掩护式液压支架设计

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：掩护式液压支架学生姓名：、学 号：200540401126专 业：机械设计制造及自动化班 级：机20051班指导教师：李 84内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录目 录1第一章 液压支架概况61.1 液压支架现状61.2 液压支架的工作情况介绍81.3 液压支架的组成91.4 液压支架的分类91.4.1 支撑式支架101.4.2 掩护式支架111.4.3 支撑掩护式支架121.5 液压支架的主要结构件及其用途121.5.1 顶梁121.5.2 底座131.5.3 掩护梁131.5.4 侧护板141.5.5 连杆141.6 压支架的

2、工作原理14第二章 液压支架整体结构尺寸的确定162.1 液压支架结构设计的基本要求和基本参数162.1.1 设计目的162.1.2 对液压支架的基本要求162.1.3 确定支架结构参数的原则172.1.4 设计液压支架必需的基本参数172.1.5 确定支架结构参数的内容182.2 支架的高度和支架的伸缩比182.2.1 支架高度182.2.2 支架的伸缩比192.3 支架间距和宽度的确定202.4 底座长度的确定212.5 四连杆机构的设计212.5.1 四连杆机构的作用212.5.2 四连杆机构几何特征参数222.5.3 作图法设计四连杆机构232.6 顶梁参数的确定272.6.1 支架工

3、作方式对支架顶粱长度的影响272.6.2 配套尺寸对顶梁长度的影响282.6.3 顶梁长度的计算282.7 支护面积292.8 支护强度29第三章 液压支架部件结构303.1 顶梁303.1.1 结构形式303.1.2 顶梁结构和断面形状323.2 掩护梁333.3 底座343.3.1 底座结构的选择343.3.2 柱间距和筋扳配置373.3.3 推移装置的形式选择373.4 侧护板393.4.1 支架侧护板形式的选择403.5 前、后连杆423.6 立柱的技术参数423.7 立柱的初撑力与立柱工作阻力433.7.1 立柱的初撑力433.7.2 立柱工作阻力的确定433.8 推移千斤顶443.

4、9 平衡千斤顶443.9.1 平衡千斤顶的推拉力443.9.2 平衡千斤顶的缸径47第四章 液压系统设计484.1 立柱和千斤顶494.2 支架液压阀504.2.1 液控单向阀504.2.2 安全阀504.2.3 操纵阀514.2.4 液压支架液压阀的密封技术分析514.3 液压支架的控制方式524.3.1 手动控制524.3.2 自动控制53第五章 液压支架受力分析与计算545.1 液压支架工作状态545.1.1 顶板状态545.1.2 液压支架的工作状态545.1.3 支架受力545.2 计算载荷的确定555.3 液压支架的受力分析555.3.1 取顶梁为分离体565.4 顶梁载荷分布59

5、5.5 底座接触比压计算605.5.1 底座载荷分布615.5.2 底座对底板的平均比压615.5.3 底座接触比压615.6 支护效率64第六章 液压支架的强度设计656.1 液压支架在强度设计时的强度条件656.2 液压支架各结构件强度校核676.2.1 顶梁强度校核676.2.2 立柱强度校核716.2.3 底座强度校核74第七章 液压支架的操作和维护787.1 液压支架的操作维护要求787.2 液压支架的故障及排除787.2.1 液压支架液压系统及元件的故障排除787.2.2 支架在操作过程中的故障排除80结 论82参考文献83致 谢84 第一章 液压支架概况1.1 液压支架现状从18

6、54年英国研制成功了液压支架发展到现在，液压支架的设计、制造和使用都已基本成熟，它已经形成了能适应各种不同煤矿地质条件的各类液压支架。从液压支架的形式来看，有支撑式液压支架发展到掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架；从支架的质量来看，有轻型液压支架、中型液压支架和重型液压支架；从支撑高度来看，又薄煤层液压支架、中厚煤层液压支架和厚煤层液压支架，其中厚煤层液压支架又分厚煤层一次采全高液压支架、厚煤层分层开采液压支架和放顶煤液压支架；从用途来看，有端头液压支架和中间液压支架。所以从液压支架的现状来看，液压支架已经发展到一个完整的液压支架体系。从液压支架的设计来看，由过去的手工设计发展到全部计算机程序

7、设计。总之，随着时代的发展和进步，液压支架设计、制造和使用，将越来越完善、安全、可靠。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液压支架，使用寿命810年，可用率高达95%98%。支架平均工作阻力6470kN，支架宽度普遍增大，中心距大到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长壁综采工作面用工作阻力为28565kN电液控制两柱掩护式液压支架，1997年6月产

8、商品煤90.43万t，成为世界上首次月产商品煤进百万吨的工作面。1995年9月，麋鹿矿用工作阻力为8900kN电流控制的两柱掩护式液压支架，月产煤达到60.11万t。美国综采工作面最高日产超7万t，最高工效1336t/工。澳大利亚也基本采用一井一面的高度集中化生产，使用两柱掩护式液压支架，支架的平均工作阻力为7640kN。如尤兰矿用电流控制的两柱掩护式液压支架，在1995年8月8日创下澳大利亚有史以来日产3.41万t的最高纪录，班产一直保持在50006000t。英国也在大力发展两柱掩护式液压支架，工作阻力有了很大提高，达到60008000kN。我国液压支架经过30多年的发展，尽管取得了显著成绩

