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1、山东科技大学学士学位论文液圧支架的设计大学学士学位论文摘要本课题主要论述了液压支架的主要设计过程。其中包括：液压支架的选型、总体设计、主要零部件的设计、校核以及液压系统设计。支架的形式为掩护式支架。支架除了要有效的对顶板进行有效支撑，还要实现升、降、推移四个步骤。支架采用四连杆机构，改善支架的受力状况，缩小支架的升降过程中顶梁前端前后移动的距离。立柱采用单伸缩液压缸，前端带有加长杆，以满足支架最低及最高位置时的高度要求。顶梁掩护梁、底座都做成箱体结构用钢板焊接而成。在研制液压支架时，需要对支架进行生产试验和分析研究，确定合理的液压支架受力参数、运动参数和结构参数，以及选定液压支架最佳方案等方面
2、综合性的科学技术问题。本设计主要从支架的工作原理这手，然后进行总体结构设计以及校核。关键词：液压支架；顶梁；底座；立柱ABSTRACTThe article mianly elaborate the hydraulic support design for top-caving. includes: the selection of hydraulic pressure support form, system design, main spar part design and examination of hydraulic system designThe support eliminat
3、es must realize effectively carries on the strut to the roof, but also must realize ,to fall, to push, move four steps .the support uses four link motion gears, improves the support the stress condition, reduces the support to rise and full the distance which in the process fort end the top-beam aro
4、und moves. The column uses the list expansion and contraction hydraulic cylinder, front end has legthens the pole, satisfies the support to be lowest and time the highest position high request. The top-beam, shields Liang, the foundation all makes the packed in a box body structure, becomes with the
5、 steel plate welding.At research to presses the support, need to carry on produce to experiment and analyze the research, make sure reasonable of liquid presses the support to be subjected to the dint parameter, the sport parameter and the structure parameters, and make selection the liquid to press
6、 the synthetic science technique problem of aspect of etc. of the best project of support. This design mainly this hand from the work principle of the support, then carry on the total structure design and school pits.Keyword: hydraulic support ；Top beam；Cradle；Column目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1国外液压支架现状1
7、1.2我国液压支架的技术现状21.3本课题的研究目的和意义62 概述82.1 液压支架的工作原理82.2对液压支架的基本要求112.3 支架的选型设计113 液压支架的整体结构设计153.1 支架高度、中心距和底座长度的确定153.2四连杆机构的设计174 顶梁的设计214.1顶梁形式的选择214.2顶梁的设计225支架主要技术参数确定285.1支护面积285.2 支护强度285.3 确定立柱的技术参数295.4千斤顶技术参数的确定336 支架受力分析与计算386.1受力计算386.2 顶梁载荷分布426.3 支架其他计算447 液压支架的强度校核467.1 强度条件467.2前梁强度校核46
8、7.3主顶梁的校核507.4 掩护梁强度校核557.5 底座强度校核588 液压系统设计628.1 液压系统的作用及特点628.2 液压系统的设计方法638.3 千斤顶系统639技术经济分析6810 结论69参 考 文 献70致谢71附录72IV山东科技大学学士学位论文1 绪论我国的煤层储量多,分布范围广,赋存条件复杂,分布在1.3m3.5m、倾角在25度以下,处于中稳及中稳以下顶板条件下的煤层,其产量约占总产量的86%。我国的综采工作面绝大部分分布在缓倾斜中稳及中稳以上顶板的中厚煤层,而其它条件下的煤层,现有的液压支架适应性差,使用效果不理想。就全国来说,由于地质条件复杂和资金不足等原因,虽
