ZY1679-13-23型掩護式液壓支架設(shè)計【說明書+CAD】

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The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination and the hydraulic system design. Because this coal bed thickness is moderate, selects the shield type hydraulic pressure support. The support uses four-bar linkage, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The column uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the fluctuation plunger type, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof support, uses the mushroom valve hydraulic system. The design of the hydraulic pressure support from all seam thickness of the initial conditions, which is very good description of the different needs of different coal hydraulic pressure support, and therefore the upgrading hydraulic pressure support for improving efficiency and increasing the underground mining safety it is extremely important. Key word: The hydraulic support; hydraulic; four-bar linkage; coal mining; support type choice; push forwards the conveyer; advancing the powered support XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 III 目錄 目錄 .I 前 言 .1 1 緒論 .2 1.1 液壓支架發(fā)展歷史 .2 1.2 我國液壓支架的發(fā)展 .4 1.3 液壓支架的組成和分類 .5 1.3.1 液壓支架的組成 .5 1.3.2 液壓支架的分類及特點 .6 1.4 液壓支架的工作原理 .8 1.5 液壓支架的支護方式 .11 1.6 支架選型的基本參數(shù) .12 1.6.1 對液壓支架的基本要求 .12 1.6.2 設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù) .12 2 液壓支架的總體設(shè)計 .14 2.1 液壓支架參數(shù)的確定 .14 2.1.1 初撐力 .14 2.1.2 移架力與推溜力 .14 2.1.3 支架調(diào)高范圍 .14 2.1.4 中心距和寬度的確定 .15 2.1.5 底座長度 .15 2.2 四連桿機構(gòu)設(shè)計 .16 2.3 頂梁長度的確定 .17 2.3.1 支架工作方式對支架頂梁長度的影響 .17 2.3.2 配套尺寸對頂梁長度的影響 .18 2.3.3 頂梁長度計算 .18 2.4 立柱及柱窩位置的確定 .20 2.4.1 立柱數(shù) .20 2.4.2 支撐方式 .20 2.4.3 立柱的設(shè)計 .21 2.4.4 立柱柱窩位置的確定 .22 2.5 平衡千斤頂位置的確定 .26 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 IV 2.5.1 平衡千斤頂安裝位置的確定原則 .26 2.5.2 平衡千斤頂在頂梁上位置的確定 .27 2.6 主要軸銷間隙及其影響 .31 3 液壓支架的主要部件的設(shè)計 .33 3.1 頂梁 .34 3.2 掩護梁 .34 3.3 前、后連桿 .35 3.4 底座 .35 3.5 立柱 .36 3.6 千斤頂 .36 3.6.1 推移千斤頂 .36 3.6.2 平衡千斤頂 .37 3.6.3 側(cè)推千斤頂 .37 3.7 側(cè)護板 .38 4 液壓支架受力分析和計算 .40 4.1 液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定 .40 4.1.1 立柱的初撐力和泵站額定工作壓力 .40 4.1.2 千斤頂技術(shù)參數(shù)確定 .41 4.2 支架受力分析與計算 .42 4.2.1 鉸接式頂梁掩護支架 .43 4.2.2 頂梁載荷分布 .44 4.2.3 支護強度計算 .45 4.2.4 底座接觸比壓計算 .46 4.2.5 支護效率 .47 5 主要零、部件的強度校核 .48 5.1 校核的基本要求 .48 5.2 強度校核 .49 6 液壓支架的液壓系統(tǒng)設(shè)計 .56 6.1 液壓支架的液壓系統(tǒng)簡介 .56 6.2 液壓支架的液壓系統(tǒng)擬訂 .57 6.2.1 立柱系統(tǒng) .57 6.2.2 千斤頂系統(tǒng) .58 6.2.3 控制閥的選擇 .59 7 結(jié)論 .61 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 V 致謝 .62 參考文獻 .63 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 1 前 言 煤炭是我國常規(guī)能源的主體，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，煤炭的需要量越 來越大。