m2.3.4.5.6.頂板穩(wěn)定度：中等支護(hù)強(qiáng)度： 0.7mpa頂板尺寸： 4.252.5m底板比壓： 3.8mpa液壓系統(tǒng)工作壓力： 31.5mpa2.4.2支架高度的確定：最大高度： HmaxMmaxS130002003200mm最小高度： HminMmin-S2-a-b=1600-200-50-50=1300mm式中： Hmax支架最大高度Hmin支架最小高度Mmax煤層最大厚度Mmin煤層最小厚度S1考慮偽頂媒皮冒落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度一般取 200300mm這里取 S1200mm S2頂板最大下沉量，一般取 100200mm這里取200mmab移架時(shí)支架的最小可縮量取 50mm浮矸浮媒厚度取 50mm2.4.3中心距和寬度的確定支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度，目前國內(nèi)外液壓支架的中心距大部分采用 1.5m。在此我們也采用此標(biāo)準(zhǔn)，在中心距為 1.5m的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中要求支架的最小寬度取14001430mm；最大寬度一般取 15701600mm，在此次設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)選取寬度為 1400mm。2.4.4梁端距和頂梁長度的確定所謂頂端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)垂直分力使搖臂和滾筒向液壓支架傾斜，為避免割到頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距也應(yīng)越大，根據(jù)支架高度，我們選定 300mm。2.4.5支架四連桿機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)及計(jì)算（ 1）用三點(diǎn)法來設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)，如圖 2.3 所示圖 2.3掩護(hù)梁和后連桿長度的確定根據(jù)四連桿幾何特征要求初選掩護(hù)梁在最高位置時(shí)與水平面夾角b160o最低位 置時(shí) b225o后連桿在最高位置時(shí)與水平面夾角 a175o最低位置時(shí) a235o根據(jù)幾何關(guān)系式： L2cosb1L1cosa1LL2cosa2L（21）與（ 2 2）聯(lián)合得（21）（22）L2cosb2L1/L2=cosb1-cosb2/cosa1-cosa2=0.73（23）因?yàn)橛?HmaxL2sinb1L2sina1（24）且 Hmax3200mm（23）與（ 2 4）聯(lián)合得：掩護(hù)梁長度 L22037mm后連桿長度 L11487mm（2）幾何作圖法求四連桿其他尺寸具體作圖方法如圖 2.4所示：圖 2.4四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 作圖步驟如下：1）確定后連桿下鉸接點(diǎn)O的位置，使其比底座略高，一般L7 =200250mm，取L =250mm。72）過 O點(diǎn)作分別作分別與底座的水平線 H H和與 H H線相交為 75o的斜線。3）以 O點(diǎn)為圓心， L為半徑作圓弧與線相交得點(diǎn)a，a即為后連桿與掩護(hù)梁1的鉸接點(diǎn)。L為半4）以點(diǎn) a作與 H H線相交為 60o的斜線，并以 a點(diǎn)為圓心，徑作圓弧交線于點(diǎn) e，此點(diǎn)即為掩護(hù)梁與頂梁的鉸接點(diǎn)。25）過e點(diǎn)作與 H H線的平行線，則線與 H H線間的距離為 Hmax。H 為支架的最大支撐高度。max其中，6）以點(diǎn) a為圓心， 0.25 L長為半徑 ,在線上交一點(diǎn) ，點(diǎn)即為前連bb2桿與掩護(hù)梁的上鉸接點(diǎn)。7）假設(shè)支架在升降過程中，頂梁端點(diǎn)作近似直線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，過點(diǎn)e作線的垂線 m-m,并在 m-m線上作支架在最低位置時(shí)頂梁與掩護(hù)鉸接點(diǎn) e，取 ee的中間某點(diǎn) e”作為支架降至中間位置時(shí)頂梁與掩護(hù)梁的鉸接點(diǎn)。