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1、 第11页 共79页前 言本次毕业设计是我们大学四年的最后一次设计，同时也是对大学生四年来所学的知识系统总结和综合应用。现在我们已经进入大学学习的最后阶段，毕业设计作为本科学习最重要的组成部分之一，它能提高我们发现、分析、解决问题的能力，综合检验和巩固我们所学知识，同时又是对我们大学四年所学知识的全面复习，更是向我们以后即将从事的专业性工作的正常过渡。我们可以紧紧抓住这个机会认真学习并搞好毕业设计，众所周知，它对我们即将走上工作岗位或者更进一步深造有非常重要的意义。它将把我们过去的理论学习引向一个更高、更深的层次，也就是参加工作，可以说我们在做一次过渡性的尝试。我的毕业设计是关于支撑掩护式液压
2、支架的设计。液压支架是综合机械化采煤的关键设备，对于提高采煤效率，降低成本，改善作业环境，减少笨重的体力劳动具有举足轻重的作用。其中，支撑掩护式液压支架是日本在引进英国垛式支架和苏联掩护式支架的基础上，结合我国特点于1968年首先研制成功的。它保留了垛式支架支撑力大，切顶性能好，工作空间宽敞的优点，采用双排立柱支撑顶梁（或顶梁于掩护梁）的结构；同时吸收了掩护式支架防护性能好，结构稳定的长处，采用坚固的掩护梁以及侧护板将支架于老塘完全隔开，并用双纽线连杆机构联结掩护梁和支架底座。因此，加深支撑掩护式液压支架的设计和研究具有深远的意义。整个毕业设计已接近尾声，我们所忙碌的成果即将接受检验。我相信，
3、有耕耘，定有收获；有付出，定会有回报。四年的时间如流水般匆匆流过，在这四年里，老师们用汗水和心血滋润我干枯的心田，用知识的乳汁将我哺育，在我即将离开母校的时候，我向我最尊敬的老师们表达我最真诚的谢意，谢谢你们四年来对我们的亲切关怀。在今后的日子里，我将努力奋斗，把您在学校里传授给我们的知识运用到实际工作中去，为我国的机械行业做出我们应有的贡献。最后，感谢各位评阅老师在百忙之中评阅本文。由于时间仓促，本人水平有限，难免有错误和不足之处，敬请各位老师指正与赐教。一、绪 论液压支架作为煤矿长壁综采工作面的关键设备，近年来得了迅速地发展，它与综采系统中的“三机”（ 刮板输送机、转载机、带式输送机）配合
4、使用，是煤矿开采技术现代化的重要标志。液压支架是综采工作面主要设备之一，近10年来主要的发展趋势是向两柱掩护式和四柱支撑掩护式架型发展，架型结构进一步完善，设计方法更先进，参数向高工作阻力、大中心距(175m、2m)发展，结构件材料越来越多地采用高强度钢材，支架的寿命和可靠性大大提高。在综合机械化采煤过程中，液压支架担当着极其重要的角色，其主要功能不仅用于支撑管理顶板，隔离采空区，维护采煤作业空间，并能自行前移，推进采煤工作面输送机和采煤机。因此，液压支架的性能和可靠性是决定综采成败的关键因素之一。另外，合理的选用采煤设备并结合先进的采煤工艺，可解决采煤工作面的采煤支护运输等生产环节之间的矛盾
5、，可有效地提高工效增加成本减少损耗保护生产人员和设备的安全，以及减轻笨重的体力劳动，可为煤矿获得很高的经济效益。1.1 液压支架的工作原理 液压支架是由乳化液泵站提供高压乳化液（这里采用水包油型乳化液）作为动力，由液压操作系统，控制系统，液压油缸和金属构件组成。来自泵站的高压乳化液，经主进液管送到工作面，并与每架支架的进液截止阀相连导入支架，再经过组合操纵阀配液到各液压缸，以完成支架所需的各项动作。从支架回流的低压乳化液通过组合操纵阀与回液截止阀由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循环使用。支架的承载原理是：液压支架支撑在综采工作面的顶底板之间支撑顶板。顶板压力作用在顶梁上，并通过顶梁和底座间立柱
