煤礦用液壓支架詳細介紹

芀莆螞襖蒅膃蝕螀芆肇薀袆葿芁肅腿膈袇薈蚃羃蚄莂薈螅薇肀肀袆肇薆薇芁薃芃肁肆膅肇羆蚃芃羇袈肀薈蒃蒞薅肅裊羀莀蚆羃螅膁螄袃羈蒞罿艿芄衿薄螂螈蚄膇肆蚄膂肁蒅袀蒞芅蚇肅薄螁腿袁莀薈羃螆蒆蒁膇蠆蕿螆薃膆衿節(jié)螁螀莀肈蚅蚅蒆羂蒅袁蚈膇羀肄肅螂蒃蠆袈蕿薁蒄螀蒃蚆蝕膈蚈薃羃莇芃袁螁蚃螆蚄薇螀羄蝿蕿袃膈膅肆肂蚄螇薀袈芇薁蒅羄膀蚅螞膇蠆肁裊蟻羈膈蚄羈肂芆蕿袃羆膆螅羆膁莈羈蒀蚆袀螇羀薃蚄蒈肇蕆螈薄薄螞芄肁蒀膇蒂蚅芅羄芆薁袂袈膆蒃艿膂薁羀螄蚈肄薄蕿芁蚃荿袂莈螈薆芀薃芄衿螄腿螆莃芄螁芅羋莁衿莀蒄薄肄袆羂羈蒞蚃蒆螃螁膂袀蚅蚅芆螂螈袀螂艿芃蒞芅襖肈膂莃蝿羋肆薁羅蒁莀羇膈腿袆蒀螂羅蚃芄薇薂薆膃螄罿螁蠆薆蒃薂莆肀蝕膄蟻羅薂莂螆袇罿薇芁莄莄肂螄罿羄蚅薇襖肀袃螞羀膄肇膈芃蚈薃蟻螇膈膆腿蚃芅肀薈膄蒈葿螀莇羂肅薇膅薈袂膁肀荿螅螆羃羋羀節(jié)蒀肆薆葿肄肈莂芃衿膄芆蒈肅薂蒁襖莈螁羆膂袃薇袃膀螈荿螇莄羄袆羈羇薃螁袃螄莁薇蒅薈芆膃蚃膃膈莆肅蚈羈節(jié)蠆袆薅肇芁蝕莀袈膅薀薆肂薄肆衿薆莄蒈袃莁芁莁螈膃膅蒆羄莆荿蚈膇螀裊蒞羅腿螞袂薆芅薅肅肇薆肅芆薅羀薁羃腿螅蕆螆羄聿莁莂袆薆薆袈蒃羀肁莁羈芆蚄罿袃膈袂薄聿肆肆羀節(jié)蒁薂蒃蒞芆蚄芇膆莂螇膇節(jié)芁羂薃螀螅芄荿莄薀肀膃艿蚇羄羂膁莃腿莇蚈袈蚄袀芃蒈薁蚃肈薄蝕袈蕿蚈羄芄螂莆蒀蒁莆羆芇蒞膁螈膀蒀莈蚇蒞莇裊膁羈衿葿蟻薃螞莄羅蟻羋芆蒂袆螄螃袆蒁羂袇蕆薃肀螞薃蟻膄袈蚆袆蝕膁袆蒁羄蚅螆羄螇薁袃采煤綜合機械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產率，實現煤炭工業(yè)現代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化不僅產量大，效率高，成本低，而且能減輕笨重的體力勞動，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機械化采煤方法中最重要的設備之一。袈液壓支架主要由以下幾個基本部分組成：頂梁，掩護梁和四連桿機構，側護板，底座，立柱，千斤頂。設計要遵從支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等原則。螇在支撐掩護式的設計過程中，前梁、主頂梁、掩護梁和立柱等結構件的設計是重點。本論文介紹了液壓支架的結構，類型，工作原理，特點，目的及要求，對掩護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。膂目 錄羀中文摘要I蚈AbstractII螈第一章 引 言1蒅1.1前言1蚃1.2緒論1莈1.2.1我國液壓支架的發(fā)展2薆1.2.2 液壓支架的發(fā)展動向2薃 1.液壓支架的組成與分類肅第二章 支架設計3腿2.1 工況分析3蚇2.2 液壓支架工作原理4羅2.2.1 支架升降4薂2.2.2 支架移動和推移輸送機6衿2.支架結構的選擇.6蚈 2.3.1 頂梁的選取 .7肄 2.3.2 側護板的選取 .7膇 2.3.3 底座的選取 .7莃 2.3.4 推移裝置的選取.7艿 2.3.5 護邦裝置的選取 .8艿2.3.6 防倒滑裝置的選取 .8膄2.3.7 液壓支架的主要液壓元件和泵站8膃 2.3.7.1 立柱 .8莀 2.3.7.2 液控單向閥 9莈 2.3.7.3 安全閥.9薃 2.3.7.4 操縱閥10 袃 2.3.7.5 泵站 .10 蚇2.4 支架主要尺寸的確定 .11螁 2.4.1 已知參數 .11薂 2.4.2 支架高度的確定 .11衿 2.4.3 中心距和寬度的確定 .12蒄 2.4.4 梁端距和頂梁長度的確定 .12肅 2.4.5 支架四連桿機構尺寸設計及計算.12羈 2.4.6 底座長度的確定.16蠆 2.4.7 頂梁長度的確定 .16螀 2.4.8 立柱的技術參數確定 .18蕆 2.4.8.1 立柱數的確定 .19薂 2.4.8.2 支撐方式 .19芇 2.4.8.3 立柱缸體內徑19螈 2.4.8.4 立柱間距20螆2.5 液壓支架的受理分析和計算21羈 2.5.1 頂梁的受力分析.21羇 2.5.2 掩護梁的受力分析 22蒆 2.5.3 底座受理分析.25襖2.6 液壓支架主要部件的強度校核26莁 2.6.1 頂梁強度校核 .26 螈 2.6.2 掩護梁強度校核.32薇 2.6.3 底座強度校核.35蒁 2.6.4 立柱強度校核.38肅2.7 液壓系統(tǒng)設計 .42螁第三章 結束語 .44膆第四章 參考資料 .46 20世紀50年代前，在國內外煤礦生產中，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備，已逐步向程控、遙控和自動化方向發(fā)展。我國是煤炭生產大國，在20世紀60年代也曾研制了幾種液壓支架，但未得到推廣和應用。20世紀70年代我國從英、德、波蘭和前蘇聯等國家引進數十套液壓支架，經過使用、仿制和總結經驗，到20世紀80年代以后我國液壓支架的研制和應用獲得了迅速的發(fā)展，相繼研制和生產了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，在國內大、中型礦井中，條件合適的煤層均采用液壓支架進行綜合機械化開采。1980年起人們取得了對白移式液壓支架的研制成功并逐步改進完善，進而普遍推廣應用，使回采工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運煤和支護控頂等工序全部實現綜合機械化，煤礦取得了較大綜合效益。