8）分別以點(diǎn) O和 e”為圓心，以 Oa和 ae為半徑作圓弧，兩圓弧的交點(diǎn) a即為支架降至中間某位置時(shí)掩護(hù)梁與后連桿的鉸接點(diǎn)。同理可得支架最低位置時(shí)掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn) a”。9）連接 e”a，ea”，分別以 a和 a”為圓心， ab為半徑，作圓弧，交 e”a與線 ea”上各得 b和 b”點(diǎn)，則 b，b，b”為支架分別在最高、中間和最低位置時(shí)前連桿上鉸接點(diǎn)的位置。10）連接 ao與 a”o ，為液壓支架降到中間某點(diǎn)和最低位置后連桿的的位置。11）分別作 bb和 bb”的垂直平分線匯于點(diǎn) C，點(diǎn) c即為前連桿下鉸接點(diǎn)的位置，bc為前連桿的長度。12）過 c點(diǎn)向下作 H H的垂線，得點(diǎn) d，則 oa,ab,bc,cd,do為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。通過作圖可得四連桿尺寸：bc1500mm co900mm oa1487 mm ab509mm其余數(shù)據(jù)： cd800mm do500mm2.4.6底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件，在設(shè)計(jì)液壓支架的底座長度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面問題：1、支架對底板的接觸比壓要小；2、液壓支架內(nèi)部應(yīng)用足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；3、底座設(shè)計(jì)要便于工作人員操作和行走；4、要保證液壓支架總體的穩(wěn)定性。通常，掩護(hù)式液壓支架的底座長度取 3.5倍的移架步距（一個(gè)移架步距為 0.6m），即 2.1m左右；支撐掩護(hù)式液壓支架的底座長度取 4倍的移架步距，即 2.4m左右。考慮到該支架的工作阻力大的特點(diǎn)，在此取值應(yīng)偏大一點(diǎn)；根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選取底座的長度為 2600mm。2.4.7頂梁長度的確定：如圖 2.5所示：圖 2.5支架大體結(jié)構(gòu)頂梁長度 L（配套尺寸底座長度 L cosa）（ L cosb300e）頂1121掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)的距離配套尺寸kdi式中：式中，鏟煤板到煤壁間的距離，一般為 135150mm此處取 140mm。k輸送機(jī)寬度，查手冊煤礦礦井采礦設(shè)計(jì)手冊選 SGWD-180型號的皮帶 輸送機(jī)，其輸送帶寬度為 630mm。d采煤機(jī) MLS-170型為 250mm。3i底座前柱窩中心到底座前端的距離，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)取為配套尺寸 1406302508001820mm800mmL（182026001487cos75o）（ 2037cos60o30030）10003956mm頂其中底座長度為 2600mm，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)的距離取 1000mme為支架有高到底頂梁端點(diǎn)最大變化距離，一般不能大于 70mm這里取 30mm.驗(yàn)證頂梁的長、寬尺寸是否適用根據(jù)頂板的覆蓋率應(yīng)適合頂板的性質(zhì)，一般不穩(wěn)定頂板不小于頂板不小于 75%85%穩(wěn)定頂板不小于 60%70%。頂板覆蓋率定義公式：85%95%，中等穩(wěn)定EBL /（Lc）（Bk）1003.9561.4/(3.956+0.3)(1.4+0.2) 頂頂10080所得覆蓋率滿足中等穩(wěn)定頂板，故其設(shè)計(jì)尺寸合理2.4.8立柱的技術(shù)參數(shù)確定立柱是支架的最重要的承壓部件，在支架正常工作時(shí)，一般處于高壓受力狀態(tài)，他的工作性能直接影響整個(gè)支架的工作狀態(tài)，因此設(shè)計(jì)時(shí)，要求具有合理的工作組力和可靠的工作性能外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，并能適應(yīng)支架的要求。