3059 礦用液壓支架1

3059 礦用液壓支架1,液壓,支架 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文- I -摘 要本論文主要闡述了一般掩護式液壓支架的設計過程。設計內容包括：選架型、總體設計、主要零部件的設計、主要零部件的校核和液壓系統(tǒng)的設計。由于該煤層厚度適中，選用掩護式液壓支架。煤層厚度介于之間，煤層厚度變化較大，選用調高范圍大且抗水平推力強且?guī)2.381護幫裝置的掩護式支架。支架采用正四連桿機構，以改善支架受力狀況。頂梁、掩護梁、底座均做成箱體結構；立柱采用雙伸縮作用液壓缸，以增加工作行程來滿足支架調高范圍的需要。推移千斤頂采用框架結構，以減少推溜力和增大移架力。為了提高移架速度，確保對頂板的及時支護，采用錐閥液壓系統(tǒng)。關鍵詞：液壓支架 液壓 四連桿機構 采煤 支架選型 推溜 移架河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文- -AbstractThe article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. 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. Coal bed thickness is situated between between the rice, coal bed thickness 2.381change bigger, selects adjusts the high scope big also the anti- horizontal thrust is strong also the belt protects helps the equipment the shield type support. The support uses the four link motion gear, 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 portal frame construction, 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.河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文- III -Key word: The hydraulic pressure support , hydraulic pressure , four-link mechanism , mining coal, support shaping push forwards the conveyer, advancing the powered support.河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文1目錄1 前言 .11.1 國 內 外 液 壓 支 架 的 研 究 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 .11.2 本 課 題 的 研 究 目 的 和 意 義 .32 液 壓 支 架 基 本 理 論 分 析 .52.1 液 壓 支 架 的 工 作 原 理 .52.1.1 支 架 升 降 .52.1.2 支 架 推 移 .62.1.3 支 架 承 載 過 程 .62.2 液 壓 支 架 的 類 型 和 結 構 .82.2.1 支 撐 式 支 架 .82.2.2 掩 護 式 支 架 .92.2.3 支 撐 掩 護 式 支 架 .92.2.4 特 種 液 壓 支 架 .102.3 對 液 壓 支 架 的 基 本 要 求 .102.4 設 計 液 壓 支 架 必 需 的 參 數(shù) .113 液壓支架的總體設計 .133.1 支 架 的 選 型 設 計 .133.1.1 設 計 的 原 始 條 件 .133.1.2 影 響 架 型 選 擇 的 因 素 .133.1.3 支 架 架 型 的 確 定 .143.2 液壓支架參數(shù)的確定 .163.2.1 支 架 高 度 的 確 定 .163.2.2 支 架 伸 縮 比 .173.2.3 支 架 間 距 .173.2.4 底 座 長 度 與 寬 度 確 定 .183.2.5 初撐力 .183.2.6 移架力與推溜力 .193.3 四 連 桿 機 構 的 設 計 .193.3.1 四 連 桿 機 構 的 作 用 與 缺 點 .193.3.2 四 連 桿 幾 何 特 征 .203.3.3.