到20世紀90年代初，人們尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進采煤方法，采用了放頂煤技術。低位放頂煤液壓支架是一種支持雙輸送機的支架架型，支架掩護梁后部鉸接一個帶有插板的尾梁，低位放頂煤液壓支架一般為四柱支撐掩護式支架類型，這種架型有一個可以上下擺動的尾梁（擺動幅度45度左右），因此在擺動中可以松動煤層，并維持一個落煤的空間。尾梁中間有一個液壓控制的插板，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。為了改進支架的支護性能，提高它對礦山地質條件的適應性，擴大使用范圍，延長使用壽命，目前液壓支架由下列幾方面的發(fā)展動向：大力發(fā)展掩護式和支撐掩護式支架，對其他形式的支架應逐步減少，原因是這些支架主要采用四連桿機構,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;頂梁和掩護梁鉸接,避免了兩者之間產生的三角區(qū);掩護梁和頂梁的主梁部分均裝設側護板,提高了支架的防護能力;采用整體自移式,便于支架操作和實現自動控制.液壓支架的進一步發(fā)展是著重解決擴大使用范圍的問題,同時,為擴大支架適應的高度范圍,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到300公斤/cm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”先導式鄰架控制的操縱方式.為加快移加速度,進一步改善操作條件,支架控制正在向自動控制方向發(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設備，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業(yè)空間，推移工作面采運設備。液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結構特點和與圍巖的作用關系“般分為三大類，即支撐式、掩護式(圖1-2)和支撐掩護式(圖1-3) 根據支架各部件的功能和作用，其組成可分為4個部分：(1) 承載結構件，如頂梁、掩護梁、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。其主要功能是實現支架的各種動作，產生液壓動力。 (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作及保證所需的工作特性。圖1-2 掩護式液壓支架結構 圖1-3 支撐掩護式液壓支架結構 (4) 輔助裝置，如推移裝置、護幫(或挑梁)裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動側護板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實現支架的某些動作或功能所必需的裝置。1.3.2液壓支架的分類及特點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構形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護式和支撐掩護式。1 支撐式支架支撐式支架是出現最早的一種架型，按其結構和動作方式的不同，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）兩種結構型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機連接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機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，現已基本淘汰。支撐式支架的結構特點是：頂梁較長，其長度多在左右；立柱多，一般是根，且垂直支撐；支架后部設復位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內。支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復支撐的次數多，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；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。此種支架在現階段的綜采工作面的生產時都已基本不再采用。2 掩護式支架（如圖1-2） 其主要由前梁、主梁、掩護梁和側護板、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支撐式支架結構形式 垛式支架 節(jié)式支架 它的結構特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區(qū)矸石進入作業(yè)空間，其掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護梁形成四連桿機構，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。