自移式巷道临时超前支护装置设计【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 答辩无忧，值得下载！ 摘 要 为了解决工人在空顶状态进行支护带来的支护量大、工作效率低、工作环境不安全等问题，有必要设计一套超前支护装置来改善该状况。 本课题设计了一种自移式巷道临时超前支护装置，包括前探梁、夹具装置和动力驱动装置等。运用科学的计算方法设计各部分的尺寸和机构，运用 、 绘图软件进行 结构设计 和优化设计。所述前探梁后端连接有动力驱动装置，动力驱动装置由液压缸和止推梁组成，前探梁和动力驱动装置上设有支撑固定装置。本设计可便捷实现巷道临时超前支护，且结构简单、成本低廉、安装和维修方便，可减轻工人劳动强度， 保障人员和设备安全，能为矿山企业创造良好的生产效益和社会效益。 关键词 : 巷道、临时、超前支护 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ n to of in in an it is to a of to a of of of E, of an to as by a be to a to to a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 目 录 前 言 . - 1 - 1 绪论 . - 2 - 择该题目的目的和意义 . - 2 - 矿掘进巷道顶板事故的危害和特点 . - 2 - 时支护的几种形式 . - 2 - 板事故发生的主要原因与防治措施 . - 3 - 板事故发生的主要原因 . - 3 - 板事故发生的预防措施 . - 3 - 前临时支护装置的研究现状 . - 4 - 道临时超前支护装置的组成与工作原理 . - 5 - 2 前探梁的设计 . - 7 - 探梁的尺寸选定与结构设计 . - 7 - 探梁的结构设计 . - 8 - 3 支撑固定装置的设计 . - 9 - 撑固定装置的作用 . - 9 - 撑固定装置的组成、结构设计与工作原理 . - 9 - 撑固定装置各组成件材料的选择和具体尺寸计算 . - 12 - 具相关 尺寸的计算 . - 13 - 板的相关尺寸的计算 . - 14 - 楔的相关尺寸的计算 . - 15 - 簧的选择 . - 16 - 4 液压缸主要零部件的设计与计算 . - 19 - 压缸的作用与设计注意事项 . - 19 - 压缸的分类与选择 . - 20 - 压缸的分类 . - 20 - 压缸类型的选择 . - 20 - 筒的设计与计算 . - 21 - 筒的结构 . - 21 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 筒材料 . - 21 - 缸 筒的要求 . - 22 - 筒计算 . - 22 - 筒底部的厚度 . - 26 - 筒头部法兰盘厚 度与法兰盘的连接强度计算 . - 27 - 压缸工作行程的确定 . - 30 - 压缸最小导向长度的确定 . - 30 - 体长度的确定 . - 31 - 塞 . - 31 - 塞结构型式 . - 31 - 塞与活塞杆的连接 . - 32 - 塞的密封 . - 32 - 塞材料 . - 33 - 塞尺寸及加工公差 . - 33 - 塞杆 . - 34 - 塞杆结构 . - 34 - 塞杆的材料和技 术要求 . - 35 - 塞杆的计算 . - 36 - 压缸的缓冲装置 . - 42 - 压缸的排气装置 . - 43 - 口 . - 43 - 5 止推梁的设计 . - 44 - 总 结 . - 46 - 致 谢 . - 47 - 参考文献 . - 48 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 前 言 毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段 ,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程 ,是对大学期间所学专业知识的全面总结。 我的 毕业设计题目为 自 移式巷道临时超前支护 装置设计 ，在毕业设计前期，我温习了结构力学、 材料力学 、 实 用机械 图册 、 等知 识 。在 毕业设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能 ，以及请教指导老师和同学 进行 结构设计。在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电子排版整理，并得到老师的审批和指正，使我圆满地完成了设计任务，在此我表示衷心的感谢。 