四 連 桿 機 構 各 部 尺 寸 的 確 定 .203.4 頂 梁 長 度 與 寬 度 確 定 .263.4.1 支 架 工 作 方 式 對 頂 梁 長 度 的 影 響 .263.4.2 頂 梁 長 度 與 寬 度 計 算 .263.5 支 架 技 術 參 數(shù) 和 立 柱 的 設 計 .283.5.1 立 柱 布 置 .28河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文23.5.2 立 柱 柱 窩 位 置 的 確 定 .283.5.3 支 護 面 積 .303.5.4 支 護 強 度 .303.5.5 確 定 立 柱 的 技 術 參 數(shù) .313.5.6 安 全 閥 壓 力 與 立 柱 工 作 阻 力 的 確 定 .323.5.7 支 護 效 率 .353.5.8 底 座 接 觸 比 壓 .363.6 千 斤 頂 技 術 參 數(shù) 的 確 定 .373.6.1 平衡千斤頂安裝位置的確定原則 .373.6.2 平 衡 千 斤 頂 在 頂 梁 上 位 置 的 確 定 .373.6.3 推 移 千 斤 頂 .413.6.4 側 推 千 斤 頂 .423.6.5 前梁千斤頂 .433.6.6 護幫千斤頂 .434 液 壓 支 架 主 要 部 件 的 設 計 .444.1 液 壓 支 架 主 要 部 件 的 設 計 要 求 .444.2 頂 梁 的 設 計 .454.3 底 座 的 設 計 .464.4 前梁的設計 .464.5 掩護梁的設計 .474.6 前、后連桿 .484.7 立柱的設計 .495 液壓支架受力分析和計算 .515.1 支 架 工 作 狀 態(tài) .515.1.1 頂 板 狀 態(tài) .515.1.2 支 架 工 作 狀 態(tài) .515.1.3 支 架 受 力 .525.2 支 架 受 力 計 算 .525.3 頂 梁 載 荷 分 布 .566 主要部件的強度校核 .586.1 校核的基本要求 .586.2 頂梁強度校核 .596.3 掩護梁強度校核 .616.4 底座強度校核 .626. 5 立柱強度的校核 .637 液壓系統(tǒng)設計 .667.1 液壓支架的液壓系統(tǒng)的簡介 .667.1.1 液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求 .66河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文37.1.2 液壓支架的液壓傳動特點 .668 結 論 .689 致 謝 .69參 考 文 獻 .70河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文11 前言1.1 國 內 外 液 壓 支 架 的 研 究 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展地 下 開 采 的 煤 產 量 主 要 是 利 用 由 液 壓 支 架 配 套 的 綜 采 設 備 產 出 的 。綜 采 設 備 的 研 制 和 廣 泛 的 運 用 ， 對 煤 炭 工 業(yè) 革 新 技 木 裝 備 不 僅 有 著 重大 的 作 用 ， 而 且 對 采 煤 工 藝 各 個 環(huán) 節(jié) 技 術 水 平 的 發(fā) 展 和 提 高 ， 是 強 有力 的 促 進 因 素 。加 速 現(xiàn) 代 化 進 程 ， 必 須 加 速 煤 炭 工 業(yè) 企 業(yè) 的 建 設 、 改 造 和 革 新 技術 裝 備 的 進 程 ， 增 加 地 下 開 采 和 露 天 開 采 的 煤 產 量 。 地 下 開 采 方 法 是最 復 雜 和 閑 難 的 方 法 ， 但 是 ， 這 種 方 法 在 工 業(yè) 發(fā) 達 國 家 和 以 煤 作 為次 能 源 的 地 區(qū) ， 仍 然 普 遍 應 用 。 而 且 ， 開 采 優(yōu) 質 煤 ， 包 括 煉 焦 煤 ，都 是 采 用 地 下 開 采 方 法 。綜 合 機 械 化 采 煤 是 煤 炭 工 業(yè) 的 一 次 技 術 革 命 ， 從 根 本 上 改 變 了 煤炭 工 業(yè) 的 面 貌 ， 綜 合 機 械 化 采 煤 是 20 世 紀 人 類 科 技 發(fā) 展 的 重 要 成 果 。綜 合 機 械 化 采 煤 技 術 在 我 國 的 研 究 試 驗 、 使 用 、 發(fā) 展 ， 徹 底 改 變 了 我國 煤 炭 工 業(yè) 的 面 貌 ， 降 低 了 工 人 的 勞 動 強 度 ， 提 高 了 產 量 、 勞 動 生 產率 和 企 業(yè) 效 益 ， 滿 足 了 國 民 經 濟 建 設 對 煤 炭 的 需 求 ， 合 理 的 集 中 生 產簡 化 了 生 產 系 統(tǒng) ， 提 高 了 生 產 安 全 性 。 