掩護式支架的立柱較少，除少數掩護式支架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，以增加支架的調高范圍，支架的兩側有活動側護板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為左右。 掩護式支架的支護性能是：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，所以支護強度較大、且均勻，掩護性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復支撐的次數少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風斷面小。由上可知，掩護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 支撐掩護式支架（如圖1-3）其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(yōu)點的基礎上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護式支架的結構特點和性能，可適應各種頂底板條件。此種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩(wěn)定性好，應用范圍廣。它的缺點是：結構復雜，成本較高。支撐掩護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，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護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，在結構形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。支架設計2.1 工況分析本次設計的液壓支架是針對神東煤礦工況條件而作。經考察該煤礦采場圍巖的性質具有如下情況：直接頂初次垮落步距為1828米，且主要以砂巖，石炭巖組成，節(jié)理裂隙很少；分層厚度0.331.0米；抗壓強度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。根據圍巖性質宜選擇支撐掩護式（四柱支撐掩護式）其承載能力大，切頂能力強，比壓較均勻。2.2液壓支架工作原理液壓支架的主要動作繭自縛升架降架推移輸送機和移架。這些動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，形成各自獨立的液壓系統(tǒng)（見圖2.1），其中液控單向閥和安全閥設在本架內，操縱閥可設在本架或鄰架內，前者為本架操作，后者為鄰架操作。2.2.1支架升降支架的升降依靠立柱2的伸縮來實現，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，經液控單向閥6進入立柱的下腔，同時立柱上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達到泵站的壓力后操縱閥置于中位，液控單向閥6關閉，從而立柱下腔的液體被封閉，這就是支架的初撐階段。此時，支架對頂板產行的支撐力稱為初撐力。（二） 承載支架初撐后，進入承載階段。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生彈性擴張，這一過程就是支架的增阻過程。當下腔液體的壓力超過安全閥5的動作壓力時，高壓液體經安全閥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作壓時，安全閥關閉，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，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定壓力決定的。（三） 卸載 當操縱閥8處于降架位置時，高壓液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥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階段（如圖2.2）。即：開始升柱至單向閥關閉時的初撐增阻階段，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段，以及安全閥出現脈動卸載時的恒阻階段，這就是液壓支架的阻力-時間特性。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用；在達到額定工作阻力時，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現，困此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的本個重要元件。 2.2.2支架的移動和推移輸送機如圖2.1所示，支架和輸送機的前移，由底座3上的推移千斤頂4來完成。