毕业设计的两个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，使我加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，巩 固 了专业知识，提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了多 种 机械 制图软件，以及多种结构设计软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。由于自己水平有限，难免有不妥和疏漏之处，敬请各位老师批评指正。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 1 绪论 择该题目的目的和意义 该装置是为了解决掘进过程后，工人对巷道进行支护前，巷道会有一部分时间处于空顶状态，给工人的人身安全造成一定的威胁，而且工人对其进行临时支护时的工作量很大，工作效率很低等问题，主要包括前探梁直径的选择与设计、支撑装夹设备 的设计、液压缸的设计和止推梁的设计等。 一方面，可便捷实现巷道临时超前支护，保障人员和设备安全，降低煤矿事故的发生率，使掘进工作面的临时支护更加科学化、先进化、实用化和规范化。；另一方面，设计的装备操作简便，结构简单，节省了空间又节省了制作成本，安装和维修方便，可减轻工人劳动强度，提高巷道的掘进速度和安全性，间接地提高了企业的生产效率能为矿山企业创造良好的生产效益和社会效益。 矿掘进巷道顶板事故的危害和特点 一、掘进巷道顶板事故的危害 矿井生产过程中有许多矿 自然灾害威胁着 工的安全。这主要是指水、火 、瓦斯、粉尘以及顶板事故，俗称 “五大灾害 ”。据有关统计资料统计，在我国煤矿生产事故中，以死亡人数计算，顶板事故占 无论发生的次数还是人数，均排在第一位。煤矿井下顶板事故频繁，危害是十分严重的。 二、掘进巷道顶板事故的特点 : 无论顶板好坏 , 都必须正常、正确使用临 时支护 , 绝不能抱以侥幸心里。很多煤矿在掘进区因没有使用临时支护 ,造成了一起起工伤事故的发生 ; 往往稍一忽视都将造成不必要的事故发生 ; 3. 顶板管理是掘进巷道重要管 理内容之一 , 需要重视的内容很多 , 临时支护是其中的一项重要检查和监督对象 ; 都是因为我们的粗细大意和没按措施要求施工所致。 时支护的几种形式 巷道临时支护就是在井巷施工中 , 在掘进工作面架设永久支护之前架设的维护巷道安全和工作空间的一种临时支架 , 以保护掘进施工人员的安全 , 在适当时机可改为永久支护。巷道临时支护的特点是 , 服务期限短 , 并紧跟工作面 ; 除锚喷支护外 , 临时支架均可回收复用 ; 若用锚喷作临时支护 , 则其可以作为永久支护的一部分。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 井巷临时支护有锚喷支护、锚 杆支护、金属拱形支护、金属拱形无腿支护、梯形支护、无腿支护、前探支护、盘式支护等。 板事故发生的主要原因与防治措施 板事故发生的主要原因 矿井生产过程中有许多自然灾害威胁着矿工的安全。这主要是指水、火、瓦斯、粉尘以及顶板事故，俗称 “五大灾害 ”。据有关统计资料统计，在我国煤矿生产事故中，以死亡人数计算，顶板事故占 无论发生的次数还是人数，均排在第一位。煤矿井下顶板事故频繁，危害是十分严重的。 矿井顶板事故发生的主要原因：煤矿生产，我国的露天开采仅占 95以上是地下 开采。在矿井里，我们头顶上是百尺岩层，煤层采空以后岩层要往下落、掘进过程中由于缺少临时支护等就有可能造成顶板事故。从地质条件来看，我国大多数矿井地质构造复杂，有 36的矿井顶板破碎很容易在掘进和采煤过程中冒落；又有 15的矿井顶板特别坚硬，采煤以后悬空，可是到了一定的时候它又会大面积垮落，来势凶猛造成很大危害。还有的矿井由于冲击地压重，也会造成严重的顶板事故。再从生产技术条件来看，煤矿总体技术装备水平不高，支护改革力度不够，大多数回采工作面还在使用摩擦支柱和木支柱，回柱基本上是人工作业；巷道掘进主要用爆破 方法，机械化掘进所占比重小。除此之外，还有许多是管理落后和工程质量低劣的问题，如支护不及时、支护质量差、管理不善等。 板事故发生的预防措施 在井下顶板事故中，顶板事故发生发生在采煤工作面、掘进工作面。为了贯彻安全第一的方针，保护矿工的安全，我们要积极采取措施，加强顶板管理防治顶板事故。 (1)掘进工作面严禁空顶作业，作业过程中必须制定使用金属前探梁的相关措施。在爆破前必须加固靠近工作面 10 米范围内的支护，爆破中破坏的支架必须及时修复，必须检查帮顶，并由外向里逐架进行，爆破后严格执行敲帮向顶制度， 必须进行前探梁支护后方可进入工作面作业。