我 國 綜 采 技 術 發(fā) 展 的 30 多 年 ，使 我 國 的 煤 炭 生 產 技 術 水 平 跨 進 了 世 界 先 進 行 列 ， 綜 放 技 術 躍 居 世 界領 先 地 位 。工 作 面 支 護 問 題 始 終 是 困 擾 煤 礦 生 產 安 全 、 產 量 和 效 率 的 重 要 問題 。 以 液 壓 支 架 為 主 要 設 備 的 綜 合 機 械 化 采 煤 (以 下 簡 稱 綜 采 )的 誕河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文2生 和 發(fā) 展 是 煤 礦 生 產 發(fā) 展 史 上 的 一 次 重 大 革 命 。 不 僅 從 根 本 上 改 善了 勞 動 和 安 全 條 件 ， 也 為 工 作 面 產 量 和 效 率 的 迅 速 提 高 奠 定 了 基 礎 。但 是 綜 采 設 備 初 期 投 資 高 ， 特 別 是 液 壓 支 架 占 綜 采 設 備 總 投 資 約 60%，因 此 液 壓 支 架 的 合 理 選 用 特 顯 重 要 。30 多 年 來 在 液 壓 支 架 技 術 不 斷 發(fā) 展 中 ， 形 成 了 以 煤 科 總 院 專 業(yè) 研究 所 和 骨 干 支 架 制 造 廠 設 計 所 為 主 的 支 架 研 究 設 計 隊 伍 ， 采 用 計 算 機CAD 進 行 各 種 類 型 支 架 的 設 計 ， 用 有 限 元 計 算 軟 件 等 進 行 計 算 ， 并 普及 計 算 機 繪 圖 。 我 國 制 訂 的 緩 傾 斜 工 作 面 頂 板 分 類 及 其 它 研 究 成 果 為支 架 設 計 、 選 型 和 使 用 提 供 了 有 力 的 指 導 依 據(jù) 。 制 造 方 面 形 成 以 原 部屬 專 業(yè) 制 造 廠 為 主 、 機 械 工 業(yè) 部 及 船 舶 制 造 總 公 司 等 專 業(yè) 廠 為 輔 的 制造 體 系 ， 以 及 以 國 家 煤 礦 支 護 設 備 質 量 檢 測 中 心 為 骨 干 的 檢 測 隊 伍 。制 定 有 關 支 架 檢 測 標 準 11 項 ， 建 立 了 各 項 支 架 檢 測 手 段 ， 造 就 了 一支 研 究 、 制 造 和 使 用 液 壓 支 架 的 龐 大 隊 伍 ;形 成 了 研 制 液 壓 支 架 的 雄厚 基 礎 。 不 僅 能 滿 足 國 內 的 需 要 ， 還 向 美 國 、 俄 羅 斯 、 土 耳 其 和 印 度等 國 家 出 口 液 壓 支 架 或 成 套 綜 采 設 備 。為 適 應 我 國 煤 礦 綜 采 機 械 化 的 發(fā) 展 ， 國 內 綜 采 設 備 科 研 設 計 和 制造 企 業(yè) 已 研 制 開 發(fā) 出 具 有 較 先 進 技 術 水 平 的 大 功 率 電 牽 引 采 煤 機 、 重型 刮 板 輸 送 機 、 電 液 控 制 強 力 液 壓 支 架 和 多 點 驅 動 大 運 力 帶 式 輸 送 機 。配 套 設 備 的 生 產 能 力 達 到 15002 500 t/h， 在 適 宜 的 煤 層 和 礦 井 條件 下 ， 綜 采 工 作 面 可 實 現(xiàn) 年 產 300 萬 噸 以 上 。 新 型 礦 用 單 體 支 護 設 備 ， 采 用 懸 浮 式 液 壓 技 術 原 理 ， 生 產 礦 用 單體 支 護 設 備 ， 技 術 水 平 達 到 了 國 際 領 先 水 平 ， 填 補 了 國 際 空 白 。DWX 型 液 壓 支 柱 的 柱 塞 懸 浮 ， 密 封 脹 緊 ， 密 封 補 償 ， 無 內 泄 漏 、 無 圓弧 焊 縫 等 技 術 和 安 全 特 點 ， 具 有 獨 創(chuàng) 性 。 新 型 礦 用 單 體 支 護 設 備 的 誕生 ， 消 除 了 五 十 年 來 國 內 外 單 體 支 護 設 備 一 直 存 在 的 內 泄 漏 和 圓 弧 焊河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文3縫 脆 斷 等 安 全 隱 患 問 題 。 解 決 了 深 部 煤 礦 開 采 沖 擊 地 壓 條 件 下 回 采工 作 面 頂 板 支 護 的 關 鍵 技 術 ， 結 束 了 由 德 國 人 發(fā) 明 的 第 二 代 單 體 支 護設 備 的 歷 史 ， 開 創(chuàng) 了 中 國 人 發(fā) 明 的 第 三 代 單 體 支 護 技 術 設 備 的 歷 史 ，并 將 會 長 期 使 用 下 去 。 該 產 品 普 遍 適 用 于 煤 礦 回 采 工 作 面 的 頂 板 支 護和 端 頭 支 護 ， 可 廣 泛 應 用 于 薄 煤 層 、 中 厚 煤 層 及 較 厚 煤 層 工 作 面 ， 是煤 礦 的 重 要 支 護 設 備 。