9、然经过十几年的努力,综采程度仍只有21%,而国外发达国家综采程度一般已达70%80%。从我国近几年的支护改革来看,投资巨大的综采发展十分缓慢,而单体液压支柱工作面却有了大发展,少数矿区已基本上实现了单体液压支柱化。我国综采液压支架的推广使用,目前还存在许多亟待解决的问题。 1.1国外液压支架现状80年代以来,世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本、实现矿井集中生产做努力,他们积极开发和应用新技术,致力于高性能、高可靠性的新一代重型液压支架的研制。新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀,推移千斤顶装有位移传感器,采煤机装有红外线传感装置,立柱缸径超过400mm。为减少
10、割煤时间,一般采用0.81m的截深。支架还采用屈服强度8001000MPa的钢板,既有较高的强度、硬度和韧性,又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加,为适应快速移架的需要,国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站,其额定压力为4050MPa,额定流量400500L/ min,可实现工作面成组或成排快速移架,达到 68m/s。美国是世界上最先进的采煤国家,早在1990年就已采用额定压力50MPa、额定流量478L/ min的乳化液泵站,以实现支架快速推进,移架速度达68s/架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架,使用寿命810年,可用率高达95%98%。支架平均工作阻力6470kN(最
11、大为9800kN),支架宽度普遍增大,中心距达到1.75m,并向2m发展,增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。如洛斯公司20英里矿在2505280m长壁综采面用工作阻力为28565kN电液控制两柱掩护式支架,1997年6月产商品煤90.43万吨,成为世界上首次月产商品煤近百万吨的工作面； 1995年9月,糜鹿矿用工作阻力为8900kN电流控制的两柱掩护式支架,月产煤达到60.11万吨。美国综采工作面最高日产超7万吨 ,最高工效1336吨/工。澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产,使用两柱掩护式支架,支架的平均工作阻力为7640kN。如尤兰矿用电流控制
12、的两柱掩护式支架,在1995年8月8日创下澳大利亚有史以来日产3.41万吨的最高记录,班产一直保持在50006000t。英国也在大力发展两柱掩护式支架,工作阻力有了很大提高，达到60008000kN。1.2我国液压支架的技术现状我国在1964年由太原分院和郑州煤机厂设计70型迈步式自移支架,从此开始了液压支架的国产化道路。1984年,北京开采所、沈阳所、郑州煤机厂在沈阳蒲河矿进行我国第一套放顶煤液压支架的工业性试验,继而研制了多种低位、中位和高位放顶煤支架,成功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层工作面使用。1990年后,国产液压支架得到了全面的发展,到1998年止,全国已建成88处高产高效
13、矿井,其中14处矿单个工作面的单产达15.72万吨/月,原煤生产人员效率达9.16吨/工,综采机械化水平达49.32%,达到了世界先进水平。(1)我国液压支架的基本架型1) ZZ系列支撑式支架该系列支架切顶能力强,稳定性好,支护强度大,易于操作。支架的工作阻力为200010000kN,支架高度0.94.7m,一般在工作面倾斜15以上时配防倒防滑装置。支架的结构特点为:立柱呈X、V型布置,两柱支顶、两柱支掩或四柱支顶;顶梁为整体、楔型或铰接型,有前伸缩梁或挑梁;有长短两种掩护梁;底座有整体分体、半钢性分离底座,可设抬底座机构;单侧活和双侧活侧护板或不设侧护板,侧护板有全封闭或半封闭两种,型式为直
14、推式或合页式;本架或邻架操作。2) ZY系列掩护式支架该系列支架采高范围大,支架长度短,相对成本低,操作灵活。支架的工作阻力为18006000kN,支架高度0.753.8m。其结构特点为:两立柱支顶,个别有另一柱支撑掩护梁代替平衡千斤顶;整体和铰接或楔型顶梁,有前挑梁或伸缩梁；整体分体、半钢性分离底座,设抬底座机构；本架或邻架操作。(2)不同采煤方法中使用的国产液压支架1)缓倾斜厚煤层一次采全高支架大采高支架总共10余种,大多为ZY型掩护式支架,少数为ZZ型支撑式支架,支架高度25m,工作阻力320010000kN。支架结构特点:各铰接孔间隙小、制造精度高、支架稳定性好,支架侧推力大,充分考虑
15、防倒防滑,有调架机构,有很好的护帮机构,一般有伸缩梁,能即时支护和防片帮,多为本架操作。2)缓倾斜薄煤层液压支架由于薄煤层支架对其空间有严格要求,所以整体顶梁尽可能薄且较长;推杆中长；立柱可以X型布置;支架前部有宽度不少于500mm的空间,从而保证行人安全；邻架操作。3)大倾角煤层一次采全高液压支架对倾角为25 45的煤层来说,液压支架应有较大初撑力和工作阻力,各铰接孔间隙要小,制造精度要高,以保证支架的稳定。支架应有可靠的防倒防滑和调架装置,活动侧护板应有较大行程和推力,支架与采煤机道之间需设防砸安全挡板,底座应设脚踏板或扶手。这种支架多为ZY掩护式,邻架操作。4)厚、特厚倾斜煤层分层铺网支架架型为ZZ支撑式、ZY掩护式和垛式,有铺顶网和铺底网之分,可采用架前铺联网或架后铺联网方式,机械或手工操作,其中手工联网又分横联和竖联两种方法。这种支架的特点是工作阻力稍大、掩护梁和底座中有充足的空间,便于使用。多为本架操作。5)特厚煤层放顶煤液压支架a.高位放顶煤支架放顶煤支架按放煤位置可分高位、中位和低位三种。高位放顶煤支架高度1.53.5m,工作阻力20005600kN,为邻架操作,也可用于缓倾斜和倾斜特厚煤层水平分层开采。支架结构特点:顶梁较小,为小托
