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1、- 1 - 前言煤 炭 是 工 业 的 粮 食 ， 目 前 及 在 相 当 一 段时 期内 ， 我 国能源 生 产 和消 费结 构中 以煤 炭为 主的 格局 不 会 改 变 ， 且 数 量每年 都 在 递增 ，只 有依 靠科 技进 步， 依靠 煤 炭 生 产 的 机 械 化和自 动 化 才能 满足 工业 生产 的这 一需 要。 综 合 机 械 化 采 煤 方法是 高 效 安全 的采 煤方 法， 而液 压支 架是 综 合 机 械 化 采 煤 方法中 最重 要的 设备 之一 。液 压 支 架 在 我 国 煤 矿 中 的 使 用 已 有 近 三十 年的 历 史 。从消 化 先 进设 备开 始， 到我
2、 国能 独立 研究 、 设 计 的 制 作 ， 我们已 经 积 累了 丰富 的经 验。 通过 在学 院函 授 站 的 学 习 ， 使 我对这 一 部 分知 识有 了更 加全 面、 更加 系统 的 认 识 和 了 解 ， 并利用 毕 业 设计 这个 机会 ， 对 我矿 井下 工 作 面 所 用 的 液 压 支 架进行 了 选 型和 设计 。由 于自 己的 能力 有限 ， 经 验 不 足 ， 再 加上时 间较 紧， 有不 妥之 处， 希 望能 得 到有关 专 家 和 老 师的 指正 。- 2 - 内容 提要ZY3200/14 /34掩 护 式 液 压 支 架 的 设 计 ， 主 要 是 针 对*2
3、2313工作 面 的煤 层、围 岩 情 况及 其配 套设 备 进 行 选型 设计 的一 种实 用液 压支 架 ， 它 包 括以 下几 个部 分：通 过 介绍 整个 矿 井 的 地 质 条 件及 工 作 面 的 实际 情 况 ，结合 支 架 的发 展情 况及 分类 ，对 液压 支架 进 行 了 选 型 ， 并 确定其 基本 技术 参数 。根 据 结构 部件 在 整 个 液 压 支 架中 承 载 情 况 及作 用 ， 详细对 支 架 的顶 梁、 四连 杆机 构、 侧护 板 、 底 座 、 立 柱 、 各 种 千斤 顶 等 部件 进行 了结 构设 计， 确定 了其 整 体 结 构 尺 寸 。 重点对
4、 立 柱 做了 结构 、技 术参 数说 明， 并根 据 其 承 载 的 工 作 阻力对 立柱 的稳 定性 ，活 塞 杆 和 缸 体的 强度 进行 了校验 。介 绍 了该 支架 液 压 系 统 的 特 点， 详 细 说 明 了立 柱 、 各种千 斤 顶 系统 的基 本控 制回 路及 它们 的工 作 原 理 ， 并 对 泵 站液压 元件 、液 压管 路进 行 了 选 型 。- 3 - 目录第 一 章概 论 1第 二 章液 压 支架 结 构 尺寸 的设 计 第 三 章液 压 支架 部 件 的设 计 第 四 章立 柱 的强 度 校 核 第 五 章液 压 支架 的 液 压系 统设 计 结论 谢辞 参 考
5、 文献 - 4 - ZY3200/14/34掩护式液压支 架的 设计第一章概论一、矿井的概述* 矿是 一座 年产180 万 吨的 大 型 机械 化 矿 井， 生产 装备先 进， 技术 力量 雄厚 ，采 、 掘机 械化 程 度 达 到 100% ，井 田 含煤 地层 时代 为 c-p ，总 厚 210 米 ，其 中 有 19 层 煤， 煤层 总 厚21 米 ，含 煤 系 数 10%， 可 采 和部 分 可 采 煤 层 8 层 ， 厚 17.30米 ，可 采含 煤系 数为 8.2% 。二、支架的发展情况在 煤 矿开 采 的 过程 中 ，为 了防 止顶 板 冒 落，维 持 一定 的 工作 空 间 ，