需要移架時，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進入推移千斤頂4的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁。需要推移輸送機時，支架支撐頂板，高壓液體進科推移千斤頂4的活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點，活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。2.3支架結構的選擇根據液、壓支架各部件的功能和作用，其組成可分為四部分：（1）承載結構件，如頂梁、掩護梁、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。其主要功能是實現支架的各種動作，產生液壓動力。（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作及保證所需的工作特性。（4） 輔助裝置，如推移裝置、護幫裝置、伸縮梁裝置、活動側護板、防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等。這些裝置是為實現支架的某些動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，整體頂梁結構簡單，可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強；前端支撐力較大；可設置全長側護板，有種于提高頂板覆蓋率，改善接頂效果和補償焊接變形，整體頂梁前端一般上翹13。2.3.2 側護板的選取支架側護板裝置一般由側護板、彈簧筒、側推千斤頂、導向桿和連接銷軸等組成。本支架采用直角式單側活動側護板。直角式單側活動側護板一側為固定式，一側為活動式。固定側護板即梁的邊筋板，可增加梁體強度，減輕支架質量。直角式單側活動側護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向性好的特點。這正好滿足所設計的煤層工況。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構件，結構簡單可靠，質量輕。推移千斤頂與移步橫梁鉸接并緊靠在運輸機槽幫上，使結構復雜化，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輸機鉸接。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，推溜時千斤頂成差動缸運行，使推溜力減小。移架時活塞桿腔進壓力液。（3） 采用浮動活塞。推溜時活塞腔進壓力油液，先將浮動活塞推到缸口，然后活塞桿才移動而推溜。當活塞桿腔進壓力液時，先將浮動活塞推回到活塞桿端，然后缸體移動而移架。因為活塞桿面積小于活塞環(huán)形面積，故推溜力小于移架力。在供油壓力為31.5兆帕時，推溜力為181.6千牛頓，移架力為461.8千牛2.3.5護幫裝置的選取護幫板是提高液壓支架適應性的一種常用裝置，其作用是護幫、做臨時前梁等。此處護幫裝置采用四連桿式。這種護幫板鉸接在整體頂梁，在千斤頂與護幫板間增加一個四連桿機構，實現護幫和挑起支護頂板，并保證收回到預定的角度。四連桿機構把千斤頂的作用力有效地傳遞到煤壁和頂板上。這種挑梁的挑起力矩大，但結構復雜一些。2.3.6防倒滑裝置的選取因所設計的液壓支架所適應的場合是煤層傾角為15以下，故可以不設置防倒防滑裝置。2.3.7 液壓支架的主要液壓元件和泵站2.3.7.1立柱立柱是支架實現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度，密封良好、結構簡單并能適應支架的工作要求。立柱類型： 立柱按動作不同分為單作用立柱和雙作用立柱；按結構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，極靠液壓力來實現升柱和降柱。在伸縮方式上，大采用單伸縮，只有當煤層厚度比較大，或為了擴大支架調高范圍時才采用雙伸縮立柱。立柱結構：液壓支架實際上是推力油缸作為支撐裝置，具有以下特點：立柱一般由活塞、活塞桿、缸體三部分組成，由于支架工作時，立柱承受的載荷較大，降柱力較小，故活塞桿直徑較大，常采用空心結構，以保證有足夠的剛度，活塞一般采用Y型密封圈，銅環(huán)導向， 缸體底部焊接，缸體與缸蓋之間用鋼絲、螺紋或卡環(huán)連接。立柱的頭部結構為球型，預定梁或底座之間的連接采用銷軸活壓塊固定，以是立柱工作時有一定的適應性。立柱的供液方式有外供液和內供液兩種，一般雙伸縮立柱采用內供液方式，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。為在一定范圍內適應煤層厚度變化，立柱上端可根據需要裝設機械架長桿，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系，如果單向閥鎖不住立柱下腔的工作液體，支架就會出現自動慢慢下縮，使不能允許的，如果液控單向閥動作不靈敏，則立柱得初撐力就達不到設計要求，因此要求液控單向閥密封可靠、動作靈敏，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)。