為了加速我國煤炭工業(yè)的發(fā)展，必須實現(xiàn)綜合機械化采煤。在綜 采工作面，液壓支架是中國綜采工作面最主要的技術(shù)裝備之一，也是國產(chǎn) 綜采工作面裝備中生產(chǎn)量最大的產(chǎn)品 。因此，正確、合理地設(shè)計液壓支 架，以適應(yīng)不同地質(zhì)條件的采煤工作面需要就成為十分重要的環(huán)節(jié)。 從采煤設(shè)備的發(fā)展過程和趨勢來看，采用液壓支架管理頂板是當代采 煤技術(shù)史上的一次重要的變革，也是煤礦現(xiàn)代化的主要標志。液壓支架作 為綜合機械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備之一，其重量約占綜采設(shè)備總重量的 80%90%，其費用約占綜采設(shè)備總費用的 70%左右。因此，為了降低成本， 提高采煤的經(jīng)濟效率，世界各主要產(chǎn)煤大國都一直在積極地開展液壓支架 的研究。 為了適應(yīng)煤層厚度 1.52 米，老頂級,直接頂 1 級，設(shè)計了 ZY167913 23 型掩護式液壓支架。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 2 1 緒論 1.1 液壓支架發(fā)展歷史 在過去的半個世紀中，煤礦井下開采支護設(shè)備的設(shè)計和使用發(fā)生了巨 大的變化。其中，最引人注目的是，世界范圍內(nèi)廣泛采用液壓支架作為長 壁開采支護工程（Longwall Mining Support Engineering）的主要設(shè)備。 歷史地來看，大約在四五十年前回采工作面還是使用木支柱。隨著刨 煤機、鉆削式和滾筒式采煤機等快速采煤機械的使用，木支柱既不能對頂 板提供足夠大的支護阻力，其支設(shè)和回收亦很難滿足連續(xù)采煤的要求。于 是，剛性木支柱被可壓縮性摩擦和液壓支柱所代替，并以支柱加鉸接頂梁 的結(jié)構(gòu)形式支護回采工作面。 大約在同一時期，為了支護工作面及其端頭的冒落頂板，英國研制出 垛式支架。它主要由安裝在矩形整體底座上的立柱和頂梁組成。1954 年 5 月，幾套四柱垛式液壓支架安裝在英國奧爾蒙德（Ormonde）煤礦的低主 煤層（Low Main Seam） ，工作效果很好。幾個月后，該煤層的整個工作面 都裝備的這種支架。這就是世界上首個裝備液壓支架的采煤工作面。從此， 開辟了煤炭工業(yè)的新時代。 1958 年，法國試驗成功了節(jié)式支架。節(jié)式支架類似于支柱加橫梁的支 護系統(tǒng)。它由底座上并排二根或三根液壓支柱支撐一個頂梁組成。一個液 壓千斤頂連接在工作面輸送機上，用來隨工作面的推進而推移輸送機。 五十年代末，為開采煤層厚度超過 2m 的松散和破碎頂板條件下的褐 煤，前蘇聯(lián)開始研制掩護式液壓支架，并于 1961 年在阿爾斯科拖 （Earls Court）舉辦的貿(mào)易展覽會上展出了 OMKT 型掩護式支架。這種支 架頂梁很短，僅 0.8m，并與掩護梁鉸接，單根朝前傾斜液壓立柱連接著掩 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 3 護梁和底座。當支架在其工作高度范圍內(nèi)升降時，頂梁端點相對于煤壁做 圓弧運動。這樣，不僅影響支架的承載能力，而且端面距變化很大，不利 于頂板的維護。但比起垛式和節(jié)式支架，掩護式液壓支架能有效的控制頂 板，防止開采過程中矸滲入工作面，工作性能很好。 為了保持頂梁端點相對于煤壁作近似的直線運動，在 OMKT 型掩護 式支架的基礎(chǔ)上作了許多改進： 利用支座滑架，即把支撐掩護梁的支座利用千斤頂沿滑架向前移動一 個位置，以補償由于立柱升高時端面距加大的差值。 利用伸縮頂梁，即當立柱升高時，在頂梁里利用千斤頂將頂梁伸出， 以保持端面距基本不變。 將四連桿機構(gòu)引入支架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，研制出具有四連桿機構(gòu)的液壓支 架，不僅從根本上解決了端面距變動大和支架不能承受水平力的問題，而 且開辟了液壓支架設(shè)計的新時代。 1964 年，英國國家煤炭局（NCB:National Coal Board）實施的液壓支 架 試驗規(guī)范；1965 年，F(xiàn)C Dobson 等人研制的剛性底座都促進了液壓支架的 進一步發(fā)展。 60 年代末和 70 年代初，隨著液壓支架在歐洲使用經(jīng)驗的日益增加， 支架結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大變化。長頂梁、二柱、三柱、四柱以及多柱四連桿 機構(gòu)的液壓支架相繼問世。并且，為適應(yīng)底板不平，底座采用分離鉸接式 結(jié)構(gòu)；對于松軟底板，為減小底板比壓，采用了接觸面積較大的底座；為 防止碎矸竄入采區(qū)，采用了各種防竄矸的掩護裝置。1974 年，NCB 實施 的“高科技采煤工程（Advanced Technology Projects） ”推動了液壓支架及 采煤設(shè)備的進一步發(fā)展。這項工程要求在選擇工作面綜合采煤設(shè)備時，必 須采用最先進的設(shè)備和開采工藝，以提高煤炭產(chǎn)量和改善作業(yè)環(huán)境。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 4 進入 70 年代和 80 年代，液壓支架又有了新的發(fā)展。頂梁不僅實現(xiàn)了 “立即前移支護（IFS） ”，而且整個支架安裝了電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)微機控 制與操作。1981 年杜塞爾多夫采礦展覽會上，展出了液壓連桿式液壓支架 和具有液壓調(diào)高機構(gòu)的掩護式支架，并研制出采高為 6m 的大采高支架及 放頂煤支架；對于堅硬巖層設(shè)計了強力液壓支架等。 1.2 我國液壓支架的發(fā)展 我國研制液壓支架起步不算晚。1959 年 10 月，原北京礦業(yè)學(xué)院設(shè)計 了三種液壓支架。