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1、矿用液压支架设计目 录1. 综述11.1国外主要产煤国家综采技术的发展趋势11.2我国综采技术的发展现状几存在的问题31.3综采矿井生产环节的合理配套61.4液压支架的应用和意义61.5液压支架的发展状况及存在问题71.6液压支架的研究动态81.7液压支架的发展动向102.液压支架设计介绍112.1 液压支架的工作原理112.2 支架的组成112.3 液压支架主要结构件及其作用112.3.1 顶梁112.3.2 掩护梁122.3.3 底座122.3.4 四连杆机构132.3.5 推移机构152.4 液压支架的架型163.液压支架的结构设计173.1 液压支架的选型173.1.1 液压支架结构类
2、型的优选173.1.2 液压支架的架型选择原则173.1.3 影响架型选择的因素183.2 液压支架的结构设计193.2.1 确定液压支架结构参数的原则与内容193.2.2 液压支架主要结构参数的确定193.3液压支架的支部件设计254.支架的受力分析与计算324.1 支架的工作状态324.2 支架载荷的确定334.3 支架受力分析334.4支架的受力计算315.底座的强度计算与校核416.推移千斤顶的设计计算456.1 缸筒内径和缸壁厚度的计算456.1.1千斤顶杆径的确定456.1.2千斤顶缸体壁厚的计算466.2推移千斤顶的强度验算466.2.1推移千斤顶稳定性验算466.2.2活塞杆强
3、度验算476.2.3缸体强度计算486.2.4缸体与缸底焊缝强度计算497.液压支架的使用和维护537.1 液压支架操作537.1.1操作前的准备497.1.2操作方式与顺序497.1.3支架使用中的注意事项517.2 液压支架操作维护要求55总 结致 谢参考书目附录 设计中用到的数据1.绪 论第一章 综述1.1国外主要产煤国家综采技术的发展趋势 综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志。80年代末以来，世界主要产煤国家高产高效综采技术迅速发展，特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非发展最快。综采工作面高产高效纪录不断刷新，综采装备新技术层出不穷。均年产1454万t洗精煤，平均工效274t
4、(工*d)，工作面搬家(包括设备安装)时间平均684人工/面。工作面平均长度240 m，最大长度335m。 1994年平均班产进一步提高，其中，前10个工作面年平均班产达到5998t洗精煤，相当于年产400万t以上的水平。沙莫罗克公司(SHAMR0CK)的被克佛克矿在123个小班中产煤166万t，相当于月产83万t;塞普路斯阿马克斯煤炭公司卡姆博兰德矿1995年6月达到月产洗精煤573万t的纪录，阿科煤炭公司的西皮庇矿1994年11月创造了日产4.5万t的世界纪录,当月产量50余万t。美国1994年共有80个长壁工作面，其中有70个工作面是电液控制的工作面，占875，使用两柱掩护式支架73套，
5、四柱支撑掩护式支架7套，两柱掩护式支架占9125，支架工作阻力大部分在70008000 kN，最大的两柱掩护式支架工作阻力达到9800kN。普遍装备大功率电牵引重型采煤机组和大功率、大运量、高可靠性刮板输送机。 澳大利亚近10年来综采发展很快，综采工作面数量从1980年的3个增加到1994年的25个，井工效率达到1771t工。科迪尔克斯矿和巴波尼矿的综采工作面年产量已超过300万t。为使综采产量持续增长，近几年来澳大利亚采取了一系列措施，包括改革劳动制度，采用各种新设备、新技术，综采工作面优选世界各国最先进的重型高效装备，实现一井一面，集中化生产。 英国和德国是世界上综采技术装备最先进的国家，