支架經常的工作狀態(tài)取決于頂板壓力逐漸增強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，不能保證支架達到設計的工作阻力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，故要求安全閥的動作靈敏，閥的開啟壓力和關閉壓力差值很銷，有一定的卸荷開口量，密封可靠和工作穩(wěn)定，沒有震蕩現象，有較長的使用壽命，結構簡單，拆裝方便。液壓支架采用安全閥均為直動式，結構簡單、工作靈敏度高，過載時，它能及時起到溢流作用，利用液壓和彈簧力的相互作用，以實現閥的開啟溢流和復位定壓作用。2.3.7.4操縱閥 操縱閥是控制各液壓缸進出油路使立柱完成各種動作的開關，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必須滿足支架的動作要求，操縱閥的機能一般在停止位置時，各個通路應全部回液，相當于“Y”型機能，故操縱閥上油液高壓進液口和一個低壓回路上。操縱閥控制不同，可分為手控、液控、電控和電液控四種，按動作原理可分為往復式和回轉式兩種。往復式： 往復式操縱閥的閥芯元件是沿軸向做往復運動，開閉進出口油路實現換向作用。它采用結構為二位三通或三位四通電磁閥構成組合機構，每個閥獨立操作可實現復合化，但體積大，結構較復雜，閥的操作機構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，因此往復式操作有利于實現遙控和自動化?；剞D操縱閥：回轉操縱閥優(yōu)點是體積小，位數多，操作簡單方便，但只有單一動作，難以實現組合操作。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裝箱組成，裝在可沿軌道或底板移動的平板列車上，泵站是液壓支架的動力源，一般按設在中間運輸巷內，支架的液壓傳動式乳化液作為傳遞能量的介質，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的最大壓力外，還應加上管路損失。2.4 支架主要尺寸的確定2.4.1 已知參數：1.煤層厚度：1.63m 2.頂板穩(wěn)定度 ：中等 3.支護強度：0.7mpa 4.頂板尺寸：4.252.5m 5.底板比壓：3.8mpa 6.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200mm a移架時支架的最小可縮量 取50mm b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準，在中心距為1.5m的標準當中要求支架的最小寬度取14001430mm；最大寬度一般取15701600mm，在此次設計當中，我們根據生產經驗選取寬度為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和采煤機的傾斜，以及采煤機割煤時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，梁端距也應越大，根據支架高度，我們選定 300mm。2.4.5支架四連桿機構尺寸設計及計算（1）用三點法來設計四連桿機構，如圖2.3所示圖2.3 掩護梁和后連桿長度的確定根據四連桿幾何特征要求初選掩護梁在最高位置時與水平面夾角b160 最低位置時b225 后連桿在最高位置時與水平面夾角a175 最低位置時a235根據幾何關系式：L2cosb1L1cosa1L （21） L2cosb2L2cosa2L （22）（21）與（22）聯合得 L1/L2=cosb1-cosb2/cosa1-cosa2=0.73 （23）因為有HmaxL2sinb1L2sina1 （24） 且Hmax3200mm（23）與（24）聯合得：掩護梁長度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 四連桿機構的幾何作圖法作圖步驟如下：1）確定后連桿下鉸接點O的位置，使其比底座略高，一般=200250mm，取=250mm。2）過O點作分別作分別與底座的水平線HH和與HH線相交為75的斜線。3）以O點為圓心，為半徑作圓弧與線相交得點a，a即為后連桿與掩護梁的鉸接點。 4）以點a作與HH線相交為60的斜線，并以a點為圓心，為半徑作圓弧交線于點e，此點即為掩護梁與頂梁的鉸接點。 5）過e點作與HH線的平行線，則線與HH線間的距離為Hmax。其中，為支架的最大支撐高度。 6）以點a為圓心，0.25長為半徑,在線上交一點b，點b即為前連桿與掩護梁的上鉸接點。 7）假設支架在升降過程中，頂梁端點作近似直線運動。此時，過點e作線的垂線m-m, 并在m-m線上作支架在最低位置時頂梁與掩護鉸接點e，取ee的中間某點e”作為支架降至中間位置時頂梁與掩護梁的鉸接點。 8）分別以點O和e”為圓心，以Oa和ae為半徑作圓弧 ，兩圓弧的交點a即為支架降至中間某位置時掩護梁與后連桿的鉸接點。同理可得支架最低位置時掩護梁與后連桿的鉸點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，則b，b，b”為支架分別在最高、中間和最低位置時前連桿上鉸接點的位置。 