1961 年設(shè)計了“本溪-型”支架，并制造出樣機進行 井下試驗。1965 年，北京煤炭科學(xué)院和鄭州煤礦機械廠協(xié)作制造出仿英支 架。1967 年，太原煤炭研究所首先研制出四組邁步式支架，經(jīng)修改后于 1972 年由鄭州煤礦機械廠制造，并進行井下試驗。1970 年又為大同礦務(wù) 局設(shè)計了 TZ-140 型支架，在此基礎(chǔ)上研制出 TZ-1 支架，開發(fā)了 TZ- IB、TZ- 、TZ-、TZ- 和 TZ-型等液壓支架。1973 年，北京煤礦機 械廠生產(chǎn)出第一套 BZZ 垛式支架，在陽泉礦務(wù)局使用。中國煤機行業(yè)從 六十年代末開始進行液壓支架的研究和開發(fā)工作。七十年代，在原國務(wù)院 領(lǐng)導(dǎo)同志關(guān)于 “引進、消化、吸收、提高” 方針的指導(dǎo)下，和科研院所一 起，共同研究國外液壓支架的設(shè)計與制造技術(shù)，并結(jié)合中國煤層地質(zhì)條件 的復(fù)雜性和多樣性，和煤礦企業(yè)一起，先后研制了：適用于中厚煤層開采 的 ZY、 QY 系列產(chǎn)品；適用于堅硬頂板的 ZZ 系列支架。隨著放頂煤技術(shù) 在煤礦推廣應(yīng)用，鄭州煤機廠、北京煤機廠和煤科總院北京開采所、太原 分院及其他科研單位，又共同研制和開發(fā)了 ZFS、 ZFD 系列放頂液壓支架 產(chǎn)品；為適應(yīng)厚煤層分層開采的實際需要，研制和開發(fā)了出 ZZP、ZZPL、ZYP 系列鋪網(wǎng)支架等產(chǎn)品 。目前，以鄭州煤機廠、北京開 采所、太原分院和北京煤機廠為主要設(shè)計和制造力量的液壓支架的科研 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 5 和制造企業(yè)已經(jīng)能夠根據(jù)中國煤礦企業(yè)的需要，設(shè)計和生產(chǎn)出支撐高度 0.65m，工作阻力為 1200- 10000KN，工作面傾角在 3045 以下，移架 速度在 1216s 范圍內(nèi)的各種掩護式、支撐掩護式、放頂 煤和鋪網(wǎng)液壓 支架。目前，國產(chǎn)液壓支架在中國煤礦綜采工作面液壓支架總量的比例已 達 94%。 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(shè)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(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 點和與圍巖的作用關(guān)系“般分為三大類，即支撐式、掩護式(圖 1-2)和支 撐掩護式，根據(jù)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(jié)構(gòu)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(xiàn)支架的各種 動作，產(chǎn)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。 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(cè)護板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動 作或功能所必需的裝置。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 6 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(jié)構(gòu)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(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動作方式的不同，支 撐式支架又分為垛式支架（圖 1-1 a）和節(jié)式支架（圖 1-1 b）兩種結(jié)構(gòu)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 23 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(xiàn)已基本淘汰。支 撐式支架的結(jié)構(gòu)特點是：頂梁較長，其長度多在 4m 左右；立柱多，一般 是 46 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)。 (a) (b) 圖 1-1 支撐式支架結(jié)構(gòu)形式 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 7 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(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(xiàn)階段的綜采工作面的生產(chǎn)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(cè)護板、底座、前后連桿、前梁千斤 頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。 圖 1-2 掩護式液壓支架結(jié)構(gòu) 它的結(jié)構(gòu)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(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。掩護式支架的立柱較 少，除少數(shù)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(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動側(cè)護板， XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 8 可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為 左右。