6、将压力传递底板。为保证支架结构件的强度及撑在支架顶安全，在立柱的下腔装有安全阀。当顶板压力超过立柱安全阀限定压力时，安全阀开启释放出立柱中的液体进行让压，当顶板压力下降到立柱工作阻力时，安全阀关闭进行保压承载。1.2 液压支架的工作过程 液压支架对顶的作用过程主要取决于流体静力学原理工作的立柱工作过程。现以图1-1所示的典型立柱控制系统来说明支架的工作过程。支架操作的基本功作过程为：急增阻阶段，缓增阻阶段，恒阻阶段，无作用阶段四个阶段。图立柱控制系统立柱；安全阀；液控单向阀；操纵阀；P高压管路；O回液管（1）泵压撑顶，支架对顶板急增阻阶段操纵阀手把置于A位，从泵站来的压力液经高压管路P，打开液
7、控单向阀3进入立柱下腔，立柱上腔与回液管O连通，因而活柱伸出使支架升起接顶，对顶板产生支撑力。支架接顶后，泵压使下腔内的液体压强迅速上升，支架对顶顶板支撑力急剧增加。这就是支架对顶板的急增阻阶段。（2）闭锁承载，支架对顶板缓增阻阶段操纵阀手把放回零位后，立柱下腔内的压力液被液控单向阀闭锁，不能流出，从而使支架保持对顶板的支撑状态。随着顶板逐渐下沉，立柱下腔内的液体受到进一步压缩，压强逐渐增高，使直接对顶板产生更大的支撑力，力图阻止或延缓顶板下沉，一般情况下，顶板下沉比较缓慢，支架对顶板的支撑力增长也就相应缓慢，所以这个阶段被称为支架对顶板缓增阻阶段。（3）溢流承载，支架对顶恒阻阶段顶板继续下沉
8、，立柱下腔内的压强继续升高，当达到立柱安全阀的调定值时，安全阀便开启溢流，使立柱下腔内的压强保持定植，从而支架对顶板的支撑力不变，即支架处于对顶板恒阻阶段。（4）解锁降柱，支架与顶板无作用阶段采煤机截煤后，欲将支架移到新的位置，首先把操纵阀手把置于B让从泵站来的压力液进入立柱上腔，同时作用于液控单向阀的顶杆活塞，迫使液控单向阀开启，解除对立柱下腔液体的闭锁，允许其回到回液管。这时，活柱缩回，支架降落离开顶板，支架对顶板无压力。在这一阶段如要保证顶梁平行下降需协调操纵平衡千斤顶操纵阀。需要说明，目前为了防止破碎顶板漏顶，掩护式和支撑掩护式支架可以采用擦顶带移架方式，即支架顶梁实际并不脱离顶板，在
9、移架过程中仍保持约每柱五吨左右的支撑力。因而，对于擦顶带压移架方式，此阶段应是解锁卸载，支架对顶板仍有轻微作用力。1.3 支架组成液压支架主要由金属结构件、油缸和液压控制元件三大部分组成。（1）金属结构件主要有顶梁、掩护梁、前梁、前连杆、后连杆、底座、侧护板、护帮板等。（2）油缸主要有双作用单伸缩立柱、推移千斤顶、（平衡千斤顶）、侧护千斤顶、前梁千斤顶等。（3）液压控制元件主要有液压控制阀、操纵阀、双向锁、安全阀、截止阀等及液压辅助元件等。1.4 液压支架主要结构件及其作用1.4.1 顶梁顶梁采用整体顶梁直接与顶板接触，支撑顶板负荷，是支架的主要承载部件之一，由钢板焊接而成的箱形结构，以满足强
10、度和刚度要求。结构如图1-2所示：1右侧护板；2主顶梁；3侧推千斤顶；4前梁千斤顶耳座；图12主顶梁其主要作用是：（l）承接顶板岩石及煤的载荷；（2）反复支撑顶煤，可对比较坚硬的顶煤起破碎作用；（3）隔离顶板，为回采工作面提供足够的安全空间。 本支架采用分段组合式顶梁结构（刚性顶梁铰接式前梁），强度高，对顶板维护较好；另外，在顶梁前部还布置有起吊耳，可方便吊挂较小的机件。1.4.2 掩护梁 1护帮板耳座；2侧推千斤顶座；3侧护板；4侧推千斤顶；5前连杆耳座；6后连杆耳座；7护帮千斤顶耳座；8弹簧筒；图13掩护梁掩护梁分别与顶梁和前、后连杆连接，其主要作用有：(1) 承受上部顶板传给的水平分力和