近 10 年 來 主 要 的 發(fā) 展 趨 勢 是 向 兩 柱 掩 護 式 和 四 柱 掩 護 式 架 型 發(fā) 展 ，架 型 結 構 進 一 步 完 善 ， 設 計 方 法 更 先 進 ， 參 數(shù) 向 高 工 作 阻 力 、 大 中 心距 發(fā) 展 。 液 壓 支 架 另 一 重 大 突 破 是 控 制 系 統(tǒng) ， 應 用 電 液 控 制 技 術 ， 采用 電 磁 控 制 的 先 導 閥 ， 先 進 可 靠 的 壓 力 和 位 移 傳 感 器 ， 靈 活 自 由 編 程的 微 處 理 機 技 術 ， 紅 外 線 遙 感 技 術 等 現(xiàn) 代 科 技 成 果 ， 使 液 壓 支 架 的 動作 自 動 連 續(xù) 進 行 ， 移 架 速 度 大 大 提 高 ， 支 架 循 環(huán) 時 間 達 到 68s。我 國 自 1973 年 開 始 大 規(guī) 模 引 進 德 國 、 英 國 等 國 家 的 綜 采 設 備 ， 經歷 了 消 化 、 吸 收 和 改 進 提 高 的 過 程 ， 到 目 前 已 形 成 了 較 完 整 的 設 計 、制 造 和 科 研 體 系 ， 掩 護 式 液 壓 支 架 的 制 造 和 采 煤 技 術 已 有 長 遠 發(fā) 展 。1.2 本 課 題 的 研 究 目 的 和 意 義采 用 綜 合 機 械 化 采 煤 方 法 是 大 幅 度 增 加 煤 炭 產 量 、 提 高 經 濟 效 益的 必 由 之 路 。 為 了 滿 足 對 煤 炭 增 長 的 日 益 需 要 ， 必 須 大 量 生 產 綜 合 機械 化 采 煤 設 備 ， 迅 速 增 加 綜 合 機 械 化 采 煤 工 作 面 。 由 于 采 煤 工 作 面 的底 頂 板 條 件 、 煤 層 厚 度 、 煤 層 的 物 理 機 械 性 質 等 的 不 同 ， 對 液 壓 支 架的 要 求 也 不 同 。 為 了 有 效 的 支 護 和 控 制 頂 板 ， 必 須 設 計 出 不 同 類 型 和不 同 結 構 尺 寸 的 液 壓 支 架 。 因 此 液 壓 支 架 的 設 計 工 作 是 很 重 要 的 。 由于 液 壓 支 架 的 類 型 很 多 ， 因 此 其 設 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 環(huán) 節(jié) 。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文4通 過 對 液 壓 支 架 的 理 論 學 習 ， 完 成 液 壓 支 架 的 設 計 工 作 ， 加 深對 液 壓 支 架 工 作 原 理 、 工 作 性 能 、 工 作 環(huán) 境 及 其 結 構 的 認 識 和 了 解 。通 過 對 液 壓 支 架 結 構 的 分 析 ， 加 深 和 鞏 固 機 械 原 理 的 相 關 內 容 ； 通 過對 液 壓 支 架 受 力 的 分 析 和 強 度 的 校 核 ， 加 深 對 專 業(yè) 基 礎 課 理 論 力 學 和材 料 力 學 及 專 業(yè) 課 機 械 設 計 相 關 內 容 的 鞏 固 和 理 解 。 同 樣 通 過 對 液 壓支 架 的 設 計 ， 能 夠 更 好 的 認 識 國 內 外 液 壓 支 架 的 發(fā) 展 趨 勢 和 發(fā) 現(xiàn) 目 前煤 礦 液 壓 支 架 主 要 存 在 的 問 題 ， 從 而 為 以 后 更 深 認 的 了 解 和 設 計 液 壓支 架 打 下 良 好 的 基 礎 。通 過 自 己 獨 立 地 完 成 指 定 的 課 程 設 計 任 務 ， 提 高 理 論 聯(lián) 系 實 際 、分 析 問 題 和 解 決 問 題 的 能 力 ， 學 會 查 閱 參 考 書 和 工 具 書 的 方 法 ， 提 高編 寫 技 術 文 件 的 能 力 ， 進 一 步 加 強 設 計 計 算 和 制 圖 等 基 本 技 能 的 訓 練 ，為 畢 業(yè) 后 成 為 一 名 出 色 的 機 械 工 程 師 打 好 基 礎 ?，F(xiàn) 代 社 會 對 人 才 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 作 為 一 名 當 代 大 學 畢 業(yè) 生 ，不 僅 打 好 堅 實 的 專 業(yè) 知 識 ， 還 應 具 備 工 程 技 術 人 才 應 有 的 綜 合 素 質 。