m3 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(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 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(chǔ)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(jié)構(gòu)特點和性能， 可適應(yīng)各種頂?shù)装鍡l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(yīng)用范圍廣。 它的缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 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。 1.4 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程中必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些 動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來實現(xiàn) 完成的。如圖 1-3 示 1）升柱 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 9 當需要支架上升支護頂板時。高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔 回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁接觸頂板。 2）降柱 當需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞 桿下降，于是頂梁脫離頂板。 圖 1-3 液壓支架工作原理 -頂梁 -立柱 -底座 -推移千斤頂 -安全閥 -液控單向閥123456 、 -操縱閥 -輸送機 -乳化液泵 -主供液管 -主回液管7891012 3）支架和輸送機前移 支架和運輸機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成的。當需要 支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一 腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當需要推運 輸機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊唬硪磺换匾海?以支架為支點，是活塞桿伸出，把運輸機推向煤壁。 支架的支撐力與時間曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖 1-4 所示： 支架立柱工作時，其支撐力隨時間的變化過程可分為三個階段。 -初撐階段； -增阻階段； -恒阻階段； -初撐力； -工作阻0t1t2t1p2p 力 a. 初撐階段 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 10 支架在升柱時，高壓液進入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立 柱下腔壓力增加，當增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的夜控 單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初撐階段 。0t 圖 1-4 支架的工作特性曲線 t b. 增阻階段 支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直到增加到支架的安 全閥調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力。此階段為增阻階段 。1t c. 恒阻階段 隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調(diào)正 值時，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?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓 力的限制下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段 。2t 支架的工作阻力標志著支架的最大承載能力。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 11 對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮 到立柱傾角的影響因素。 支架的工作阻力是支架的一個重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。 但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對 頂板的支撐能力。因此，常用單位支護面積頂板上所受支架工作阻力值的 大小，即支護強度來表示支架的支護性能。即 a310MPFq 式中 支架的支護面積， 。F2m 1.5 液壓支架的支護方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 3 個工序的不同組 合順序，可形成液壓支架的 3 種支護方式，從而決定工作面“三機”的不 同配套關(guān)系。 1) 即時支護 般循環(huán)方式為：割煤一移架一推溜，工作面“三機”的配套關(guān)系。 