11、侧向力，增强支架的抗扭性能；(2) 掩护梁与前后连杆、底座形成四连杆机构，保证支架的稳定性；(3) 阻挡后部落煤，维护工作空间。1.4.3 底座底座是将顶板承受的压力通过立柱传递到底板并稳定支架的主要结构件。该支架设计为整体刚性底座，底座接底面积大，有利于减小对底板的比压。该型底座的缺点是在推移机构外易积存浮煤碎矸，要求及时清理。底座结构如图1-3所示1过桥；2推移千斤顶耳座；3立柱销孔；4前连杆销孔；5后连杆销孔；6侧板；图14底座其主要作用是：(1) 将上方载荷传递给底板，为立柱、推移装置及其他辅助装置提供安装空间；(2) 给工作人员创造良好的工作环境；(3) 保证支架的稳定性。1.4.4
12、 前后连杆前、后连杆分别与掩护梁和底座铰接，共同形成四连杆机构，前连杆采用铸钢件，铸件中不得有气孔、砂眼、夹杂等，以免降低强度，嫌少使用寿命。铸后要进行淬火和高温回火，以降低硬度，增加强度和韧性。对于后连杆，由于不仅受到冒落矸石的载荷，还要承受顶板的水平推力，所以要求它有较大的强度，这里采用整体式。前后连杆的结构如图15，图16。图15前连杆图16后连杆其主要作用是：（l） 使支架在调高范围内，顶板平稳地升降，并使顶梁前端与煤壁的距离(梁端距)变化尽可能小，更好地支护顶板。（2） 承受顶板的水平分力和侧向力，使立柱不受侧向力。本支架采用正四连杆机构，为使冒落矸石不从连杆处涌入支架内，后连杆为整
13、体式，前连杆为分体式。均为钢板焊接的箱形结构，这种结构有较强的抗拉、抗压和抗扭性能。1.4.5 推移机构图17推移框架支架的推移机构包括推杆、连接头、推移千斤顶和销轴等，主要作用是推移输送机和拉移支架。推移连杆的一端通过连接头与输送机相连，另一端通过推移千斤顶与底座相连，推移连杆除承受推拉力外，还承受一定的侧向力防止底座的下滑1.5 液压系统及其控制元件支架液压系统由乳化液泵站、主进、主回液胶管、各种液压元件、立柱及各种千斤顶等组成。支架操纵方式采用邻架操作控制，使用快速接头拆装方便，性能可靠。由乳化液泵站输出的高压乳化液经主进液管 支架进液截止阀过滤器操纵阀立柱或各千斤顶架液截止阀 主回液胶
14、管乳化液泵站。 1.6 支架的设计特点结合首采工作面及矿区此类地质构造条件下，使用ZY2400/17/30二柱掩护式支架的成功经验，本架型应有如下特点：（1）支架型式为：带机械加长的四柱支撑掩护式厚煤层液压支架；（2）对支架总体结构参数优化，梁端距变化应小；顶梁前部较薄强度、刚度应充分保证；（3）支架的四连杆结构设计要从考虑梁端距变化量控制着手，并能与其它构件形成刚性好、强度高、稳定性好的整体结构；（4）整体顶梁和掩护梁带单侧活动长侧护板，能实现对护顶的严密调整；（5）封底底座，减小底座比压、增大底座刚度、强度；（6）架的整体构造应有“人机学”的观点，结构应紧凑，操作方便，制造成本降低；（7）
15、采用双纽线连杆机构联结掩护梁和支架底座，以增加支撑力，增强支架的稳定性。1.7 液压支架的架形支撑掩护式液压支架的架形如下图18所示：1后连杆；2前连杆；3掩护梁；4后立柱；5销；6销；7主顶梁；8前立柱；9前梁千斤顶；10销；11销；12销；13销；14前梁；15护帮板千斤顶；图18支撑掩护式液压支架11 第 79 页 共 83 页二、 液压支架的结构设计2.1 液压支架的选型 2.1.1 液压支架结构类型的优选根据以往液压支架设计的经验总结，考虑到不同架型和机构的支架围岩力学相互作用、支撑力矩、底板比压等特点，可以对掩护式与支撑掩护式结构进行比较。（1）液压支架的力学特征综述（见表2-12）表21不同结构液压支架的力学特征比较支架型式结构特征主要力学特性掩护式支掩式二支柱掩护式支架承载力较小，底板比压均匀，主动水平力较大支顶式二柱支顶掩护式支架承载力大，稳定性好，底座尖端比压较大，对顶板的主动水平力较大，前端支撑力大支
