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1、河南理工大学万方科技学院本科毕业论文液压支架系统与立柱设计目录1 绪论11.1 液压支架的用途11.2液压支架的工作原理11.3 设计事项21.3.1 设计目的21.3.2 对液压支架的基本要求31.3.3 设计液压支架必需的基本参数31.4 液压支架的分类41.5 液压支架的组成51.6 液压支架的主要结构件及其用途51.6.1 顶梁51.6.2 底座51.6.3 掩护梁51.6.4 活动侧护板61.6.5 连杆61.7 液压支架的液压系统61.7.1 液压支架传动系统的基本要求61.7.2 液压支架的液压传动特点71.8 液压支架的选型72 液压支架的结构设计92.1 液压支架的主要尺寸的
2、确定92.1.1 支架高度和伸缩比92.1.2 支架间距92.1.3 底座长度102.1.4 顶梁长度的确定10 2.1.5 立柱布置122.2 各部件结构选择132.2.1 顶梁132.2.2 底座142.2.3 立柱152.2.4 推移装置16推移装置的型式如表2.1所示172.2.5 护帮千斤顶192.2.6掩护梁192.2.7前、后连杆202.3 四连杆结构202.3.1 四连杆机构的作用202.3.2 四连杆机构设计的要求212.3.3 四连杆机构的设计212.4液压支架的主要技术参数303 液压系统333.1 立柱和千斤顶333.2 支架液压阀343.2.1 液控单向阀343.2.
3、2 安全阀343.2.3 操纵阀353.2.4 液压支架液压阀的密封技术分析353.3 液压支架液压原理图363.4 液压支架的控制方式373.4.1 手动控制373.4.2 自动控制383.5 液压系统安装、调试、保养383.5.1 安装：383.5.2 调试：453.5.3 保养：464液压支架的立柱参数确定484.1 液压支架的支护性能与外载荷484.2 液压支架基本技术参数的确定494.2.1支护面积494.2.2支护强度494.2.3 确定立柱的技术参数494.2.4立柱的初撑力505液压支架的发展趋势52结 论54致 谢56i1 绪论1.1 液压支架的用途在采煤工作面的煤炭生产过程
4、中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是一高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践表明液压支架具有支护性能好、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和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。因此，液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠，是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。1.2液压支架的工作原理液压支架在工作过程中
5、，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完成的。如图1.1所示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，另一腔回来，推动活塞上升，使与活塞杆连接的顶梁紧紧接触顶板。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。3支架和输送机前移支架和输送机的前移，都是由于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；当需要输送机时，支架支撑顶板后，高压液体进入推移千斤顶活塞腔，另一
6、腔回液，以支架为支点，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。图1.1 液压支架工作原理图1- 顶梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤顶；5-安全阀；6-液控单向阀；7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管1.3 设计事项 1.3.1 设计目的 采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭日益增长的需求，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面（简称综采工作面）。而每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需求量是很大的。由于不同采煤工作面的顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层的物理机械性质等的
7、不同，对液压支架的要求也不同。为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸液压支架。因此，液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量也是大的，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。 1.3.2 对液压支架的基本要求1为了满足采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的初撑力和工作阻力，以便有效的控制顶板，保证合理的下沉量。2液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100kN左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100kN150kN，中厚煤层一般为150kN至250kN，厚煤层一般为300kN400kN。3防矸性能要好。4排矸性能
8、要好。5要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有害气体等安全方面的要求。6为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。7调高范围要大，照明和通讯方便。8支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。9要求支架有足够的刚度，能够承受一定的不均匀载荷。10在满足强度条件下，尽可能减轻支架的重量。11要易于拆卸，结构简单。12液压元件要可靠。 1.3.3 设计液压支架必需的基本参数1顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。2最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。3瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。4底板岩性