即時支護的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件， 是目前應(yīng)用最廣泛的支護方式。 2) 滯后支護 一般循環(huán)方式為：割煤一推溜一移架。滯后支護的特點是，支護滯后 時間較長，梁端距大，支架頂梁較短。可用于穩(wěn)定、完整的頂板。 3) 復(fù)合支護 般循環(huán)方式為：割煤一支架伸出伸縮梁一推溜一收伸縮梁一移架。 復(fù)合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)?？蛇m 用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 12 應(yīng)用較少。 1.6 支架選型的基本參數(shù) 1.6.1 對液壓支架的基本要求 1) 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力 和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。 2) 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100 左右；NK 移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100 150 ,中厚煤層一般為NK 150 至 250 ,厚煤層一般為 300 400 。NK 3) 防矸性能要好。 4) 排矸性能要好。 5) 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，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)挼娜诵械馈?7) 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 8) 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9) 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定得不均勻載荷和沖擊載荷。 10) 滿足強度條件下，盡可能的減輕支架重量。 11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。 12) 液壓元件要可靠。 1.6.2 設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù) 1) 頂板條件 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 13 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢χЪ苓M行選型。 給定參數(shù)：老頂級直接頂 1 級 2) 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 強度。 3) 瓦斯等級 根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風斷面。 給定條件：瓦斯等級 1 級 4) 底板巖性及小時涌水量 根據(jù)底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。 5) 工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。 6) 煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。 給定條件：煤層傾角 8 7) 井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。 8) 配套尺寸 據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 14 2 液壓支架的總體設(shè)計 2.1 液壓支架參數(shù)的確定 2.1.1 初撐力 初撐力的大小是相對于支架的工作阻力而言的，并與頂板的性質(zhì)有關(guān)。 較大的初撐力可以使支架較快地達到工作阻力，防止頂板過早的離層，增 加頂板的穩(wěn)定性。對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護機道上方的頂板， 應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的 80%。 2.1.2 移架力與推溜力 移架力與支架結(jié)構(gòu)、噸位、支撐高度、頂板狀況是否帶壓移架等因素 有關(guān)，一般薄煤層支架的移架力為 。KN150 2.1.3 支架調(diào)高范圍 支架最大結(jié)構(gòu)高度 25.01ShHm 支架最小結(jié)構(gòu)高度 m3.1.5a2 n 式中 、 煤層最大、最小采高；mh 偽頂冒落的最大厚度，一般取 m，這里可取 0.25m；1S 3.02 頂板周期來壓時的最大下沉量、移架使支架的下降量和頂梁上、2 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 15 底座下的浮矸、煤層厚度之河，一般取 0.10.2m，這里取 0.1m。 確定支架的最低高度時還應(yīng)考慮到井下的允許運輸高度 支架的伸縮比 73.125.minaxHKs 值的大小反映了支架對煤層厚度變化的適應(yīng)能力，其值越大，說明sK 支架適應(yīng)煤層厚度變化的能力越強，采用雙伸縮立柱， 值可取 1.9 左右。sK 若進一步提高伸縮比，需采用帶機械加長桿的立柱。 2.1.4 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。大采高支架為提高cb 穩(wěn)定性中心距可采用 1.75m，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的 要求，中心距可采用 1.25m。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用 1.5m，因此設(shè)計中預(yù)取 =1500mm。