薄煤层液压支架的设计（八根立柱支撑）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 随着煤炭资源的日益减少，如何更好的实现对薄煤层的开采成为了一个重要话题。在我国西南部的很多矿区，薄煤层已经成为主采煤层。液压支架作为煤矿开采的重要支护设备，在保证工人的人身安全的同时，还要提高煤矿的生产效率。因此，研制高质高效的薄煤层液压支架具有重要的意义。 传统的液压支架使用两柱或四柱支撑，工作阻力小，而且四连杆机构设计起来十分困难，最终只能用近似的双纽线实现顶梁端部的运动，顶梁仍然有倾向煤壁的趋势。本文设计的液压支架采用八根立柱支撑，支护阻力大，取消了四连杆机构，用立柱的液压力抵抗水平力，是 液压支架设计方法的巨大进步。 本文设计的内容主要包括：顶梁、底座、前梁、立柱等关键部件的结构设计，建立液压支架的三维模型，实现运动仿真，最后进行有限元分析校核关键部件的强度。设计的过程中参考了现有液压支架结构设计的优点，如顶梁的箱形结构、底座的底分式结构等。 本设计的主要创新点在于：八根立柱对顶板实现密集支护，不仅提高了支护阻力，而且可以通过更换不同缸径的悬浮式立柱，实现 支架的模块化设计、 集成化装配和规模化生产，大大缩短了生产和检测周期，加快了我国综采机械化生产进程。薄煤层液压支架一般采用邻架控制，为了减 少管路上的压力损失，方便人员的操作，设计了一种先导控制的液压系统，对液压支架液压系统的设计具有一定的参考价值。 关键词： 液压支架； 超静定结构； 运动仿真； 有限元分析 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 绪论 5 煤层开采技术 5 压支架的用途及分类 5 压支架的作用 5 压支架的工作过程 5 压支架的现场布置 7 压支架的分类 8 压支架的支护方式 9 液压支架的基本要求 9 煤层液压支架的结构特点 9 压支架的国内外现状及发展趋势 10 静定结构的创新和优点 13 2 液压支架整体结构设计 14 压支架的设计参数 14 架的高度和支架的伸缩比 14 架高度 14 架的伸缩比 14 架间距 14 座长度的确定 15 梁尺寸 15 架工作方式对顶梁长度的影响 15 梁长度 15 梁宽度 16 板覆盖率 17 柱布置 17 柱数 17 撑方式 17 3 液压支架部件设计 18 梁 18 要作用 18 构型式 18 梁结构和断面形状 19 护板的设计 20 护板的作用 21 护板的结构型式 21 护板尺寸的确定 22 座的设计 22 座的作用 22 座的结构形式 23 移装置的设计 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 移装置的用途 24 移装置的要求 24 移装置的结构 24 柱的设计 27 柱的类型 27 浮式液压支柱的优点 28 助装置的设计 28 帮装置的设计 28 倒装置的设计 30 压支架的主要技术参数 31 护面积 31 护强度 31 护效率 31 斤顶参数的设计 32 移千斤顶 32 推千斤顶 32 4 立柱结构设计和强度校核 32 伸缩立柱缸径和工作阻力的确定 33 伸缩立柱缸径的确定 33 站压力的确定 33 柱初撑力的计算 33 柱工作阻力的计算 34 柱缸体壁厚的计算 34 缸稳定性验算和立柱强度校核 34 缸稳定性验算 34 柱强度验算 35 体与缸底焊缝强度验算 37 5 液压支架受力分析 38 述 38 架工作状态 38 算载 荷的确定 38 压支架的受力分析与计算 39 梁的受力分析与计算 39 顶梁的受力分析与计算 40 座的受力分析与计算 41 梁的载荷分布 41 座接触比压 42 6 液压支架强度计算 44 度条件 44 梁强度校核 45 梁强度校核 48 座强度校核 52 轴及耳板的强度校核 55 梁与顶梁联结处销轴的强 度校核 56 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 梁与顶梁联结处耳板的强度校核 57 柱与底座处销轴的强度校核 57 柱销轴支座的强度校核 58 他地方销轴和耳板的强度校核 59 7 液压支架的液压系统设计 59 压支架的液压系统简介 59 压支架传动系统的基本要求 59 压支架的液压传动特点 59 压支架的控制方式 60 压支架的液压系统拟定 60 8 液压支架的运动仿真和有限元分析 63 于 的三维实体建模 63 模的目的与意义 63 中建模方法 64 中虚拟装配 66 中运动仿真 67 仿真结果分析 69 于 2 的有限元分析 72 拟压架实验 73 2 有限元分析 73 9 结论 78 10 参考文献 79 11 翻译 80 中文译文 84 12 致谢 91 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论 煤炭工业是国民经济重要的基础产业。我国的薄煤层资源丰富，全国薄煤层的储量占全部可采储量的 分布面广，煤质好。但由于薄煤层采煤生产效率低，经济效益差，部分煤矿不重视薄煤层的开采，造成许多薄煤层煤炭资源严重浪费。随着厚煤层及中厚煤层煤炭资源的逐渐减 少，许多煤矿开始重视对薄煤层的开采工作。 液压支架是现代化煤矿进行高效综采和安全生产最为关键的设备之一。