6、保 证工 人安 全和 各项 作业 正常 进 行 ， 必 须 对 顶 板进行 支 护 。目 前回 采工 作面 使用 的支 护设 备 有 金 属 摩 擦 支 柱，单 体液 压支 柱和 自移 式 液 压 支 架 ，前 二者 统 称 单 体 支护 设备 ，与 金 属 铰接 顶梁 配套 使用 ，支 撤和 移动 都 靠 人 工 操 作 ， 故劳动 强 度 大， 安全 性较 差， 支撤 速度 慢， 工 作 面 产 量 和 效 率较低 ， 随 着采 煤机 械化 程度 的提 高， 促使 了 支 护 设 备 的 迅 速发展 ，1954 年 ， 英国 首先 装备 了 世 界 上 第一 个使 用液 压支 架 的综 采
7、 工 作面 ，把 回采 工作 面的 支 护技 术推 进到 一 个 新 的 阶段 。液 压 支架 是 以 高压 乳化 液为 动力 ， 使 支 架 的 支 撑、 切顶、- 5 - 移 架 和 推移 输送 机等 工序 全部 实现 了机 械 化 ， 具 有 支 护 性能好 ， 强 度高 ，移 架速 度快 ，安 全可 靠等 优 点 ， 液 压 支 架 与可弯 曲 输 送机 、采 煤机 组成 综合 机械 化采 煤 设 备 ， 它 的 应 用对增 加 采 煤工 作面 产量 提高 劳动 生产 率， 降 低 成 本 ， 减 轻 工人的 体力 劳动 和保 证安 全 生 产 是 不可 缺少 的有 效措施 。三、液压
8、支架的选型22313 工 作面 是 北 高南 低的 单斜 构 造 ， 倾 角 5 度左 右 。老 顶为 细砂 岩结 构， 厚 15 米 ，直 接 顶 伪顶 为 粉 砂岩 结构 ， 较破 碎， 易垮 落厚 0.1-1米 。直 接 顶 为粉 砂岩 结构 厚 5.4米 。直 接 顶 属中 等稳 定类 ，老 顶属 于来 压明 显 级 ， 直 接 顶 初 次 跨落 步距 一般 不小 于15 米 ， 老 顶初次 来压 步 距 一般 不小 于30米 ，周 期来 压步 距一 般为 10 米左 右 。 在正 常 回 采阶 段， 直接顶 一 般 无悬 顶或 悬顶 很小 ，随 放顶 能够 及 时 垮 落 ， 且 垮
9、 落后矸 石 基 本能 够充 满采 空区 ，因 此， 本工 作 面 采 用 全 部 垮 落 管理 顶板 。根 据 老 顶级 别和直 接 顶 类型 ，查 液 压 支架 设计 表 2-5确 定 架 型为 支顶 掩护 式支 架， 二立 柱支 在 顶 梁 上 ， 平 衡 千斤顶 设在 顶梁 和掩 护梁 之 间 。 如 图所 示。掩 护 式 支架 是利用 支 柱 、顶 梁 和 掩护 梁来 支 护 顶板 和 防止 岩 石 冒落 进工 作面 ，掩 护式 支架 都有 一 个 宽 大 的 掩 护 梁将- 6 - 作 业 空 间与 采空 区冒 落的 矸石 隔绝 ，掩 护 梁 下 端 一 般 用 前 、后 连杆 与
10、底 座 相 连， 以保 持较 稳定 的梁 间距 和承 受 水 平 推 力 ， 少 数调高 范 围 小的 支架 也有 掩护 梁直 接铰 接在 底 座 上 的 ， 掩 护 梁上端 用 直 接铰 接的 方式 与顶 梁连 接， 立柱 的 支 撑 力 通 过 掩 护梁间 接 作 用于 顶梁 或直 接作 用于 顶梁 ，掩 护 式 支 架 的 立 柱 只有一 排 ， 且倾 斜支 撑， 以增 大支 架的 调高 范 围 ， 架 间 则 通 过活动 侧护 板互 相靠 拢 ，间 密封 ，通常 顶 梁 较短 ，一 般 在 3m 左右 。这 种 支 架 的 性 能 特 点 是 ： 支 撑 力 小 ， 切顶 性能 强 ，
11、 但支撑 力 集 中作 用于 机道 上方 的顶 板上 ，故 支 护 强 度 较 大 ， 且均匀 ， 对 顶板 的重 复支 撑次 数少 ，密 封掩 护 性 好 ， 能 承 受 较 大的 水 平 力， 且允 许带 压移 架。 由于 立柱 倾 斜 布 置 ， 且 顶 梁又- 7 - 较 短， 所以 工作 空间 和 通 风 断 面较 小。四、液压支架基本参数的确定1、支 护 强 度和 工作 阻力顶 板 所 需 的 支 护 强 度 取 决 于 顶 板 的 等 级和 煤层 厚 度 ，由22313工作 面老 顶级 别和 采 高 为 3 米 时可 确定 该支 架支 护 强度 ，Q=1.3*35=45.5T/M