在松软的煤、岩层或地质构造破碎带、断层等掘进巷道时必须采取前探支护或其他措施。 (2)根据掘进头性质，选择巷道支护方式，严格控制空顶距。当掘进头遇到断层 曲等地质构造破坏带，或层理裂纹发育的岩层时，棚子应紧靠掘进头并缩小棚距，必要时还要打重柱以抗突然来压。 (3)巷道支护应有足够的支护强度以抗衡围岩上的压力。巷道支架所能承受的变形量，应与巷道使用期问围岩可能的变形量相适应，尽可能做到支架与围岩共同承载。凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工。巷道替换支架 时，必须先支新支架，再拆老支架。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ (4)在易发生推垮型冒顶的巷道中，要提高巷道支架的稳定性，可以在巷道的支架间用拉撑件连接固定，增加架棚的稳定性，以防推到。倾斜巷道中支架被推倒的可能性更大，其支架间拉撑件的强度、密度要适当加大。 (5)掘进巷道交岔点施工前，开岔口应避开原来冒顶的范围，必须在开 棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿，不得过早拆除，切忌先拆栅后支架棚。当开口处围岩尖角被压坏时，就及时加强抬棚稳定性的措施。注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度。 (6)锚杆巷道掘进时，严格执行敲帮问顶制 度，打眼前应将顶上的险矸活石清理后，方可作业，锚网巷道掘进时，必须严格执行前探梁制度，严禁空顶作业，锚杆的长度、空顶距、锚固力、锚索间距等质量要求都必须在作业规程中明确规定；遇断层及构造、顶板破碎时，要及时改变支护，予以加固。锚喷巷道初喷要紧跟工作面，空顶距要符合作业规程的要求；采用锚喷支护的巷道必须采用光面爆破。 (7)有水患威胁的巷道掘进必须坚持。有疑必探、先探后掘 ”的探放水原则。发现透水预兆时，必须立即停止作业，撤出人员，并报告矿领导处理。 (8)掘进工作面临时停工时，巷道支架必须架设到掌子面，保持正 常通风，并随时对巷道支护变化情况进行检查。临时封闭时，必须对巷道支护进行加固。恢复开工时，必须严格执行开工检查制度，并根据支护变化情况采取相应的措施。 前临时支护装置的研究现状 目前煤矿采用的前探支护以前探梁临时支架为主，其形式有木棚、工字钢棚、口型钢支架和锚杆支架的前探梁；吊挂式前探梁；卡具式前探梁；半圆整体前探梁；可调前探梁；合页式前探梁；卡柱式前探梁；套筒式前探梁等。上述各类形式的前探梁支架在我国煤矿生产中都有应用，对预防顶板事故起到了很好的作用。但现场应用表明，大多数前探梁支架支护在使用过 程中存在操作不便，费工、费力等问题，影响了掘进工效；部分前探梁支架在工业试验中发现因设计不合理甚至不能在现场应用。 在德国，主要用 U 型钢可缩性支架支护回采巷道；波兰，主要采用 V 型钢可伸缩性支架；英国和法国，主要采用 支架支护巷道；苏联，主要采用金属可伸缩性支架支护；美国和澳大利亚，主要采用锚杆支护。而在国内，根据我国国情，借鉴外国经验，主要采用 U 型钢可伸缩性支架、工字钢可伸缩性支架和锚杆支架并存的方式。这样的支护方式，存在着很多的不足之处。它的支护工作量大，安装和维修麻烦，加大了工人的工作量，而且支护费 用高 ，企业效益和 支护安全性不高。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 道临时超前支护装置 的 组成与工作原理 自移式巷道临时超前支护装置如图 1示， 包括前探梁 5，所述前探梁后端连接有动力驱动装置，前探梁和动力驱动装置上设有支撑固定装置。 该装置的 支撑固定装置由吊挂部分和支撑部分组成，吊挂部分包括吊挂在巷道内支护梁上的卡具，每根支护梁下部均吊挂有两套卡具，支撑部分包括设在两套卡具之间的底板 10，底板顶面为斜面，底板上设有顶面水平、中间挖有圆形凹槽、底面与底板配合可滑动连接的 顶板 9，底板下方设有导 向螺栓 11， 导向螺栓 与 顶板连接在一起 ，并通过底板上的导向孔，导向螺栓 的倾斜角度与底板顶部的斜面保持一致，导杆上套设有压缩弹簧 13。 装置中 每套卡具均由两个结构对称的卡具 2 和卡具 4 组成，两个卡具之间通过螺栓 12 固定连接，在两卡具之间的螺杆上套设有弹簧 17。 动力驱动装置包括液压缸和止推梁，液压缸 16 与止推梁 6 固定连接，液压缸内设有活塞 14，活塞将液压缸内腔分隔为前腔 7 和后腔 8，前腔 7 和后腔 8 分别通过油管与液压控制系统连接 。 活塞上设有活塞杆 15，活塞杆 15 通过一铰接件与前探梁 5 后端铰接。每套卡具上端均设有螺栓孔，孔内通过螺纹连接有螺栓 3，螺栓与支护 梁侧壁顶压配合， 通过安装螺栓来平衡前探梁前进或后退时产生的力矩。 