為 了 適 應 這 一 發(fā) 展 趨 勢 ， 我 們 應 立 足 變 傳 統(tǒng) 的 、 僵 化 的 、 單 純 的 畢 業(yè)設 計 為 培 養(yǎng) 主 動 學 習 、 提 高 創(chuàng) 新 能 力 、 樹 立 團 結 協(xié) 作 精 神 、 強 化 計 算機 運 用 等 多 維 兼 容 性 畢 業(yè) 設 計 ;同 時 通 過 完 成 畢 業(yè) 設 計 ， 鍛 煉 學 生 解決 實 際 工 程 問 題 的 能 力 ； 在 整 個 畢 業(yè) 設 計 的 過 程 中 ， 以 我 們 的 主 動 學習 為 主 ， 教 師 適 時 指 導 為 輔 ； 將 素 質 教 育 也 畢 業(yè) 設 計 教 學 相 融 合 ， 從根 本 上 提 高 畢 業(yè) 設 計 的 質 量 和 水 平 。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文52 液 壓 支 架 基 本 理 論 分 析2.1 液 壓 支 架 的 工 作 原 理液 壓 支 架 在 工 作 過 程 中 ， 不 僅 要 可 靠 的 支 撐 頂 板 ， 維 護 一 定 的 安全 工 作 空 間 ， 而 且 要 隨 工 作 面 的 推 進 ， 進 行 移 架 和 推 移 輸 送 機 。 因 此 ，支 架 要 實 現(xiàn) 升 、 降 、 推 、 移 四 個 基 本 動 作 ， 這 些 動 作 是 利 用 泵 站 供 給的 高 壓 液 體 ， 通 過 工 作 面 性 質 不 同 的 幾 個 液 壓 缸 來 完 成 的 ， 如 圖2.1 所 示 。圖 2.1 液 壓 支 架 工 作 原 理1頂 梁 ； 2立 柱 ； 3推 移 千 斤 頂 ； 4安 全 閥 ； 5單 向 筏 ； 6、 7操 縱閥 ；2.1.1 支 架 升 降當 操 作 閥 處 于 升 柱 位 置 時 ， 從 乳 化 液 泵 站 來 得 高 壓 液 體 通 過 操 縱閥 液 控 單 向 閥 5 進 入 立 柱 2 的 下 腔 ， 立 柱 上 腔 回 液 ， 支 架 升 起 ， 并 撐緊 頂 板 。 當 操 縱 閥 處 于 降 柱 位 置 時 ， 工 作 液 體 進 入 立 柱 的 上 腔 ， 同河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文6時 打 開 液 控 單 向 閥 ， 立 柱 下 腔 回 液 ， 支 架 下 降 。2.1.2 支 架 推 移支 架 的 前 移 和 推 移 輸 送 機 是 通 過 操 縱 閥 和 推 移 千 斤 頂 3 來 進 行的 。 移 架 時 ， 先 使 支 架 卸 載 下 降 ， 再 把 操 縱 閥 置 于 移 架 位 置 ， 從 乳 化液 泵 站 來 的 高 壓 液 體 進 入 推 移 千 斤 頂 的 前 腔 即 活 塞 桿 腔 ， 后 腔 即 活 塞腔 回 液 。 這 時 ， 支 架 以 輸 送 機 為 支 點 前 移 。 移 架 結 束 后 ， 再 把 支 架 升起 ， 使 支 架 撐 緊 頂 板 。 若 將 操 縱 閥 置 于 推 溜 位 置 ， 高 壓 液 體 進 入 推 移千 斤 頂 后 腔 即 活 塞 腔 ， 前 腔 即 活 塞 桿 腔 回 液 ， 這 時 輸 送 機 以 支 架 為 支點 被 推 向 煤 壁 。2.1.3 支 架 承 載 過 程支 架 的 承 載 過 程 是 指 支 架 與 頂 板 之 間 相 互 力 學 作 用 的 過 程 ， 它 包括 初 撐 、 承 載 增 阻 和 恒 阻 三 個 階 段 。(1) 初 撐 階 段在 升 架 過 程 中 ， 當 支 架 的 頂 梁 接 觸 頂 板 ， 直 到 立 柱 下 腔 的 液 體 壓力 逐 漸 上 升 到 泵 站 工 作 壓 力 時 ， 停 止 供 液 ， 液 控 單 向 閥 5 立 即 關 閉 ，這 一 過 程 為 支 架 的 初 撐 階 段 。 此 時 支 架 對 頂 板 的 支 撐 力 為 初 撐 力 。(2) 承 載 增 阻 階 段支 架 初 撐 結 束 后 ， 隨 著 頂 板 的 下 沉 ， 立 柱 下 腔 的 液 體 壓 力 逐 漸 升高 ， 支 架 對 頂 板 的 支 撐 力 也 隨 之 增 大 ， 呈 現(xiàn) 增 阻 狀 態(tài) ， 這 一 過 程 為 支架 的 承 載 增 阻 階 段 。(3) 恒 阻 階 段隨 著 頂 板 壓 力 的 進 一 步 增 加 ， 立 柱 下 腔 的 液 體 壓 力 越 來 越 高 ， 當河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文7升 高 到 安 全 閥 4 的 調 定 壓 力 時 ， 安 全 閥 打 開 溢 流 ， 立 柱 下 縮 ， 液 體壓 力 隨 之 降 低 。 當 降 到 安 全 閥 的 調 定 壓 力 時 ， 安 全 閥 關 閉 。 隨 著 頂 板的 繼 續(xù) 下 沉 ， 安 全 閥 重 復 這 一 過 程 。 由 于 安 全 閥 的 作 用 ， 支 架 的 支 撐力 維 持 在 某 一 恒 定 數(shù) 值 上 ， 這 是 支 架 的 恒 阻 階 段 。 