10）連接ao與a”o， 為液壓支架降到中間某點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C，點c即為前連桿下鉸接點的位置，bc為前連桿的長度。12）過c點向下作HH的垂線，得點d，則oa,ab,bc,cd,do為液壓支架的四連桿機構。 通過作圖可得四連桿尺寸： bc1500mm co900mm oa1487 mm ab509mm 其余數據：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，在設計液壓支架的底座長度時，應考慮如下諸方面問題：1、支架對底板的接觸比壓要小；2、液壓支架內部應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、底座設計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，掩護式液壓支架的底座長度取3.5倍的移架步距（一個移架步距為0.6m），即2.1m左右；支撐掩護式液壓支架的底座長度取4倍的移架步距，即2.4m左右?？紤]到該支架的工作阻力大的特點，在此取值應偏大一點；根據生產經驗，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 支架大體結構 頂梁長度L頂（配套尺寸底座長度L1cosa1）（L2cosb1300e）掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點的距離 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。 輸送機寬度，查手冊煤礦礦井采礦設計手冊選SGWD-180型號的皮帶輸送機，其輸送帶寬度為630mm。 采煤機MLS3-170型為250mm。 底座前柱窩中心到底座前端的距離，根據設計結構取為800mm 配套尺寸1406302508001820mm L頂（182026001487cos75）（2037cos6030030）10003956mm 其中底座長度為2600mm， 掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點的距離取1000mm e為支架有高到底頂梁端點最大變化距離，一般不能大于70mm 這里取30mm. 驗證頂梁的長、寬尺寸是否適用 根據頂板的覆蓋率應適合頂板的性質，一般不穩(wěn)定頂板不小于85%95%，中等穩(wěn)定頂板不小于75%85%穩(wěn)定頂板不小于60%70%。 頂板覆蓋率定義公式： EBL頂/（L頂c）（Bk）1003.9561.4/(3.956+0.3)(1.4+0.2) 10080所得覆蓋率滿足中等穩(wěn)定頂板，故其設計尺寸合理2.4.8立柱的技術參數確定立柱是支架的最重要的承壓部件，在支架正常工作時，一般處于高壓受力狀態(tài)，他的工作性能直接影響整個支架的工作狀態(tài)，因此設計時，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、抗彎強度，良好的密封性能，并能適應支架的要求。其中單作用又分為活塞式支活柱式、雙作用分為單伸縮、單伸縮帶機械加長桿，雙伸縮、三伸縮等。由于雙伸縮立柱結構復雜，成本高，為了降低造價，在單伸縮立柱上部安裝機械加長桿，滿足支撐高度的變化要求。為需要增加支架的最大高度時，可以先拆下四根立柱中對角線上的兩根立柱上機械加長桿的卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動機械加長桿從立柱中拔出，當達到所調高度時，再把這兩根機械加長桿的卡環(huán)固定，把支架降至原來高度；然后拆下另外兩根立柱的機械及長桿卡環(huán)，用同樣的方法使這里那個跟機械加長桿達到與前兩根相同的高度為止。本設計采用單伸縮立柱上部安裝機械加長桿，2.4.8.1 立柱數的確定因為本次設計的液壓支架類型為支撐掩護式，故立柱的數目應為4根。2.4.8.2 支撐方式根據結構要求，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小于10，(支架在最高位置時，由于夾角較小，有效支撐能力較大，我們取前柱角8，后柱角5。)2.4.8.3 立柱缸體內徑 式中：F1為支架所受的理論阻力，F17437kn Nd為支架立柱數 Nd4 Pa安全閥的調正壓力 根據同類支架 取31.8mpa a為立柱在最低位置時的最大傾角 取a25 得Dd238.9mm 根據參考資料1表61 選定缸內直徑為250mm 參考資料1表63得立柱工作阻力P1=2352 kn 立柱工作阻力和初撐力P2滿足一定關系：即 P2=(0.350.7) P1 這里取0.7 初撐力 P20.723521646kn根據生產經驗，我們知道推移千斤頂的缸徑一般為160-180mm 這里選取d180mm2.4.8.4 立柱間距 因為兩立柱下柱窩位置已確定，兩立柱傾角已確定！