其中單作用又分為活塞式支活柱式、雙作用分為單伸縮、單伸縮帶機(jī)械加長桿，雙伸縮、三伸縮等。由于雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，為了降低造價(jià)，在單伸縮立柱上部安裝機(jī)械加長桿，滿足支撐高度的變化要求。為需要增加支架的最大高度時(shí)，可以先拆下四根立柱中對角線上的兩根立柱上機(jī)械加長桿的卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動(dòng)機(jī)械加長桿從立柱中拔出，當(dāng)達(dá)到所調(diào)高度時(shí)，再把這兩根機(jī)械加長桿的卡環(huán)固定，把支架降至原來高度；然后拆下另外兩根立柱的機(jī)械及長桿卡環(huán)，用同樣的方法使這里那個(gè)跟機(jī)械加長桿達(dá)到與前兩根相同的高度為止。本設(shè)計(jì)采用單伸縮立柱上部安裝機(jī)械加長桿， 2.4.8.1立柱數(shù)的確定因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的液壓支架類型為支撐掩護(hù)式，故立柱的數(shù)目應(yīng)為2.4.8.2支撐方式4根。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，使其呈傾斜布置，一般情況下，立柱軸線與頂梁的垂線夾角應(yīng)小于10，(支架在最高位置時(shí)，由于夾角較小，有效支撐能力較大，我們?nèi)∏爸侵?5o。)8o，后2.4.8.3立柱缸體內(nèi)徑40F 1D dn P cosada式中： F為支架所受的理論阻力， F7437kn1 1NPa為支架立柱數(shù) N4dda安全閥的調(diào)正壓力根據(jù)同類支架取 31.8mpa為立柱在最低位置時(shí)的最大傾角 取 a25o得 D238.9mmd根據(jù)參考資料 1表 6 1選定缸內(nèi)直徑為 250mm參考資料 1表 63得立柱工作阻力P=2352 kn1立柱工作阻力和初撐力 P滿足一定關(guān)系：即 P =(0.350.7) P這里取 0.7221初撐力 P0.723521646kn2根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們知道推移千斤頂?shù)母讖揭话銥?60-180mm這里選取 d180mm2.4.8.4立柱間距因?yàn)閮闪⒅轮C位置已確定，兩立柱傾角已確定！所以可用三點(diǎn)幾何法確定上柱窩位置：如圖： 綜上可得： cd700mm ac1000mm2.5液壓支架的受力分析和計(jì)算假設(shè)梁上受一集中載荷 F，后排工作阻力為 P235224704kn2.5.1頂梁的受力分析取頂梁為分離體，受力如圖 2.6所示：n，水平分力為 FnW，其中 W0.3，前排立柱工作阻力為 Pab，因?yàn)榍昂罅⒅鶅?nèi)徑一樣忽略損失，可將其視為相等a即 PPb 圖 2.6頂梁受力圖則內(nèi)力 Xb， Yb表達(dá)式，及 Fn作用點(diǎn)位置 x的表達(dá)式為：XbFnWPbsina2Pasina1(2-1)YbFnPbcosa2Pacosa1(2-2)xF WhP cosa lPcosa lP sina（hh）Psina（hh）/F n(2-3)n1a12b21a112b2122.5.2掩護(hù)梁的受力分析再取掩護(hù)梁為分離體如圖 2.7所示： 圖 2.7掩護(hù)梁受力圖前后連桿受力 F5, F64的表達(dá)式：F6Xbtana3Yb/cosatana3-sina4(2-4)FF cosaY/ cosa3（25）563b聯(lián)合（ 21）（22）（23）（24）（2 5）得 P cosa P cosa ( P sin a P sin a )tan a1b2b2a1Fn1 W tannF4704cos8o4704cos5o（ 4704sin5o+4704sin8o） tan18o/1Wtan18o10470kn式中 =18o a3 455 o a75 o3實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度 q（F /（Lc）b）101.7mpa>0.7mpan頂頂符合要求式中 c300mm梁端距將 F10470kn代入（ 23）的n10470*0.3*5004704*cos8*17004704*cos5*7004704*sin8*(500300) 4704*sin 5*(500300)x10470=1216mm式中： l =700mm l =1700mm12h1 2= 500mm h =300mm同理：XF WPsinaP sina2076knb n b 2 a 1YFPcosaP cosa1126knbnb2a1 FXtanaY/cosa tana -sina6818kn6b3b434FF5 6cosaY/ cosa5885kn3 b 3負(fù)號表示連桿實(shí)際受力方向和圖示方向相反！