采用该 结构，前探梁 5 由液压控制系统通过活塞杆 15 推动，其移动和固定可实现自动化作业，当前探梁 5 到达工作位置后，通过液压控制系统向液压缸 16 的前腔 7 供液，前探梁 5 被固定，即可进行巷道的支护作业。然后继续操作液压控制系统使止推梁 6 行进到前探梁最后端的支撑固定装置内并使止推梁 6 原来的卡具和支撑部分空余出来，此时则拆卸 空余出来 的卡具和支撑部分，以备后用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 12， 34,5678910111213， 14151617 图 1移式巷道临时超前支护装置 简 图买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 2 前探梁的设计 探梁的尺寸选定与结构设计 根据井巷工程中巷道断面设计计算出巷道的断面尺寸，计算的巷道的宽度一般为 3，拱高为 左右。 查文献 5,根据标准 的钢管的主要尺寸系列有： 159 壁厚 :4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、16、 17、 18、 19、 20、 22、 24、 25、 26、 28、 30、 32、 34、 36、 38、 40、 42、 45； 133 壁厚： 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、14、 15、 16、 17、 18、 19、 20、 22、 24、 25、 26、 28、 30、 32、 34、 36； 108 壁厚： 2、 3、 4、 5、 6、 7、8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19、 20、 22、 24、 25、 26、 28、 30； 80 壁厚： 2、 3、 4、 5、 6、 7、 、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19、 20； 73 壁厚： 1、 2、 3、 4、 5、 6、 、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19； 60 壁厚： 1、 16、 2、 3、 4、 5、 6、 、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16； 由于前探梁无需进行加工精加工，前探梁的材料选取为规格为 159无缝钢管 。 即：取前探梁和止推梁的外圆直径为 591 ，内圆直径为 442 。 根据巷道支护工字钢的间距和工作面施工时的效率，取前探梁的长度为 8 米。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 探梁的结构设计 根据装置的运动要求，前探梁需要和活塞杆铰链联接，铰链联接部分结构设计如图 示： 前探梁中焊接的钢板的厚度为 d=20接钢板与活塞杆前端铰链连接，把液压动力通过活塞杆传递到前探梁上实现前探梁的运动。 1591443 03 08 0 0 0 1 5图 构图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 3 支撑固定装置的设计 撑固定装置的作用 支撑固定装 置在该整套设计装备中起着至关重要的作用 ，它决定着装置的自移功能是否能够实现。由于该支护装备是工作在巷道掘进后，永久支护前，起着临时支护的作用。工人要在该装置的支护下进行支护作业，装置悬挂在巷道顶部，所以支撑固定装置起到吊挂前探梁、止推梁、和液压驱动装置。而且在前探梁和止推梁前移的时候，该装置分别对止推梁、前探梁起到紧固夹紧的作用，进而达到使装置前移的目的。 卡具的作用：使整套装置吊挂在支护梁上，承受整套卡具、前探梁和止推梁的重量；使底板卡在卡具上，防止底板的轴向和径向的窜动。 底板的作用：把梁的重量传递给 卡具，一是起导向顶板的移动，而是能够使顶板在垂直距离上上下移动，夹紧前探梁和止推梁。 顶板的作用：与前探梁和止推梁直接接触，与底板配合起到松开与卡紧作用；由于前探梁和止推梁都为圆形结构，顶板还要能够限制梁的径向移动。 撑固定装置的组成、结构设计与工作原理 支撑固定装置由吊挂部分和支撑部分组成，吊挂部分包括吊挂在巷道内支护梁上的卡具，每根支护梁下部均吊挂有两套卡具；支撑部分包括设在两套卡具之间的底板，底板顶面为开有凹槽的斜面。底板上设有顶面水平、底面与底板配合可滑动连接的斜楔，斜楔下表面中部设有条形 的突出部分，和底板上表面上的凹槽配合，起滑动和导向作用。