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1、华北科技学院毕业设计（论文）掩护式液压支架设计说明书摘要由于地下煤层的地质环境比较复杂，这就要求在不同的煤层环境中使用不同的与之适应的液压支架。本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括：选架型、总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核。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。整个液压支架的设计都源于煤层厚度这一初始条件，
2、这很好的说明了不同煤层需要不同的液压支架，于是液压支架的更新换代对于提高采煤效率和增加井下安全性显得十分重要。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；结构设计AbstractAs the coal underground geological environment more complex, which requires coal in different environments w
3、ith different to the hydraulic pressure support.The article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination.The support eliminates must realize ef
4、fectively 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 around moves. The col
5、umn 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 steel plate weldi
6、ng.The design of the hydraulic pressure support from all seam thickness of the initial conditions, which is very good description of the different needs of different coal hydraulic pressure support, and therefore the upgrading hydraulic pressure support for improving efficiency and increasing the un
7、derground mining safety it is extremely important.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
8、selection the liquid to press 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.Keywords: Hydraulic pressure support；Top beam；Cradle；t
9、he column-type support；structure design第1章 绪论1.1 液压支架发展概况历史地来看，大约在四五十年前回采工作面还是采用木支柱。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等快速采煤机的使用,木支柱既不能对顶板提供足够大的阻力，其支设和回收亦难满足连续采煤的要求。于是，刚性木支柱被可压缩性摩擦和液压支柱所代替，并以支柱加铰接顶梁的结构形式支护回采工作面。1954年英国首次研制出液压支架，从此，开创了煤炭工业的新时代。50年代末，为开采煤层厚超过2m的松散和破碎顶板条件下的褐煤，前苏联开始研制掩护式液压支架，并于展出了OMKT型掩护式支架。这种支架顶梁很短，并与掩护梁
10、铰接，单根朝前倾斜液压支柱连接着掩护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时，顶梁顶点相对于煤壁作圆弧运动。这样，不仅影响了支架的承载能力，而且端面距变化很大，不利于顶板的维护。但比起垛式和节式支架，掩护式支架能有效的控制顶板，防止开采过程中矸石渗入工作面，工作能力很好 。60年代末和70年代初，随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加，支架结构也发生了巨大变化。长顶梁、二柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。并且，为适应底板不平，底座采用分离铰接式结构；对于松软底板，为减小底板比压，采用接触面积较大的底座；为防止碎矸窜入采区，采用了各种防窜矸的掩护装置。1974年，英国国家煤炭局实施的“
11、高科技采矿工程”推动了液压支架及采煤设备的进一步发展。这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时，必须采用最先进的设备和开采工艺，以提高煤炭产量和改善作业环境。1980年起人们取得了对自移式液压支架的研制成功并逐步改进完善，进而普遍推广使用，使回采工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护控顶等工序全部实现综合机械化，煤矿取得了较大综合效益。到20世纪90年代初，人们寻找到适合矿区资源条件的先进采煤方法，采用了放顶煤技术。今天随着计算机技术和自动化技术的普及应用和提高，为煤矿生产自动化和高效生产提供了新的出路。煤矿综采液压支架电液控制系统的应用，大大地加快了工作面的移架、推溜速度，改善了采煤工作面顶
12、板的支护状况，使工作面产量成倍增加，直接功效大幅度提高，安全状况明显改善，吨煤成本大幅度下降，为煤矿生产的高效、安全和煤矿工人劳动环境及形象的改变提供了条件。综采使煤矿实现了由手工操作向机械化的变革，电液控制系统使井下采煤实现由机械化向自动化的革命，也可称为采煤技术的第二次改朝换代的重大改革，是煤矿21世纪的高新技术。目前，以液压支架为主体的地下综采设备，已逐步向程控、遥控和自动化方向发展。1.2 国内支架的现状与国外的差距1.2.1制造技术水平落后1德国支架结构材料ST52，屈服极限500Mpa，前苏联的更高。我国基本长期使用16Mn，屈服极限350MPa左右，近年来只有少数支架构造的部分材
13、料用高强度钢板。2支架液压系统的阀类使用的是乳化油，防锈蚀的要求很高，国外一直铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯，我国是45钢加表面防腐处理。3国外密封材料的寿命大于5a，我国只有2a左右。4国外的支柱和千斤顶缸体内壁是复镀，我国是不镀，使立柱出现麻斑、划伤、密封漏液等现象，影响支护效果。5美国的支架耐久性实验是45000次，我国7000次。以上这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用，但在国内高产、高效工作面及国际上是没有竞争力的，综采工程技术人员普遍认为目前我过支架的工艺水平尚未达到1979年引进的100套支架的技术水平，可想落后人家远不止30a。1.2.2控制系统研究落后西方主要产煤大
14、国始终把支架控制系统作为提高整个综采经济效益的重要方面来抓。20世纪60年代采用手动直接操作系统；20世纪70年代初即开始重视液压支架液压先导控制的研究；20世纪70年代中后期广泛采用液压多芯管先导控制系统；20世纪80年代西方国家开始大力着手电液先导程序控制的研究和使用。因此，现在美、德、英、日等基本上全是可编程电液控制，波兰除了电液控制以外，都是液压多芯管先导控制。20世纪90年代开始，为了提高移架速度满足工作面高产、高效发展的需求，我国在加大常规手控操纵阀的流量方面取得进展，加上综合措施，也实现了平均移架速度小于12s/架的成绩。根据以上资料不难看出，在21世纪以煤炭集约化生产为特征的新
15、时代，为了满足高产、高效综采工作面的需要，必须抓紧研制和推广电液系统。1.2.3 设计理念上落后目前，国外液压支架设计，在设计手段上普遍采用了电子计算机，在设计方法上是传统设计与现代设计相结合。对于支架结构的零部件设计，普遍采用了计算机辅助设计与制图,使图纸的设计精度和设计质量都有了很大的提高。其设计的图纸和有关参数，可以提供于数控机床和光电跟踪切割机加工零件时使用，大大提高了零件的加工精度和制造质量，节省了人工放样，加工的工时，消除一手工操作所产生的误差。在结构的强度设计方面，也比较普遍地采用大型的结构静动力有限元分析软件，模拟支架在煤矿井下的实际受载工况或在实验室中支架样机强度试验有关工况
16、，通过计算分析，对整个支架各部位的结构强度进行比较准确和全面的了解。所有这些，都是由于国外发达国家计算机及计算机技术的高度普及和大型结构分析有限元软件的推广应用的结果。我国包括支架在内的众多产品设计，仍然是以传统设计为主。所谓传统设计，就是人们在设计中总是遵循着一定的设计理论，凭借着设计者本身的经验来选择设计参数，并借助一些手册、图表、经验数据来完成各种设计。这种半经验、半理论的传统设计方法常常带有一定的盲目性，使得所做的设计很难达到客观存在的最优方案。对于使用条件复杂、受载工况多变的液压支架的设计，尤其如此。优化设计理论是现代设计理论的核心内容之一。近年来促进优化设计研究和应用的主要因素有三个方面：即近代科学技术与生产需要最适宜的方案、计划与信息；电子计算机技术和最优化计算方法的发展相互促进，使优化设计有了可能；现代产品设计要求高速度、高质量地完成设计任务，优化才能保证这一任务的完成。所谓的优化，就是在多种因素条件