此 時 ， 支 架 對 頂 板的 支 撐 力 成 為 工 作 阻 力 ， 它 是 由 支 架 安 全 閥 的 調 定 壓 力 決 定 的 。 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 。圖 2.2 支 架 的 工 作 特 性 曲 線由 上 可 知 ， 支 架 工 作 時 ， 其 支 撐 力 與 時 間 的 關 系 ， 可 用 支 架 工 作特 性 曲 線 表 示 ， 如 圖 所 示 ， 曲 線 上 的 、 、 分 別 表 示 支 架 的 初0t12撐 、 增 阻 、 和 恒 阻 階 段 的 時 間 。上 述 工 作 過 程 表 明 ： 支 架 在 達 到 額 定 工 作 阻 力 以 前 具 有 增 阻 性 ，以 保 證 支 架 對 頂 板 有 效 的 支 撐 作 用 ； 當 支 架 達 到 額 定 工 作 阻 力 以 后 ，支 架 能 隨 頂 板 的 下 沉 而 下 縮 ， 即 具 有 可 縮 性 和 恒 阻 性 ， 支 架 的 工 作 特性 決 定 于 立 柱 、 液 控 單 向 閥 、 安 全 閥 和 操 縱 閥 的 性 能 和 密 封 的 好 壞 。所 以 這 些 元 件 是 支 架 的 關 鍵 液 壓 元 件通 常 液 控 單 向 閥 和 安 全 閥 組 合 在 一 起 ， 稱 為 控 制 閥 。 支 架 的 工作 阻 力 是 支 架 的 一 個 重 要 參 數(shù) ， 它河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文8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 ， 通 常 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(式 2.1)FPq310Ma式 中 支 架 的 支 護 面 積 ，F(xiàn)2m2.2 液 壓 支 架 的 類 型 和 結 構液 壓 支 架 按 其 對 頂 板 的 支 護 方 式 和 結 構 特 點 的 不 同 ， 分 為 支 撐 式 、掩 護 式 和 支 撐 掩 護 式 三 種 基 本 架 型 。2.2.1 支 撐 式 支 架支 撐 式 支 架 是 出 現(xiàn) 最 早 的 一 種 架 型 ， 按 其 結 構 和 動 作 方 式 的 不 同 ，支 撐 式 支 架 又 分 為 垛 式 支 架 和 節(jié) 式 支 架 兩 種 結 構 型 式 。 垛 式 支 架 每 架為 一 整 體 ， 與 輸 送 機 聯(lián) 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 與 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 構 特 點 是 ： 頂 梁 較 長 ， 其 長 度 多 在 4 左 右 ； 而m且 立 柱 多 ， 一 般 46 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 后 部 ， 故 切 頂 性 能 好 ； 對頂 板 重 復 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 工河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文9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 。2.2.2 掩 護 式 支 架掩 護 式 支 架 的 結 構 特 點 是 ： 有 一 個 較 寬 的 掩 護 梁 以 擋 住 采 空 區(qū) 的矸 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 于 頂 梁 或 直 接 作 用于 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 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 3.0mm 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(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 和 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 。2.2.3 支 撐 掩 護 式 支 架支 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 用 于 各 種 頂 底 板 條 件 。