12、 综 合 考 虑 掩 护 式 液 压 支 架 的 支 撑 效 率 可以 确定 支 架 的工作 阻力 为 3200KN 。2、初 撑 力初 撑 力 大 小 对 支 架 的 支 护 性 能 和 成 本 都有 很大 影 响 ，较大 的 初 撑力 能使 支架 较快 的达 到工 作阻 力 ， 减 慢 顶 板 的 早期下 沉 速 度， 增加 顶板 的稳 定性 ，但 对乳 化 液 泵 站 和 液 压 元 件的 耐压 要求 也将 提高 ，一 般 取 初撑 力为（ 0.6 0.8） 倍的 工 作阻 力， 本支 架初 撑力 确 定 为 2600KN 。3、移 架 力 和推 溜力移 架力 与支 架的 结构 、 质
13、量、 煤层厚 度 、 顶板 性 质 有关 ，一 般 中 厚煤 层液 压支 架移 架力 为 150 300KN, 我 们 利 用 活 塞式 推移 千斤 顶移 架力 可达 359KN ， 推溜 力 为 271.5KN 。4、支 架 高 度- 8 - 考 虑 到 顶 板 有 伪 顶 冒 落 ， 或 可 能 局 部 冒落 ，支 架 的 最大高 度应 是煤 层最 大开 采 高 度 再 加 200300 mm，最 小 高度 应 为煤 层 最 小开 采高 度减 去顶 板周 期来 压时 的 最 大 下 沉 量 ， 移架时 支 架 的下 降量 和顶 梁架 上、 底座 下 的 浮 矸 厚 度 等 之 和 ， 本支
14、 架最 大高 度确 定为 3400 mm， 最 小 高 度 确定 为 1400 mm。5、支 架 间 距支 架 间 距 要 根 据 支 架 型 式 来 确 定 ， 但 由于 每架 支 架 的推移 千 斤 顶都 与工 作面 输送 机的 一节 溜槽 相 连 ， 因 此 目 前 主要根 据 输 送机 溜槽 每节 长度 及槽 帮上 千斤 顶 连 接 块 的 位 置 来确定 ，我 国刮 板输 送机 溜 槽 每 节 长度 为 1.5 m，千 斤顶 连接 块 位置 在溜 槽中 长的 中间 ， 所 以 ， 支架 间距 一般 为 1.5 m。五、配套设备与要求1、 乳 化液 泵 站 :压 力P=31.4Mpa
15、流 量Q751/m in2、 采 煤机 :采 用 国 产 MG-350W型 双滚筒 采煤 机 ， 要 求采 高 1.8-3.0m截 深 600mm ， 窄 底 托架 （加 高） 。3、 工 作面 运 输 机：采 用 国 产 SGB-764/400双链 刮板 输送 机，支 架 与运 输 机直 接相 连， 因此 要求 溜 槽 连 接 部位 能承受30t的拉 力， 生 产- 9 - 能 力为 400t/h 4、 顺 槽运 输 机 ：要 求 与 工作 面运输 机 、转 载 机运 输能 力相 适 应 ，不 能 小于 350t/h,采 用 SD-80 型伸 缩胶 带输 送 机 。第二章液压支架结构尺寸的设
16、计一、顶梁尺寸的确定长 度的 确定顶梁 的长 度 与 支 架 工 作 方 式 、配 套尺 寸等有 直 接 关系 。我 矿井 下采 煤采 用及 时支 护 方 式 ， 先 移 架 后推溜 ， 支 架要 超前 输送 机一 个步 距， 以便 采 煤 机 过 后 ， 支 架 能及 时 前 移， 支控 新暴 露的 顶板 ，因 此， 顶 梁 的 长 度 要 比 先推溜 后移 架时 长一 个步 距 ， 为600mm， 同时 考 虑 到采 煤机 截割时 不 一 定把 煤壁 截割 成一 个垂 直平 面， 所 以 在 设 计 时 ， 要求顶 梁前 端距 煤壁 最小 距 离 为 300 mm 的 空顶 距， 为了 防止 采煤机 截