底板下方设有导杆，导杆与斜楔连接在一起，并通过底板上的导向孔，导杆上套设有压缩弹簧，为了使弹簧的压缩力最大地作用于底板和顶板上，导杆的倾斜角度与底板顶部的斜面保持一致 。 两套卡具均吊挂在支护梁上并通过螺栓固定连接，在两卡具之间的螺杆上套设有弹簧，每套卡具上端均设有螺栓孔，可安装螺栓 。 通过调整螺栓，使螺栓端面刚好与支护梁接触，用来平衡力矩。 支撑固定装置的结构设计：根据 所 要求 的该装置所起到的作用，以及装置工作的现场环境，参考以往的机构设计经验和查阅 相关资料，确定设计的构思和零件的结构，初步设计其构成部件的结构如图 3 3 3示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 图 3板 图 3楔顶板 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 图 3具 工作原理 ：装置使用时，液压控制系统通过油管向液压缸的后腔供液，而液压缸的前腔通过油管回油，使液压缸的后腔呈高压，推动活塞杆向前运动，进而推动前探梁向前移动。依靠前探梁自身的重力，前探梁下表面通过摩擦力推动斜楔，斜楔克服压缩弹簧的阻力，沿斜楔与底板之间的斜面和导向槽向前移动，斜楔失去其紧固前探梁的作用，在前探梁行进过程中，由 于压缩弹簧的作用，使斜楔与前探梁 、 底板之间始终保持紧密接触，前探梁在活塞杆的推动作用下水平移动到工作位置。 同时，当活塞杆向前运动时，液压缸推动止推梁向后运动，止推梁下表面靠摩擦力向后推动斜楔，使其夹紧在前探梁和底板之间，保证止推梁不会向后移动。当前探梁到达工作位置后，液压控制系统通过油管向前腔供油，而后腔通过油管回油，则前腔呈高压，使活塞杆向后运动，进而拉动前探梁向后运动。同样，由于前探梁下表面通过摩擦力推动斜楔向后运动，使斜楔夹紧在前探梁和底板之间，进而固定了前探梁 。 这时，由于活塞杆被轴向固定，则液压 缸前腔的压力迫使液压缸向前运动，进而带动止推梁向前运动。止推梁下表面靠摩擦力向前推动斜楔，使斜楔失去其楔紧作用，止推梁被移动到另一个合适的支撑位置。在止推梁向前运动过程中，由于压缩弹簧的作用，斜楔、止推梁和底板之间始终保持紧密接触。当前探梁和止推梁移动达到指定位置后，工作人员在前探梁的临时支护下进行巷道的永久支护；而在止推梁向前移动后，工作人员把装置移动后显露出来的夹紧装置卸下，迁移到刚刚架设好的工字钢上，进行循环使用和装置的循环运动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 撑固定装置各组成件材料的选择和具体尺寸计算 在矿井的巷道支护 中多采用工字钢，工字钢在该装备设计中起着悬吊夹具的作用，所以根据图3表 3择工字钢的型号为 20a，按 20a 工字钢的尺寸设计夹具的结构和尺寸。 图 3字钢尺寸结构图 表 3字钢型号尺寸 型号 尺 寸 面面积 论质量 (kgm) 参考数值 X X h b d t r x/x/ixx:yy/iyO 100 68 45 49 3 O 26 74 O 88 4 140 80 12 102 2 O 6 160 88 6 O 130 141 8 180 94 660 185 22 26 O 0a 200 100 370 237 58 0b 200 102 9 O 500 250 69 表 3到所选工字钢的参数为： h=200mm,b=100mm,d=t=r=9文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 具相关尺寸的计算 1、卡具 1 的设计 根据前探梁的设计可知，卡具起到定位和卡紧底板的作用，其结构如上图所示。由工字钢的图形和尺寸，选择卡具与工字钢的接触楔形的斜度为 1:6。计算楔形 1 的宽度 根据公式： 23 （ 3 计算 得斜楔的宽度尺寸为： 10023 取斜楔 1 的宽度为 45度圆弧半径为 8 选取卡具的材料为灰铸铁 于卡具的工作场合和精度要求，其采用砂型铸造的形式加工，设计尺寸时按铸件设计的最小壁厚进行尺寸设计。 查文献 4得铸件设计最小壁厚如表 3件设计最小壁厚 所示： 表 3件设计最小壁厚 造方法 铸件尺寸 铸 ： 钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝合金 镁合金 钢合金 砂型 200200 200200 500500 500500 8 10 12 15 20 6 6 10 15 20 6 12 5 8 3 4 6 3 3 5 6 8 金属型 7070 7070 150150 150150 5 10 4 5 6 3 4 5 4 5 6 8 注：如有特殊需要，在改善铸造条件下，灰铸铁最小壁厚可达 3锻铸铁可小于 3 因为 卡具的尺