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文10支 撐 掩 護 式 支 架 的 頂 梁 由 前 梁 與 主 梁 構 成 ， 四 根 立 柱 支 撐 在 頂梁 和 立 柱 之 間 ， 掩 護 梁 的 上 端 與 頂 梁 鉸 接 ， 下 端 用 連 桿 與 底 座 相 連 。這 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 主 要 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 和 后 傾 。 也 可 倒 八字 形 布 置 和 交 叉 布 置 。 通 常 ， 兩 排 立 柱 都 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 。2.2.4 特 種 液 壓 支 架特 種 液 壓 支 架 是 為 滿 足 某 些 特 殊 要 求 而 發(fā) 展 起 來 的 液 壓 支 架 ， 在結 構 型 式 仍 屬 于 上 述 某 種 基 本 架 型 。2.3 對 液 壓 支 架 的 基 本 要 求1. 為 了 滿 足 采 煤 工 藝 及 地 質 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kN右 ； 移 架 力 按 煤 層 厚 度 而 定 ， 薄 煤 層 一 般 為 100kN150kN， 中厚 煤 層 一 般 為 150kN 250kN， 厚 煤 層 一 般 為 250kN 400kN。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 毒 氣 體 等 安 全 方 面 的 要 求 。6. 為 了 操 作 和 生 產 的 需 要 ， 要 有 足 夠 寬 的 人 行 道 。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文117. 調 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 植 。9. 要 求 支 架 有 足 夠 的 剛 度 ， 能 夠 承 受 一 定 的 不 均 勻 載 荷 和 沖 擊 載 荷 。10. 在 滿 足 強 度 條 件 下 ， 盡 可 能 減 輕 支 架 重 量 。11. 要 易 于 拆 卸 ， 結 構 要 簡 單 。12. 液 壓 元 件 要 可 靠 。2.4 設 計 液 壓 支 架 必 需 的 參 數(shù)1.頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢χЪ苓M行選型。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，險算通風斷面。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，決定是否用防倒放滑裝置。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.配套尺寸根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文123 液壓支架的總體設計3.1 支 架 的 選 型 設 計3.1.1 設 計 的 原 始 條 件煤 層 厚 度 ： H 1.83.2 米 ； 頂 設 條 件 老 頂 II 級 、 直 接 頂 II 級 ，底 板 平 整 ， 無 影 響 支 架 通 過 的 斷 層 。 工 作 面 配 套 設 備 ： 采 煤 機 ：MXA-300/3.5， 刮 板 輸 送 機 ： SGZ 730/320。 煤 層 傾 斜 角 小 于 15 度 ，河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文13支 護 強 度 、 底 板 抗 壓 強 度 、 泵 站 壓 力 、 安 全 閥 調 定 壓 力 40MPa。3.1.2 影 響 架 型 選 擇 的 因 素1) 煤 層 厚 度煤 層 厚 度 不 但 直 接 影 響 到 支 架 的 高 度 和 工 作 阻 力 ， 而 且 還 影 響 到支 架 的 穩(wěn) 定 性 。 當 煤 層 厚 度 大 于 2.52.8m（ 軟 煤 取 下 限 ， 硬 煤 取 上限 ） 時 ， 應 選 用 抗 水 平 推 力 強 且 帶 護 幫 裝 置 的 掩 護 式 或 支 撐 掩 護 式 支架 。 當 煤 層 厚 度 變 化 較 大 時 ， 應 選 用 調 高 范 圍 大 的 支 架 。2) 煤 層 傾 角煤 層 傾 角 主 要 影 響 支 架 的 穩(wěn) 定 性 ， 傾 角 大 時 易 發(fā) 生 傾 倒 、 下 滑 象 。