2.5.3底座受力分析取底座為分離體，如圖 2.8所示：圖 2.8底座受力分析圖111a1bF P cosa P cosa +F sina F sina 4704cos8+4704cos5 5885sina551253646818sin7511043kn1xP1a1cosa（hh1（l4l5）Pb1l1sina 1sina5 2 5 3 3 a 1 2 1 b 2 2cosaF l sinaP （hh）P （hF111 1Whh1）F5cosa321）F111分別代入數(shù)據(jù)得 F x12207114kn*mm則1x1100mm求底座寬度：根據(jù) q(F /b *l )*10 -3101dd 11-3-3得 bF *10 / q l1104310 /3.82.61.2md0d式中 ld為底座長度q0為底板比壓 3.8mpa2.6液壓支架主要部件強(qiáng)度校核2.6.1頂梁強(qiáng)度校核（ 1）畫出頂梁結(jié)構(gòu)簡圖，受力圖，剪力圖和彎矩圖如圖 2.9 所示：FnF(a)pypp xpxxa(b)(c)(d)圖 2.9（2）計(jì)算剪力和彎矩。如圖（ c）所示為剪力圖。從右向左取矩，向上的力為負(fù)，向下的力為正。對各點(diǎn)的剪力計(jì)算如下：A 點(diǎn)： Q A左y1126knaB 點(diǎn)： Q B右y1126knaQB左yp112646865812kna y C點(diǎn)： Q c右Q5812knB左Qc左QF5812104704658knc右 nD點(diǎn)： Q D右Qc左4658knQD左Qp465846580D右 y如圖（ d）所示為彎矩圖：從 A點(diǎn)向 C點(diǎn)取矩：A點(diǎn)：MMA左x h20765001038000kn*mma 3B點(diǎn)：C點(diǎn)：b右MA左yal310380001126700249800kn*mm1038000286986390786 kn*mmMMb左MA左pxl3l2C右Mpl /2+p h +y ( +l )=3622251kn*mm=3622kn*mA左 y 2 x 1 a 32MC左 = M C右3622kn*mD點(diǎn)：MD左pyl1108468kn*mm196401 kn*mmMD右 MD左p1x（3）按彎曲應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。由計(jì)算得知，按彎壓聯(lián)合作用計(jì)算，不如按最大彎曲應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力大。為安全起見，采用最大應(yīng)力時(shí)進(jìn)行校核。 如圖 2.10所示：圖 2.10頂梁結(jié)構(gòu)圖其中經(jīng)過尺寸類比取 l1400mm；l800mm21h400mm； h280mm2 140mml100mm； l200mm； l560mm345計(jì)算截面積 F及截面形心至 a a面的距離 y。首先對每塊鋼板編號，把位置狀態(tài)相同和截面積相同的鋼板編成同一號！再計(jì)算截面積最后計(jì)算截面形心距。即：2FF1L132000mm；y1/2=20mm2=56000 mm;2= L2y2280mm2Fh667200 mm； y32h /2=220mm13124 5=L22400 mm；Fy4 12h/2=380mmF =L216000 mm2yy5y380mm454F6L328000 mm26 4y380mm nF yi iF y F y F y F y F y F y611223344556形心距 :i 1y186mmFiF F 2 F F F F 61 3 4 5每個(gè)零件中心到截面形心的距離 a為：ia1yy166mm1a2 2yy106mma3yy334mma4 4yy194mma5 5yy194mma6yy194mm6計(jì)算截面中心慣性矩 jzi每個(gè)零件的對截面形心的慣性矩 jzi：