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液压支架的选型设计

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液压 支架 选型 设计
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摘  要


采煤综合机械化,是加速我国煤炭工业发展,大幅度提高劳动生产率,实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大,效率高,成本低,而且能减轻笨重的体力劳动,改善作业环境,是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。

液压支架主要由以下几个基本部分组成:顶梁,掩护梁和四连杆机构,侧护板,底座,立柱,千斤顶。设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。在支撑掩护式液压支架的设计过程中,底座、液压系统和立柱等结构件的设计是重点。本论文主要介绍了液压支架的结构,类型,工作原理,特点,目的及要求,对支撑掩护式液压支架作了详尽的分析和介绍,讲述了这种支架的方案和用途。

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关键词:液压支架;立柱;底座;四连杆机构


目  录


第一章  概述 1

第一节  国内外液压支架的发展状况 1

第二节  国内外液压支架的差异 3

第三节  液压支架的发展趋势 4

第二章  液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理 5

第一节  液压支架的类型及基本特点 5

一、支撑式液压支架 5

二、掩护式液压支架 6

三、支撑掩护式液压支架 7

四、特殊用途的液压支架 8

第二节  液压支架的选型 10

一、工作面支架 10

二、端头支架 11

第三节  支撑掩护式液压支架工作原理 11

第三章  液压支架的整体结构尺寸设计 14

第一节  设计目的要求及必要的基本参数 14

一、设计目的 14

二、设计要求 14

三、设计液压支架必需的基本参数 15

四、液压支架设计的原始条件 15

第二节  液压支架的整体结构设计 16

一、底座选择与设计 16

二、顶梁的选择与设计 16

三、推移装置的选择与设计 16

四、立柱的选择与设计 17

第三节  液压支架基本技术参数的确定 18

一 、支护高度 19

二、支护面积 19

三、支护强度 20

四、底板平均接触比压 20

五、立柱主要参数确定 21

六、泵站压力的确定 21

第四节  液压支架四连杆机构的确定 22

一、四连杆机构的作用 22

二、四连杆机构的几何作图法 24

三、几何作图法作图过程 26

第五节  支架的主要结构及其作用 28

第六节  液压系统 30

一、液压系统的主要特点 30

二 液压系统的基本要求 31

第七节  支架在设计中突出的特点 33

第四章  液压支架的受力分析 34

第一节  液压支架的受力分析与计算 34

一、对顶梁进行受力分析 35

二、对掩护梁进行受力分析 36

三、顶梁载荷分布 37

四、支护强度 39

五、支护效率 39

第二节  液压支架受力的影响因数 40

一  立柱倾角对承载能力的影响 40

二、tanθ值对支架承载能力的影响 40

三、支架承载能力随高度的变化 40

四、摩擦系数的影响 41

第五章  液压支架的使用、维护及常见故障及其排除方法 42

第一节  支架的运输和工作面安装 42

一、支架在地面和井下的运输 42

二、支架在工作面的安装 42

第二节  支架的操作和维护 42

一、对支架操作维护的要求 42

二、支架的操作注意事项 43

三、支架的维护和管理 43

四、注意事项及警示 44

第三节  常见故障及其排除方法 45

一、结构件和连接销轴 45

二、系统及液压元件 46

三、立柱 47

四、支架的操作中出现故障 47

结  论 52

参考文献 53

致  谢 54

英文文献 55

中文翻译 61


Abstract


The comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country , raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining. 

Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle.In the design course that the type of supports cover type, the design of canopy and caving shield and props is key. This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support. 


Keyword: Hydraulic support;column;foundation;4 linkage mechanisms

参考文献

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11.邢富康、蔡站、刘玉堂等.煤矿支护手册. 北京:煤炭工业出版社 1991

12.贾悦谦.综采技术手册(上、下).北京:煤炭工业出版社 2000

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14.Ikuta K,hasegawa T,Adachi T,Maruo S.Fluid drive chips containing multiple pumps and awitching valves for Biochemical IC Family.Micro Electro Mechnical Systems  2000

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18.栾振辉、侯波.液压支架的技术现状及发展趋势.矿山机械[J] 2000(9)15-16

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20.刘欣科 赵岩.国产液压支架现状及质量分析.煤矿开采[J] 2007(第12卷,第3期) 92-94