无论是采用刮板输送机、滚筒采煤机和液压支架的综采技术，还是运行轨道、强力刨煤机和液压支架的综采技术，液压支架都是作为煤矿井下支护关键设备，因此，研究高质高效的薄煤层液压支架有着重要的意义。 煤层开采技术 五十年代以前，我国在薄煤层中主要使用炮采工艺，以后使用了截煤机掏槽爆破落煤，并发展了薄煤层采煤机，六十年代开始采用刨煤机，并在技术上逐步得到完善。薄煤层开采应有合适的配套设备，目前，从国内外发展来 看，比较理想的是刨煤机或爬底板式采煤机采煤，用液压支架进行支护，实现采煤机械化。 在现有技术条件下， 右煤厚的煤层可用的采煤方法有： 1 传统的长壁炮采采煤法； 2 单体液压支柱高档普采采煤法； 3 薄煤层螺旋钻采煤法； 4 综合机械化采煤法。 以上四种可行的薄煤层采煤方法中，第一、二种采煤方法由于工人劳动强度大，作业条件恶劣，生产效率低，同时不符合现代技术的发展方向，除个别开采条件过于复杂，难以使用综采机组开采的区域以外，不应推荐其作为主要的采煤方法。第三种采煤方法具有劳动强度较小，作业环境良好的优点，但 由于其生产效率太低，难以使作为保护层开采的薄煤层开采和主采煤层的开采速度相配套，也难以作为薄煤层开采的主要采煤方法。只有薄煤层综采开采既具有工人劳动强度小、作业环境较好的优点，也具有安全高效的优势，满足了主采煤层高强度开采的需要，更代表了薄煤层采煤方法的技术发展方向 ,因此，对于薄煤层的高产高效提出了更高的要求。 压支架的用途及分类 压支架的作用 液压支架是综采工作面的主要设备之一，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。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。液压支架与可弯曲刮板输送机和采煤机组成综采机械化采煤设备，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。 压支架的工作过程 1 支架的升降和推移 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 压支架工作原理图 123456 7、 89101112当操纵阀 8 处于升柱位置时，从乳化液泵站来的高压液体通过操纵阀 8、液控单向阀6 进入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀 8 处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。 支架的前移和推移输送机是通过操纵阀 7 和推移千斤顶 4 来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀 7 置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶 4的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，在把支架升起 ，使支架撑紧顶板。若将操纵阀 7 置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆腔回液，这时输送机以支架为支点被推向煤壁。 2 支架的承载过程 支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程。它包括初撑、承载增阻和恒阻三个阶段。 （ 1） 初撑阶段 在升架过程中，当支架的顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀 6 立即关闭，这一过程为支架的初撑阶段。初撑力的大小取决于泵站的工作压力 、 立柱缸径和立柱的数量。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下 沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。 （ 2） 承载增阻阶段 支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。 （ 3） 恒阻阶段 随着顶板压力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高。当升高到安全阀 5 的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下缩，液体压力随之降低。当降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。由于安全阀的作用，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段。此时，支架对顶板的 支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。 支架的支撑力和时间的关系曲线，称为支架的工作特性曲线，如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 架的工作特性曲线 初撑阶段； 增阻阶段； 恒阻阶段； 初撑力； 工作阻力 压支架的现场布置 图 压支架在工作面布置示意图 1采煤机 2液压支架 3传送带输送机 4转载机 5刮板输送机 6主进液管 7主回液管 8乳化液泵 9乳化液箱 10端头支架 11单体液压支柱 图 示为液压支架在工作面的布置示意图。