9、，在双高矿井建设中出现过日产万吨甚至班产超万吨的记录，但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一定差距。在支架型功能上我国与国外相差无几，有些地方特别是特厚煤层用的放顶煤支架、铺网支架、两硬煤层的强力支架、端头支架还有独到之处，但国产液压支架技术含量偏低，电液控制阀可靠性差，所用钢材的耐压能力一般为16MPa，最好的屈服极限才700MPa，液压系统压力在35MPa一下，流量在200L/min以内，供液管直径2532mm，回液管直径2550mm，最快移架速度为1012s/架，工作阻力更是相对较低。今后，我国的液压支架的设计将朝技术含量大、钢板强度高、移架速度快和电液控制阀的方向发展，对有破碎带和断层的

10、工作面将加大支架的移架里力，尽量采用整体可靠推杆和抬底座机构，并减少千斤顶的数量。另外，将普遍采用额定压力为40MPa、额定流量为400L/min的高压大流量乳化液泵站，以适应快速移架的需要；系统采用环形或双向供液，保证支架有足够的压力达到初撑力，保证支架接顶位置准确。两柱掩护式支架的比重将大大增加，缸的直径将增至360mm，端头支架、轻放多用途支架将被广泛使用。1.2 液压支架的工作情况介绍 图11 综采工作面图11所示为液压支架在工作面的布置示意图。每个工作面一般由采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、乳化液压站和油管等主要设备组成。为了实现顶板即时支护，采用即时支护的方式。采煤机每切割一

11、刀，液压支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四个主要动作过程。随着采煤机割煤的继续，工作面液压支架不断重复上述四个主要动作过程。从而对顶板进行即时支护，防止顶板冒落，保持一定的作业空间，确保综采工作面人员和设备的安全，实现顶板管理及采煤作业过程机械化，提高采煤工作效率。1.3 液压支架的组成液压支架是以高压液体作动力，并有液压元件（液压缸和液压阀）与金属构件组成的一种用来支撑和管理顶板的设备。是一种综采工作面对支护设备，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。 液压支架主要有五部分组成，分别为：承载部件、动力油缸、控制元件、辅助

12、装置、工作液体。各部分在液压支架中都起着不同的作用，承载部件主要有底梁、顶梁、掩护梁、前后连杆，它们起着承受并传递顶板载荷作用。动力油缸主要有立柱、推移千斤顶平衡千斤顶等，它们的主要作用是通过乳化液做介质可以主动产生作用力，从而实现液压支架的各种动作。控制元件主要是各种操纵阀和管路，它们主要用来操纵、控制支架各个动力油缸动作及保证所需工作特性的液压(电气)元部件。辅助装置是用来实现支架某些动作或功能所必须的装置，如护帮、挡矸、防滑防倒等作用。主要有推移装置、护帮装置、活动侧护板、防倒、防滑装置。工作液体是乳化液，是用来传递能量和除尘的工作介质。1.4 液压支架的分类目前采煤工作面使用液压支架有

13、许多类型。按液压支架在采煤工作面的安装位置来划分，液压支架分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两端以外的采煤工作面上所有位置的支架。按移架方式可分为整体自移式和迈步前移式两类；工作面支架按煤层厚度和开采方法不同可分为铺联网支架和放顶煤液压支架。中间液压支架按其结构形式与顶板相互作用的原理来划分，可分为三种基本类型，即:支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架。支撑式液压支架又有垛式和节式之分。掩护式液压支架又有插腿式和非插腿式之分。支撑掩护式液压支架又有四柱支在顶梁上和两柱支在顶梁上，一柱或两柱支在掩护量上之分。1.4.

14、1 支撑式支架支撑式支架的立柱支撑在顶梁上，没有掩护梁，他主要由顶梁、底座、立柱、推移千斤顶及挡矸装置组成。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。 （1） 垛式整个支架为一整体结构，整体移动，通常有46根立柱，如图1-1。它的支撑力大，切顶性能好，稳定性较好，工作空间比较大，容易满足通风的要求。同时垛式支架由于顶梁较宽且长，移架时顶板暴露的面积较大，在直接顶比较破碎的顶板条件下使用很困难。所以垛式支架尽适用于顶板较坚硬和稳定的煤层。 1-1垛式液压支架（2）节式节式支架由24个框架组成，如图1-2。其支撑力完全用于支撑顶板，它与垛式支架相比，结构比较灵巧，质量较轻，移架时顶板暴露的面积较小，对顶底板的适应性较好，但是它的稳定性很差（容易倒架）。 1-2式液压支架1.4.2 掩护式支架掩护式支架没有支撑部件即顶梁，只有掩护部件。它利用立柱、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。其结构如图1-3。