6、由于受其自然煤层赋存条件的限制，其高产高效工作面的纪录不如美国和澳大利亚，但世界著名的采煤机械公司主要集中在德国和英国。近年来，由于国际采矿业市场的不景气和激烈竞争，导致各公司的相互兼并，形成几个大跨国公司。为占领市场，各公司不断开发新技术、新产品。 世界主要产煤国家技术经济指标见表ll。 高产高效综采技术的核心是工作面综采设备，近10年来，工作面三大配套设备采煤机、刮板输送机和液压支架，在设计方法和结构上都有了重大发展，主要是提高设备生产能力和可靠性，改进操作性能。采煤机技术发展的一个突破是采用了多电机电牵引技术，大大简化了机械传动系统。采煤机的模块化设计使机器的维护和监测更加简便，可靠性更
7、高。现代先进采煤机的主要特点是：多电机交流变频调速或直流调速电牵引，牵引速度不断提高，最大牵引速度已达到29m/min；大功率、高电压、大截深采煤机装机功率超过1200kw，现行l100V工作电压已不适应大功率采煤机的要求，美国目前常用电压为2300V，部分工作面开始运用4160V电压；英国、澳大利亚使用3300V电压；法国使用5000v电压；波兰使用6000v电压。采煤机截深达到112m；积木式结构，各单元之间没有机械动力传动，简单可靠；其中更先进的设备，可实现滚筒自动导向，其实质是煤岩界面探测技术，它能自动识别煤岩界面并据此自动调节滚筒截割高度；煤尘控制和故障诊断系统。随着采煤机功率加大，
8、产量提高，工作面刮板输送机也发展成为大功率、高强度、高可靠性的运输设备。目前工作面刮板输送机最大工作长度已达335m,最大输送能力达3500t/h,最大功率1412kW，表1-2中列出了几种国外先进刮板输送机的技术特征。 图1-2 工作面刮板输送机的技术特性 先进瓜板输送机的主要特点是：整体铸造溜槽或组合焊接溜槽，减少了螺栓连接，提高了可靠的性。使用寿命达到6001200万t过煤量；采用 38mm、 42mm大直径刮板链；采用软启动技术，使用双缓液力偶合器或排水型偶合器，配有程序逻辑控制器控制水的流速。软启动大大提高了输送机的可靠性，使链子和链轮的寿命加倍；故障诊断和工况监测技术，可以以连续监
9、测输送机各部件的运行状态，进行故障诊断和报警。 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，例如屈服极限69MPa以上的钢板，支架的寿命和可靠性要求大大提高，有些公司要求支架的耐久性试验循环次数达5000次。支架的寿命达14年以上。 液压支架技术另一重大突破是控制系统，应用电液控制技术，采用电磁(或微电机)控制的先导阀先进可靠的压力和位移传感器，灵活自由编程的微处理机技术，红外遥感技术等现代科技成果，使液压支架的动作自动
10、连续进行，移架速度大大提高，支架循环时间达到68入配合采煤机的煤岩识别系统等先进技术，可实现工作面自动控制。1.2我国综采技术的发展现状几存在的问题我国自1973年开始大规模引进德国、英国等国家的综采设备，经历了消化、吸收和改进提高的过程。到目前已形成了较完整的设计、制造和科研体系。先后研制试验成功经济型综采成套设备；薄煤层、中厚煤层和大采高综采成套设备，特厚煤层分层机械化铺网液压支架系列及成套设备和工艺；放顶煤液压支架系列及成套设备和工艺。1995年全国共有243个综采工工作面，统配煤矿综合机械化程度达到46.66%工作面平均工效25077t工，全国有65个年产百万吨以上的综采队，其中9个队