9、和小时涌水量根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。5工作面煤壁条件根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。6煤层倾角根据煤层倾角，决定是够选用防滑防倒装置。7井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。1.4 液压支架的分类液压支架按结构形式划分，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。1支撑式支架利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。其特点是：立柱多，支撑力大，切顶性能好；顶梁长，通风断面大，适用于中等稳定以上的顶板。支撑式支架有垛式和节式之分。（1）节式节式支架由24个框架组成，用导向机构互相联系，交替前进，（2）垛式整个支架为一
10、整体结构，整体移动，通常有46根立柱，可以支撑坚硬与极坚硬的顶板。2掩护式支架掩护式支架利用立柱、短顶梁支撑顶板，利用掩护梁来防止岩石落入工作面。其特点是：立柱少，切顶能力弱；顶梁短，控顶距小；由前后连杆和底座铰接构成的四连杆机构使抗水平力的能力增强，立柱不受横向力；而且使板前端的运动轨迹为近似平行于煤壁的双纽线，梁端距变化小；架间通过侧护板密封，掩护性能好；调高范围大，适用于松散破碎的不稳定或中等稳定的顶板。3支撑掩护式支架支撑掩护式支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和防护作用，适于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。根据使用条件，支撑掩护式支架的前、后排立柱可前倾或
11、后倾，倾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架适用于薄煤层。1.5 液压支架的组成液压支架由以下六个主要部分组成：1 顶梁2 立柱3 掩护梁和挡矸帘4 底座5 推移机构6 操纵控制系统1.6 液压支架的主要结构件及其用途 1.6.1 顶梁用途：1用于支撑维护控顶区的顶板。2承受顶板的压力。3将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。 1.6.2 底座 用途：1为支架的其他结构件和工作机构提供安设的基础。2与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构。3将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。 1.6.3 掩护梁 用途：1掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座。2掩
12、护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩。3掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起 ，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸能力。 1.6.4 活动侧护板用途：1与邻架的顶梁、掩护梁和后连杆的固定侧护板相贴，构成了指甲的挡矸屏障。2支架移架时起导向作用。3利用侧推千斤顶可调整支架的横向位置或防倒扶正支架。 1.6.5 连杆 前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分共同组成四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定。1.7 液压支架的液压系统液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀以实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸（立柱
13、和千斤顶）种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统。 1.7.1 液压支架传动系统的基本要求对于液压支架的传动装置，应具有以下基本要求：采用结构比较简单，设备外形尺寸小，能远距离的传送大的能量；能承受较大载荷；没有复杂的传动机构；在爆炸危险和含尘的空气里保证安全工作；动作迅速；操作调节简单；过载及损坏保护简单。容积式液压传动可最大限度的满足这些要求，因此，所有液压支架均采用这种传动。 1.7.2 液压支架的液压传动特点液压支架的液压传动，与其他机械的容积式液压传动有很大的区别，其特点如下：工作液的压力高（管路内的压力达2040MPa，立柱内的压力达3070MPa），流量大（30
14、150l/min）；在液压系统中，采用粘度低和容量大的液体为工作介质；液压缸、操纵阀，其他调节和控制装置等总的数量大（高压泵16台，液压缸3001500个，安全阀150300个，还有同样数量的液控单向阀）；很长的液压管路（200300m刚性管，5003000m高压软管）;泵液压缸传动系统的换算弹性模数较低；根据支架的数目改变液流的参数；所有支架在结构上都有着相同的液压缸、液压装置以及他们之间都有相同的连接方式（相同的液压系统）；每节支架都重复着相同的工序，这些工序的总和构成液压支架的基本工序；为了保证系统具有较高的容积效率，实现无故障作业以及工作人员的安全，液压系统的元件和部件要有好的密封性和可靠性。这些基本特点决定了液压传动元件以及整个系统在结构上的特点，即：液压支架是以单节支架为单元的，这就决定了液压系统的构成，即工作面支架和端头支架的液压系统成为液压支架的基本组成部分。此外，可以把泵站、中心控制台和支架的液压管路等部分作为支架的公用液压系统。其中每个部分都具有其独立的功能，在改善液压传动或者制定新的方案时，一般都可以单独的加以研究。1.8 液压支架的选型液压支架的选型原则：液压支架的选型，其根本目的是使综采设备适应矿井和工作面条件，投产后能做到高产，高效、安全，并为矿井的集中生产、优化管理和
