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1、 - - 摘摘 要要 本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括： 选架型、总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核和液压系统的 设计。 由于该煤层厚度适中，选用掩护式液压支架。煤层厚度介于 之间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大且抗水平推力强且带m8 . 35 . 2 护帮装置的掩护式支架。支架采用正四连杆机构，以改善支架受力状况。 顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用双伸缩作用液压缸，以增 加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移千斤顶采用框架结构，以减 少推溜力和增大移架力。为了提高移架速度，确保对顶板的及时支护，采 用锥阀液压系统。 关键词：液压支架 液压 四
2、连杆机构 采煤 支架选型 推溜 移架 XXXX 大学学士学位论 Abstract - - 目目 录录 1 1 概述概述5 1.1 液压支架的组成和分类5 1.2 液压支架的工作原理8 1.3 液压支架的支护方式11 1.4 支架选型的基本参数12 2 2 总体设计总体设计14 2.1 选架型14 2.2 液压支架基本参数的确定16 2.3 采煤机、液压支架和输送机的配套19 2.4 四连杆机构设计21 2.5 顶梁长度的确定28 2.6 立柱及柱窝位置的确定29 2.7 平衡千斤顶位置的确定33 2.8 其它千斤顶位置的确定36 3 3 支架的受力计算支架的受力计算39 3.1 液压支架受力分
3、析39 3.2 确定支架的支护强度40 3.3 底座接触比压计算40 3.4 支架支护效率40 4 4 液压支架的主要部件的设计液压支架的主要部件的设计42 4.1 前梁43 4.2 主顶梁43 4.3 掩护梁44 4.4 前、后连杆45 4.5 底座45 4.6 立柱46 4.7 千斤顶47 5 5 主要零、部件的强度校主要零、部件的强度校 核核49 5.1 校核的基本要求49 5.2 前梁的校核50 5.3 主顶梁的校核52 5.4 掩护梁的强度校核55 - - 5.5 底座强度校核57 5.6 销轴和耳座的强度校核59 5.7 立柱强度校核62 6 6 液压系统设计液压系统设计68 6.
4、1 液压支架的液压系统的简介68 6.2 液压支架的液压系统拟订69 6.3 液压元件的选取71 6.4 液压控制系统72 结束语结束语76 参考文献参考文献77 - - 1 概述概述 1.1 液压支架的组成和分类液压支架的组成和分类 1.1.1 液压支架的组成液压支架的组成 液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维 护安全作业空间，推移工作面采运设备。 液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。液压支架按其结构特 点和与围岩的作用关系“般分为三大类，即支撑式、掩护式(图 1-2)和支 撑掩护式(图 1-3) 根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为 4 个部分： (1)
5、承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功 能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。 (2) 液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各 种动作，产生液压动力。 (3) 控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀， 以及管路、液压、电控元件等。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动 作及保证所需的工作特性。 图 1-2 掩护式液压支架结构 图 1-3 支撑掩护式液压支架结构 (4) 辅助装置，如推移装置、护帮(或挑梁)装置、伸缩梁(或插板)装 - - 置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件等。这些装置是为实现支架的某 些动作或功能所必需的装置。 1.1.2 液压
6、支架的分类及特点液压支架的分类及特点 按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，有端头液压支架和中间 液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两 端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面所有位置的支 架。 中间液压支架按其结构形式来划分，可分为三种基本类型，即：支撑 式、掩护式和支撑掩护式。 1 支撑式支架支撑式支架 支撑式支架是出现最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同，支 撑式支架又分为垛式支架（图 1-4 a）和节式支架（图 1-4 b）两种结构型式。 垛式支架每架为一整体，与输送机连接并互为支点整体前移。节式支架由 个框节组成，移架时，各节之间互为支点
7、交替前移，输送机用于支架32 相连的推移千斤顶推移。节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。支撑式 支架的结构特点是：顶梁较长，其长度多在左右；立柱多，一般是m4 根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置。以平衡水平推力64 和防止矸石窜入支架的工作空间内。 支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切 顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水 平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的 的工作空间和通风断面大。 由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来 压，且水平力小的条件。 此种支架在现阶段的综采工作面的生产
8、时都已基本不再采用。 - - 2 掩护式支架（如图掩护式支架（如图 1-2） 其主要由前梁、主梁、掩护梁和侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、 推移千斤顶、操纵阀等组成。 (a) (b) 图 1-4 支撑式支架结构形式 垛式支架 节式支架ab 它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空 间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。底座、 前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。 立柱的支撑力间接作用与顶梁或直接作用与顶梁上。掩护式支架的立柱较 少，除少数掩护式支架 1 根立柱外，一般都是一排 2 根立柱。这种支架的 立柱都为倾斜布置，以
9、增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板， 可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为左右。3.0mm 掩护式支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短， 支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好， 能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但由于 顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。 由上可知，掩护式支架适用于顶板不稳定或中等稳定、老顶周期来压 不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。 - - 3 支撑掩护式支架（如图支撑掩护式支架（如图 1-3） 其主要由防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、 立柱等组成。 支撑掩护式支架是
10、在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发 展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能， 可适应各种顶底板条件。 此种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面 大，稳定性好，应用范围广。 它的缺点是：结构复杂，成本较高。 支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾或后倾。也可倒八字形 布置和交叉布置。通常，两排立柱都是直接支撑在顶梁上，个别情况下， 也有后排立柱支撑在掩护梁上而前排立柱支撑在顶梁上。 4 特种液压支架特种液压支架 特种液压支架是为了满足某些特殊的要求而发展起来的液压支架，在 结构形式上仍属于以上某种液压支架。包括放顶煤支架等。 1.2 液压
11、支架的工作原理液压支架的工作原理 液压支架在工作过程中必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些 动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来实现 完成的。如图 1-5 示 1. 升柱 当需要支架上升支护顶板时。高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔 回液，推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁接触顶板。 2. 降柱 当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞 杆下降，于是顶梁脱离顶板。 - - 图 1-5 液压支架工作原理 -顶梁 -立柱 -底座 -推移千斤顶 -安全阀 -液控单向阀 、-操纵阀 -123456789 输送机 -乳化液泵 -主供液管 -主回液管101
12、112 3. 支架和输送机前移 支架和运输机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要 支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一 腔回液，以输送机为支点，缸体 前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推运 输机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液， 以支架为支点，是活塞杆伸出，把运输机推向煤壁。 支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图 1-6 所示： 支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段 -初撑阶段； -增阻阶段； -恒阻阶段；-初撑力；-工作阻力 0 t 1 t 2 t 1 P 2 P （1）初撑阶段 支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起使顶梁接触顶板，立 柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的夜控 单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段， 0 t 此时支架对顶板的支撑力为初撑力。支撑式支架的初撑力为 (1.1) 32 10 4 nPDP bc KN - - 图 1-6 支架的工作特性曲线 式中 -支架立柱的缸径，；Dm -泵站的工作压力，； b PMPa -支架立柱的数量。n 由上式可知，支架初撑力的