11、年产达到200万t以上，2个队年产达到300万t以上，兖州南屯煤矿综二队1995年年产达到315万t，最高月产347万t，创出我国高产高效的最好纪录一、高产高效矿井建设取得重大成绩我国从1993年开始组织高产高效矿井建设，到1995年已建成56个高产高效矿井。在产量增加9.1的基础上，平均工效达到6.23工，提高2.9工。工作面平均个数由149个减到107，减少原煤生产人员7万人，实现了一井一面或一井两面的生产模式，向集约化生产迈出可喜的一步。高产高效工作面装备，因地制宜采取3种模式，第一种是全套引进国际先进装备，如神华集团大柳塔煤矿，全套引进德、英、美等国家先进装备，学习国处高产高效矿进的先
12、进经验，走高起点、高投入、高产出、高效益的道路；第二种模式是引进与国产相结合，引进国外先进采煤机和刮板输送机等关键设备，配套国内先进设备，如兖州屯煤矿等；第三种模式是立足国内设备，优选各种国产先进设备，优化系统配套，实现高产高效，如铁法晓南煤矿试验成功国产日产7综采成套设备。国内几个著名高产高效工作面装备情况见下表二、机械化铺网分层开采和放顶煤技术达到世界先进水平我国自8年代中期开始进行特厚煤层分层开采机械化铺网液压支架及配套技术的攻关，取得重要成果，研制试验成功两柱掩护式和四柱支撑掩护式铺网支架系列，义马。晋城、大同等矿区在特厚煤层分层铺网技术方面积累了丰富经验，晋城矿务局古书院煤矿分层铺网
13、工作面年放达到200万，达到世界先进水平。综采放顶煤技术50年代末起源于欧州，经过数十年的试验和使用在世界近10个国家得到发展，然而进入80年代以来，这一技术在国外已奄奄一息，不但美、英、德、澳等国家不再采用，连放顶煤技术发展最早的法国、匈牙利、南斯拉夫和俄罗斯等也极少采用。其主要原因是：1.受客观条件的限制，适合放顶煤开采的煤层少；2.受严格的安全规程放顶煤技术自身弱点和复杂性的制约；3.环保要求；4.传统综采的效益优势。近年来，综采放顶煤技术在我国得发展和广泛普及，综采放机煤采煤法正在成为一种高产高效采煤方法，1995年全国65个综采百万吨创水平队中有23个是综采放顶煤队，占35.4，其中
14、，年产200万以上的9个综采队中有6个是综采放顶煤队。目前全国已有70多个综采放顶煤工作面，并且，正以很快的速度在发展。我国放顶煤技术已达到世界领先水平。三、综采设备研制有了新的发展“八五”期间，适应高产高效工作面生产要求的大功率、高效综采设备有了较大发展。我国部分综采设备已开始出口美国、俄罗斯、印度和土耳其。研制成功MG2400-W型滚筒采煤机，液压牵引，装机功率2400KW、运输能力1500t/h，铺设长度250m，铸造槽帮，234双中链交叉侧卸机头，双行星减速器，双速电机驱动，传动，传动部可平行或垂直布置，过煤量200万t等特点。长家口煤机厂、西北煤机一厂等重点输送机厂分别与国际长壁公司
15、和威斯特伐利亚公司等合作，开发槽宽1000mm，运输能力20002500t/h，功率2575kW，过煤量500万t以上的刮板输送机等设备，目前正处于试制阶段。液压支架设计研究取得重要进展，主要在以下方面：（1）设计理论和方法有了突破。煤炭科学研究总院北京开采研究所对支架力学特性进行了深入的研究，提出了液压支架三维力学模型的计算方法，克服了传统平面力系方法的缺陷，提出了液压支架总体结构参数优化设计方法，开发出液压支架设计计算通用软件系统，并广泛应用，使我国液压支架设计计算提高到一个新水平。（2）完成液压支架计算机模拟试验的研究，把有限无方法成功地用于液压支架的研究，建立了液压支架整体有限无模型，开发SSTS液压支架模拟试验计算机仿真软件系统，大大提高了液压支架设计的可靠性广泛应用于液压支架设计研究，达到国际先进水平，为我国液压支架打入国际市场发挥了重要作用。（3）技术规范和标准化建设取得重要进展。我们已先后制定液压支架系列技术标准17项，成为国际上液压支架标准较完善的国家之一，促进了液压支架技术的发展。（4