cb 頂梁總寬度（ ）的確定應(yīng)考慮支架的運輸、安裝和調(diào)架要求。支mB 架頂梁一般裝有活動側(cè)護板，側(cè)護板行程一般為 170200mm。這里可取 =1500mm， =1300mm。mBn 2.1.5 底座長度 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)計支架的底座 長度時，應(yīng)考慮如下諸方面： 支架對底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 16 液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走，保證支 架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度取 3.5 倍的移架步距（一個 移架步距為 0.6m） ，即 2.1m 左右，可取 2200mm。 2.2 四連桿機構(gòu)設(shè)計 四連桿機構(gòu)是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要部件之一。其作 用概括起來主要有兩個：其一是當支架由高到低變化時，借助四連桿機構(gòu) 使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點與煤 壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受 較大的水平力。 為了掌握四連桿機構(gòu)的設(shè)計方法，必須正確理解四連桿機構(gòu)的作用。 下面通過四連桿機構(gòu)動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。這些特征是 四連桿動作過程的必然結(jié)果。 1）支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，頂梁端點運動軌跡的最大 寬度 mm，最好為 30mm 以下；70e 2）支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角 P 和后連 桿與底平面的夾角 Q，應(yīng)滿足如下要求： 支架在最高位置時， ， ；支架在最低位置oP625oQ857 時，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論 可知，要求 ，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù) ，則 。為Wtg3.0W7.16p 了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使 。25p 3) 掩護梁與頂梁鉸點和瞬時中心 之間的連線與水平線夾角為 ,設(shè)計 時要滿足 ，原因是 角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。35.0tg XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 17 4) 應(yīng)取頂梁前端點運動軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖 21 所示的 h 段。 圖 2-1 四連桿機構(gòu)幾何特征 其原因為當頂板來壓時，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，可 防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時底 板阻止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了頂梁 前端的支護力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減小， 防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護梁的外 負荷。 2.3 頂梁長度的確定 根據(jù)支架工作方式何設(shè)備配套尺寸來確定頂梁長度。 2.3.1 支架工作方式對支架頂梁長度的影響 支架工作方式對支架頂梁長度影響很大，先移架后推溜方式（及時支 護方式）要求頂梁有較大的長度；先推溜后移架方式（滯后支護方式）要 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 18 求頂梁長度較短。只是因為采用先移架后推溜的工作方式，支架要超前輸 送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板， 做到及時支護。因此，先移架后推溜時頂梁長度比先推溜后移架時的頂梁 長度要長一個步距為 600mm。 2.3.2 配套尺寸對頂梁長度的影響 為防止當采煤機向支架內(nèi)傾斜時，采煤機滾筒不切割頂梁在設(shè)計時要 求頂梁前端距煤壁最小距離為 300mm。 2.3.3 頂梁長度計算 掩護式支架頂梁長度計算(如圖 2-3)： 1) 頂梁長度=配套尺寸+底座長度+Acos（ ）-Gcos（ ）+300+e1Q1P +掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（mm） 式中 配套尺寸參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊 確定； 底座長度底座前端至后連桿下鉸點之距，參照 SY38001022 型掩護式液壓支架底座長度可取 2200mm； e支架由高到低頂梁前端點最大變化距離，根據(jù)范圍可取 20mm； 、 支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的1Q1P 夾角； A、G分別為后連桿和掩護梁長度。