每个工作面一般由滚筒、采煤机、液压支架、刮板输送机、装载机、乳化液压站和油管等主要设备组成。为了实现顶板及时支护，常采用先移架后推溜的方式。采煤机每切割一刀，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。 面是采煤机割煤前支架的工作状态。此时，推溜千斤顶活塞杆处于伸出状态，端间距为零，输送机紧靠煤壁。采煤机割煤后，支架尚未前移时（ 面），端面距最大（等于采煤机截深）；当支架降柱卸载前移，然后 升柱支护新裸露顶板时，端面距又达到最小（ 面）。支架支撑顶板后，以其为支点操作推溜千斤顶。将输送机推向煤壁，实现推溜。此时，推溜千斤顶的活塞杆又处于伸出状态（ 面），以便完成下一个动作过程。 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。从而对顶买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 板进行及时支护，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。 压支架的分类 1 按架型结构及与围岩关系分 （ 1）掩护式 1）支掩掩护式支架分 插底式和不插底式； 2）支顶掩护式分为支架平衡千斤顶设在顶梁与掩护梁之间和支架平衡千斤顶设在底座与掩护梁之间。 （ 2）支撑掩护式 1）支顶支撑掩护式支架； 2）支顶支掩支撑掩护式，其中一排立柱支撑在掩护梁上。 （ 3）支撑式支架 1）节式支架分两框架式、三框架及四框架组合式两类； 2）垛式支架。 2 按适用煤层倾角分 （ 1）一般工作面支架； （ 2）大倾角支架。 3 按适用采高分 （ 1）薄煤层支架； （ 2）中厚煤层支架； （ 3）大采高支架。 4 按适用采煤方法 （ 1）一次采全高支 架； （ 2）放顶煤支架； （ 3）铺网支架； （ 4）充填支架。 5 按在工作面中的位置分 （ 1）工作面支架； （ 2）过渡支架（排头支架）； （ 3）端头支架。 6 按稳定机构分 （ 1）四连杆机构支架； （ 2）单铰点机构支架； （ 3）反四连杆机构支架； （ 4）单摆杆式支架； （ 5）机械限位支架（橡胶限位、弹簧钢板限位、千斤顶限位）。 7 按组合方式 （ 1）单架式支架； （ 2）组合式支架。 8 按控制方式分 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 1）本架控制方式； （ 2）邻架控制方式； （ 3）成组控制方式。 9 按控制原理 分 （ 1）液压直接控制支架； （ 2）液压先导控制支架； （ 3）电液控制支架。 压支架的支护方式 综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。 3 个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的 3 种支护方式，从而决定工作面 “三机 ”的不同配套关系。 1 即时支护 一般循环方式为：割煤 移架 推溜。 即时支护的特点是：顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。 2 滞后方式 一般循环方式为：割煤 推溜 移架。 滞后支护的特点是：支护滞后时间较长，梁端距大，支护 顶梁较短。适用于稳定、完整的顶板。 3 复合支护 一般循环方式为：割煤 支架伸出伸缩梁 推溜 收伸缩梁 移架。 复合支护的特点是：支护滞后时间短，但增加的反复支撑的次数。可用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。 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，以便有效地控制顶板，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 100右；移架力按煤层厚度而定，对中厚煤层一般为 150 250 3 防矸性能要好。 4 排矸性能要好。 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和冲击载荷。 10 在满足强度条件下，尽可能减轻支架重量。 11 要易于拆卸，结构要简单。 12 液压元件要可靠。 煤层液压支架的结构特点 根据煤层厚度划分，薄煤层截高一 般小于 国不少矿区薄煤层是主采煤层。薄买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 煤层支架的结构特点是： 1 伸缩比大 立柱大多采用双伸缩立柱，薄煤层支架高度低，操作不太方便，立柱很少采用带机械加长段结构。为满足大伸缩比的要求，特别是掩护式液压支架，立柱倾角较大，在低位状态工作时，支护效率较低。 2 人行通道困难 对于薄煤层支架，如何设置人行通道是十分重要的。在瓦斯含量大、对通风有特殊要求的综采工作面，大多设计成双人行通道。支撑掩护式支架的前立柱前留有人行通道，在前、后