當 煤 層 傾 角 大 于 10 15 時 ， 應 設 防 滑 和 調 架 裝 置 ， 當 傾 角 超 過 18時 ， 應 同 時 具 有 防 滑 防 倒 裝 置 。3) 底 板 性 質底 板 承 受 支 架 的 全 部 載 荷 ， 對 支 架 的 底 板 影 響 較 大 ， 底 板 的 軟 硬和 平 整 性 ， 基 本 上 決 定 了 支 架 底 座 的 結 構 和 支 承 面 積 。 選 型 時 ， 要驗 算 底 座 對 底 板 的 接 觸 比 壓 ， 其 值 要 小 于 底 板 的 允 許 比 壓 (對 于 砂 巖底 板 ， 允 許 比 壓 為 1.962.16MPa， 軟 底 板 為 0.98MPa 左 右 )。4) 瓦 斯 涌 出 量對 于 瓦 斯 涌 出 量 大 的 工 作 面 ， 支 架 的 通 風 斷 面 應 滿 足 通 風 的 要 求 ，選 型 時 要 進 行 驗 算 。5) 地 質 構 造地 質 構 造 十 分 復 雜 ， 煤 層 厚 度 變 化 又 較 大 ， 頂 板 允 許 暴 露 面 積 和時 間 分 別 在 58 和 20min 以 下 時 ， 暫 不 宜 采 用 液 壓 支 架 。6) 設 備 成 本河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文14在 滿 足 要 求 的 前 提 下 ， 應 選 用 價 格 便 宜 的 支 架 。3.1.3 支 架 架 型 的 確 定從 架 型 的 結 構 特 點 來 看 ， 由 于 架 型 的 不 同 ， 它 的 支 撐 力 分 布 和作 用 也 不 同 ； 從 頂 板 條 件 來 看 ， 由 于 直 接 頂 類 別 和 老 頂 級 別 的 不 同 ，支 架 所 承 受 的 載 荷 也 不 同 。 所 以 ， 為 了 在 使 用 中 合 理 地 選 擇 架 型 ，要 對 支 架 的 支 撐 力 、 采 煤 高 度 與 承 載 的 關 系 進 行 分 析 ， 使 支 架 的 支撐 力 能 適 應 頂 板 載 荷 的 要 求 。根 據(jù) 煤 層 厚 度 1.83.2 米 ， 屬 于 中 厚 煤 層 。 支 架 的 適 應 高 度為 1.53.5 米 煤 質 條 件 老 頂 II 級 、 直 接 頂 II 級 ， 底 板 平 整 ， 無影 響 支 架 通 過 的 斷 層 ， 根 據(jù) 表 2.1 初 步 選 定 為 掩 護 式 兩 柱 液 壓 支架 。老 頂 級 別 直 接 頂 類別1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文15表 2.1 支 架 架 型 的 選 擇注 ： 括 號 內 的 數(shù) 字 是 掩 護 式 支 架 的 支 護 強 度 。 表 中 所 列 支 護 強 度 在 選 用 時 ，可 根 據(jù) 本 礦 情 況 允 許 有 %的 波 動 范 圍 。5 表 中 1.3、 1.6、 2 分 別 為 、 、 級 老 頂 的 分 級 增 壓 系 數(shù) ； 級 老頂 給 出 最 低 值 2， 選 用 時 可 根 據(jù) 本 礦 實 際 確 定 適 宜 值 。支 撐式采 高小 于2.5m時支 架 類 型掩護式掩護式支撐式掩護式掩護或支撐掩護式支撐式支撐掩護式支撐掩護式掩護或支撐掩護式掩護或支撐掩護式支 撐掩護 式采 高大 于2.5m時1 0.294 1.3 0.2941.6 0.29420.24920.343（ 0.245）1.3 0.343（ 0.245）1.6 0.34320.34330.441（ 0.343）1.3 0.441（ 0.343）1.6 0.44120.441支架支護強度MPa采高m40.539（ 0.441）1.3 0.539（ 0.441）1.6 0.53920.539應 結合 深孔 爆破 ，軟 化頂 板等 措施 處理 采空 區(qū)河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文163.2 液壓支架參數(shù)的確定3.2.1 支 架 高 度 的 確 定支 架 高 度 的 確 定 原 則 ， 應 根 據(jù) 所 采 煤 層 的 厚 度 ， 采 區(qū) 范 圍 內 地 質 條件 的 變 化 等 因 素 來 確 定 ， 其 最 大 與 最 小 高 度 為 ：（ 式 3.1）1ShHm（ 式 3.2）2n煤 層 最 大 采 高煤 層 最 小 采 高偽 頂 冒 落 的 最 大 厚 度 ， 一 般 取 0.20.3mS1頂 板 最 大 下 沉 量 ， 一 般 取 100200mm2移 架 時 支 架 的 最 小 可 縮 量 ， 一 般 取 50mma矸 、 浮 煤 厚 度 ， 一 般 取 50mm本 設 計 采 高 1.83.2m,取 支 架 高 度 為 1.53.5m3.2.2 支 架 伸 縮 比支 架 的 伸 縮 比 指 最 大