所以 可用三點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算 假設梁上受一集中載荷Fn，水平分力為FnW，其中W0.3，前排立柱工作阻力為Pa，后排工作阻力為Pb，因為前后立柱內徑一樣忽略損失，可將其視為相等 即PaPb235224704kn2.5.1頂梁的受力分析取頂梁為分離體，受力如圖2.6所示：圖2.6頂梁受力圖則內力Xb， Yb 表達式，及Fn作用點位置x的表達式為： XbFnWPbsina2Pa sina1 (2-1) YbFnPbcosa2Pa cosa1 (2-2) xFnWh1Pa cosa1l2Pbcosa2l1Pa sina1（h1h2）Pbsina2（h1h2）/Fn (2-3)2.5.2掩護梁的受力分析再取掩護梁為分離體如圖2.7所示：圖2.7 掩護梁受力圖前后連桿受力F5, F6 的表達式：F6Xbtana3Yb/cosa4tana3-sina4 (2-4)F5F6cosa3Yb/ cosa3 （25）聯合（21）（22）（23）（24）（25）得 Fn4704cos84704cos5（4704sin5+4704sin8）tan18/1Wtan1810470kn式中=18 a3 55 a4 75 實際支護強度 q（Fn/（L頂c）b頂）1031.7mpa>0.7mpa 符合要求式中 c300mm 梁端距 將Fn10470kn 代入（23）的 =1216mm式中：l1=700mm l2=1700mm h1= 500mm h2=300mm同理：XbFnWPbsina2Pa sina12076knYbFnPbcosa2Pa cosa11126knF6Xbtana3Yb/cosa4tana3-sina46818knF5F6cosa3Yb/ cosa35885kn負號表示連桿實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F11Pa1cosa1Pb1cosa2+F5sina3F6sina44704cos8+4704cos55885sina556818sin7511043knF11x1Pa1cosa1（l4l5）Pb1l5cosa2F5l3sina3Pa1sina1（h2h1）Pb1sina2（h2h1）F5cosa3（h2h1）F11Wh1分別代入數據得F11x112207114kn*mm則x 11100mm求底座寬度：根據 q0(F11 /bd*ld)*10-3得bdF11*10-3 / q0 ld1104310-3 /3.82.61.2m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度校核2.6.1 頂梁強度校核 （1）畫出頂梁結構簡圖，受力圖，剪力圖和彎矩圖 如圖2.9所示：圖2.9 （2）計算剪力和彎矩。如圖（c）所示為剪力圖。從右向左取矩，向上的力為負，向下的力為正。對各點的剪力計算如下： A點： QA左ya1126kn B點： QB右ya1126kn QB左yapy112646865812kn C點： Qc右QB左5812kn Qc左Qc右Fn5812104704658kn D點： QD右Qc左4658kn QD左QD右py465846580 如圖（d）所示為彎矩圖： 從A點向C點取矩： A點： MA左xah320765001038000kn*mm B點： Mb右MA左yal310380001126700249800kn*mm Mb左MA左pxl31038000286986390786 kn*mm C點： MC右MA左pyl2/2+pxh1+ya(+l3)=3622251kn*mm=3622kn*m MC左 = MC右3622kn*m D點： MD左pyl1108468kn*mm MD右 MD左p1x196401 kn*mm（3）按彎曲應力進行強度校核。由計算得知，按彎壓聯合作用計算，不如按最大彎曲應力計算應力大。為安全起見，采用最大應力時進行校核。如圖2.10所示： 圖2.10 頂梁結構圖其中 經過尺寸類比 取l21400mm；l1800mm h2400mm ； h1280mm 40mm l3 100mm ； l4 200mm； l5560mm計算截面積F及截面形心至aa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！再計算截面積 最后計算截面形心距。即： F1L132000mm2 ；y1/2=20mm F2= L2=56000 mm2 ; y22 80mm F3h1667200 mm2； y32h1/2=220mm F4=L522400 mm2； y42h1/2=380mm F5=L4216000 mm2 y5y4380mm F6L328000 mm2 y6y4380mm形心距: 每個零件中心到截面形心的距離ai為： a1yy1166mm a2yy2106mm a3yy334mm a4yy4194mm a5yy5194mm a6yy6194mm 計算截面中心慣性矩jzi 每個零件的對截面形心的慣性矩jzi ： jz1L13/12 a12F1886058667mm4 jz2L23/12 a22F2636682667 mm4 jz3h13/12 a32F31747653 mm4 jz4L53/12 a42F4846033066 mm4 jz5L43/12 a52F5603242666 mm4 jz6L33/12 a62F6301621333 mm4 jzjz1jz2jz3jz4jz5jz63275386052 mm4327538.61cm4計算彎曲應力和安全系數：SmaxMmaxymax / jzMmax（h2y）/ jz 362105（4018.6）/327538.61 23665n/cm2=237mpa 安全系數nSs / Smax=459/237=1.9>n選用