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 19 圖 2-3 配套尺寸圖 2) A 和 G 的長度確定： 一般按同類型支架用類比法來確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距和后 連桿下鉸點至底座底面之距，參照 SY38001022 型掩護式液壓支架可 選取掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距為 130mm，后連桿下鉸點至底座底面之 距為 220mm。 -130-220=2250-130-220=1900mmm1H 取 、 ，后連桿與掩護梁的比值 I=0.450.61，這里 I 可801Q6P 取 0.45。 當支架在最高位置時的 H1 值確定后，掩護梁長度 G 為： G= ）（）（ 11sinPsiQIH = 008i45.6i9 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 20 =1451mm 后連桿的長度為： A=IG =0.45 1451 =653mm 前、后連桿上鉸點之距與掩護梁的比值為 =0.220.3，這里可取 0.251I 前、后連桿上鉸點之距為： B= G=0.25 1451=362.8mm1I 頂梁長度=配套尺寸+底座長度+Acos（ ）-Gcos（ ）+300+e+掩護梁1Q1P 與頂梁鉸點至頂梁后端點之距=2422+2200+675 cos（ ）-1500cos （80 ）+300+20+100=3769mm 。60 式中 配套尺寸參照 MG300AW1 型采煤機、SGZ764 型輸送機來選取 配套尺寸=671+374+764+613=2422mm。 2.4 立柱及柱窩位置的確定 2.4.1 立柱數(shù) 掩護式支架為二柱。 2.4.2 支撐方式 掩護式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范 圍。一般立柱軸線與頂梁的垂直夾角小于 300（支架在最低工作位置時） ， 由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 21 以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護能力增大。 2.4.3 立柱的設(shè)計 1）支護面積 支架的支護面積按下式計算： )(LgbFC 式中 支護面積( )；cF2m 頂梁寬度，取 1.5m；b 頂梁長度；gL 移架后頂梁前端點到煤壁的距離，一般取 0.3+e。 故： = =5.98cF)32.0769.(512m 2）支護強度 支護強度的計算可借助于查表。首先按表根據(jù)老頂級別和直接頂類別 確定支架架型，再根據(jù)老頂級別和采高確定支護強度， 。2m/45qKN 立柱參數(shù)的確定： 立柱缸體內(nèi)徑按下式進行計算： md1dcospn40FD = 2834.2.65 = c917 式中 立柱缸體內(nèi)徑（cm） ；dD XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 22 支架承受的理論支護阻力（ ） ； 1FKN KN1.465298.5qxc 每架支架立柱數(shù)；dn 立柱最大傾角，可取 ；m 安全閥調(diào)正壓力，取 。apa3MP 按照國家標準選取比計算值大的標準值作為內(nèi)徑 ，選取立柱的基本參數(shù)eD 為： 外缸內(nèi)徑： 180mm 中缸外徑： 170mm 中缸內(nèi)徑： 140mm 活柱外徑： 120mm 工作阻力： 1078KN 外缸額定工作壓力： 44.1 aMP 中缸額定工作壓力： 72.8 推薦選用鋼材： 外缸： 2419 中缸： 80 活柱：元鋼 2.4.4 立柱柱窩位置的確定 1) 上柱窩位置的確定 確定的原則： XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 23 從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂板載荷分布一致。但頂板載 荷復(fù)雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為了簡化計算，假 定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長度方向按線性規(guī)律變化，沿支架寬 度方向均布。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)簡化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時為偏于安 全，可以認為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長度方向向后越來越大呈三 角形分布，并按集中載荷計算。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此 計算立柱上柱窩位置。此時認為支架頂梁承受集中載荷 在頂梁 處，取1F3 頂梁為分離體，受力情況如圖 2-4 所示。 圖 2-4 受力分析圖 對 A 取矩： 0AM1g1tt2hpcosxinh03FLFW （ -） g1t21ti3xpcosL（ -） 5.4cos6.7813.025in1.30.45769.45 ）（ m108 式中 x立柱上柱窩至頂梁和掩護梁鉸點之距（m ） ； XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 24 支架支護阻力（KN） ；1F q支架最大支護強度（ ） ；2m/KN 支護面積（ ） ；c2 頂梁長度（不包括頂梁與掩護梁鉸點至頂梁后端之距） （m ） ；gL 立柱工作阻力之和（KN） ， 1678.6KN；tPtP 頂梁和掩護梁鉸點至頂梁頂面之距（m） ；1h 立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距（m） ，參照 QY240-10/26 型掩2 護式支架取 ；5.0 立柱在最高位置時的傾角（度） ，可根據(jù)立柱在最高位置和最低 位置時 以及立柱在最低位置的傾角 來計算出 。3H285.14 2) 下柱窩位置的確定 立柱下柱窩位置的確定，要有利移架，使底座前端比壓小。同時考慮 柱前行人和支架的調(diào)高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點的距離，一般按支 架在最低工作位置時立柱最大傾角應(yīng)小于 來考慮，具體計算如圖 2-530 所示。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 25 圖 2-5 受力分析圖 按幾何關(guān)系列出的下述諸公式進行計算。 （2-1）cosxcosx121 GA （2-2）23tgH 將（2-2 ）式代入（2-1 ）式得： （2-3）2311 tgcos-xH 28tan907cos65.45087 =1219.9mm 式中 ；m15213h2n3 ）（）（H 支架最低位置時，后連桿與水平面夾角，利用幾何作圖法可求1 出 =170； 支架最低位置時，立柱傾角；2 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 26 支架最低位置時，掩護梁與水平面夾角，同樣可以利用幾何作 圖法求出 =31.60； 立柱上柱窩至掩護梁與頂梁鉸點之距；x 立柱下柱窩至底座下表面之距，這里參照 SY38001022 型3h 掩護式液壓支架可選取 =0.15m。3h 由支架的 、 、 、 可計算mH18503903 5.1428 得出立柱的工作行程 L=892mm，查液壓缸活塞行程系列表取 L=900mm。 2.5 平衡千斤頂位置的確定 掩護式支架中平衡千斤頂?shù)耐屏屠τ嬎?，平衡千斤頂位置?yīng)按如 下方法計算確定： 2.5.1 平衡千斤頂安裝位置的確定原則 為了保證支架工作的可靠性，支架的支撐力分布（包括立柱的支撐力 和平衡千斤頂?shù)耐屏屠Φ龋┍仨氝m應(yīng)頂板載荷分布。當立柱的上、下 柱窩位置確定后，就可以根據(jù)頂板載荷分布來確定平衡千斤頂?shù)奈恢?，現(xiàn) 按兩種情況進行分析。 當頂梁前端出現(xiàn)空頂時，頂梁后端載荷加大，頂板載荷合力作用點位 置后移，此時平衡千斤頂受拉，為使支架支撐力分布適應(yīng)頂板載荷分布， 假設(shè)合力作用點位置在頂梁后端 0.27 倍頂梁長度出來進行計算。 當頂梁后端出現(xiàn)空頂時，頂梁前端載荷加大，頂板載荷合力作用點位 置前移，此時平衡千斤頂受推，為使支架支撐力分布適應(yīng)頂板載荷分布， 假設(shè)合力作用點位置在頂梁后端 0.35 倍頂梁長度處進行計算。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 27 2.5.2 平衡千斤頂在頂梁上位置的確定 1）平衡千斤頂在頂梁上位置的確定 取頂梁為分離體（如圖 2-6 示）： 圖 2-6 受力分析圖 由 0YX6sin)(2coscoin8a1PFPFWt 得出 （2-4）8t1asin60 由 M 0hcos)(sin)(cossin 121t121728281 WFLPhPhPLxFt ）（ XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 28 （2-5 ） 由 0bM0h6cossinh2sin0cohx 170a20a27t1t7121 ）（）（）（ FLPLWFL （2-6 ） 將（2-4 ）代入（2-6 ）中得到新的方程，此方程再與（2-5）聯(lián)立可解出： KNPL7.13m8208 式中 平衡千斤頂?shù)耐啤⒗Γㄍ屏θ　啊?、拉力取“” ） ；8P 頂板與掩護梁之間的摩擦系數(shù)，計算時取 0.3；W 支架在最高位置時的立柱傾角；1 支架在最高位置時平衡千斤頂傾角。2 為使平衡千斤頂與掩護梁不發(fā)生干涉，保證支架在不同高度是平衡 千斤頂與掩護梁平行， 可以取支架在最高位置時頂梁上平面和掩護梁2 的夾角 。60 平衡千斤頂活塞桿鉸點至頂梁頂面之距，當支架降到頂梁和掩7h 護梁成 時，為使平衡千斤頂不與掩護梁發(fā)生干涉，所以可以按下式進18 行計算： m483.0.215.03.217 beDBh 式中 掩護梁厚度（m） ，參照 SY38001022 型掩護式液壓支架可e 選 =0. 5m；B XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 29 平衡千斤頂外徑（m） ，參照 SY38001022 型掩護式液壓bD 支架可暫選 =0.125m； 平衡千斤頂外徑與掩護梁間之間隙，一般取 m；b 05.3. 瞬心點至頂梁和掩護梁鉸點之距（m） ；6h 立柱柱窩中心至平衡千斤頂上鉸點之距（ ） ；1L 平衡千斤頂上鉸點至頂梁和掩護梁鉸點之距（m） ；2 支護阻力合力作用點位置（m） ，平衡千斤頂在推力時，取x 。LgX35.0 式中 為頂梁長度。 2）平衡千斤頂?shù)男谐逃嬎?為了防止平衡千斤頂?shù)亩h(huán)或平衡千斤頂本身拉壞，對平衡千斤頂?shù)?行程有如下要求：當支架在最高位置時，頂梁能下擺 ；支架在最低位015 置時頂梁能上擺 ，或頂梁和掩護梁近似成 。為簡化計算，取如下018 兩種情況：假設(shè)平衡千斤頂?shù)幕钊麠U全部伸出時頂梁和掩護梁成 ；平08 衡千斤頂?shù)幕钊麠U全部縮回時，支架恰好在最高位置。 當支架在最高位置時，平衡千斤頂達到最小長度為 ,如圖 2-7 所示。4L XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 30 圖 2-7 支架在最高位置時的 4L 上式中 2172cos)h(xL )artn80s) 2172172 Lhh ）（）（ 8.034arct601cos348.2032 =204mm 當頂梁和掩護梁成 時，平衡千斤頂達到最大長度為 ，如圖 2-81 5L 所示。 圖 2-8 計算圖5L XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 31 x245L 行程 =24LS m8.4078.03 3）平衡千斤頂在掩護梁上位置的確定 平衡千斤頂?shù)男谐檀_定后，即可確定它在掩護梁上的位置 254xL21sba 8.03.7209m8.6 式中 當活塞全部縮回后，缸體上鉸點至活塞上部之