21.刘小峰、姚鸿、黄自强、王丽萍.浅谈液压支架的技术现状及发展趋势[J].河北煤炭 2003(3) 9-10


内容简介:
摘 要采煤综合机械化,是加速我国煤炭工业发展,大幅度提高劳动生产率,实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大,效率高,成本低,而且能减轻笨重的体力劳动,改善作业环境,是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。液压支架主要由以下几个基本部分组成:顶梁,掩护梁和四连杆机构,侧护板,底座,立柱,千斤顶。设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。在支撑掩护式液压支架的设计过程中,底座、液压系统和立柱等结构件的设计是重点。本论文主要介绍了液压支架的结构,类型,工作原理,特点,目的及要求,对支撑掩护式液压支架作了详尽的分析和介绍,讲述了这种支架的方案和用途。关键词:液压支架;立柱;底座;四连杆机构iAbstractThe comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country , raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining. Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle.In the design course that the type of supports cover type, the design of canopy and caving shield and props is key. This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support. Keyword: Hydraulic support;column;foundation;4 linkage mechanismsii目 录第一章 概述 .1第一节 国内外液压支架的发展状况 .1第二节 国内外液压支架的差异 .3第三节 液压支架的发展趋势 .4第二章 液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理 .5第一节 液压支架的类型及基本特点 .5一、支撑式液压支架 .5二、掩护式液压支架 .6三、支撑掩护式液压支架 .7四、特殊用途的液压支架 .8第二节 液压支架的选型 .10一、工作面支架 .10二、端头支架 .11第三节 支撑掩护式液压支架工作原理 .11第三章 液压支架的整体结构尺寸设计 .14第一节 设计目的要求及必要的基本参数 .14一、设计目的 .14二、设计要求 .14三、设计液压支架必需的基本参数 .15四、液压支架设计的原始条件 .15第二节 液压支架的整体结构设计 .16一、底座选择与设计 .16二、顶梁的选择与设计 .16三、推移装置的选择与设计 .16四、立柱的选择与设计 .17第三节 液压支架基本技术参数的确定 .18一 、支护高度 .19二、支护面积 .19三、支护强度 .20四、底板平均接触比压 .20五、立柱主要参数确定 .21六、泵站压力的确定 .21第四节 液压支架四连杆机构的确定 .22一、四连杆机构的作用 .22二、四连杆机构的几何作图法 .24三、几何作图法作图过程 .26第五节 支架的主要结构及其作用 .28第六节 液压系统 .30一、液压系统的主要特点 .30二 液压系统的基本要求 .31iii第七节 支架在设计中突出的特点 .33第四章 液压支架的受力分析 .34第一节 液压支架的受力分析与计算 .34一、对顶梁进行受力分析 .35二、对掩护梁进行受力分析 .36三、顶梁载荷分布 .37四、支护强度 .39五、支护效率 .39第二节 液压支架受力的影响因数 .40一 立柱倾角对承载能力的影响 .40二、tan 值对支架承载能力的影响 .40三、支架承载能力随高度的变化 .40四、摩擦系数的影响 .41第五章 液压支架的使用、维护及常见故障及其排除方法 .42第一节 支架的运输和工作面安装 .42一、支架在地面和井下的运输 .42二、支架在工作面的安装 .42第二节 支架的操作和维护 .42一、对支架操作维护的要求 .42二、支架的操作注意事项 .43三、支架的维护和管理 .43四、注意事项及警示 .44第三节 常见故障及其排除方法 .45一、结构件和连接销轴 .45二、系统及液压元件 .46三、立柱 .47四、支架的操作中出现故障 .47结 论 .52参考文献 .53致 谢 .54英文文献 .55中文翻译 .610第一章 概述20 世纪 50 年代中期,随着科学技术的不断发展,一种用于变革煤炭开采工艺新技术,新装备的综合机械化采煤技术出现了。从 1954 年在英国诞生了第一个综采工作面后,综采技术就不断得到发展和完善,在世界范围内得到广泛的应用,成为煤炭工业技术发展的方向。到 1970 年英国已装备 700 个综采工作面,德国已装备400 个综采工作面,其综采程度均达到 90%以上。随后综采技术在日本、波兰、法国、前苏联等主要 4 产煤国家得到进一步的推广应用,同时也被向来以房柱式连续采煤机开采为主的美国、澳大利亚和南非等国家所采用。第一节 国内外液压支架的发展状况作为综采工作面关键设备的液压支架,经历了几个阶段的发展过程。50 年代英国研制的垛式支架和法国研制的节式支架代替了木支架、金属摩擦支架、液压支架,开辟了采煤工作面支护设备的技术革命;60 年代前苏联研制并改进的 OMKT 型掩护式支架(具有四连杆机构),从根本上解决了支架梁端距变化大且不能承受水平力的问题,开辟了液压支架设计的新时代;70 年代主要是“立即支护”方式;80 年代以来,为提高生产率和降低成本,在液压性能和自动化程度有了大幅度提高。如美国、澳大利亚的大部分长壁工作面都采用了电液控制技术,可对液压支架的各种动作功能进行多种方式的程序控制和性能监测。90%以上的美国长壁综采工作面使用了电液控制两柱掩护支架,其额定工作阻力最高可达 9800kN,初撑比为 0.7-0.85,移架循环时间大多小于 10s。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。为减少割煤时间,一般采用 0.8lm 的截深。支架还采用屈服强度 800 1000Mpa 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 68s/架。1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 478 L/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 250 X 5280m 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 1336t/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。如尤兰矿用电液控制的两柱掩护式支架,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 5000-6000t。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 50006000KN。我国从 1958 年开始设计掩护式支架,从 1964 年开始由专门研究室全面开展架型及阀类的攻关,1970 年在山西大同首次全工作面装备了 TZ-140 型垛式液压支架。至 70 年代中期,研制了 QY 型掩护支架和 ZY35 型支撑掩护支架。80 年代以来,开发了适用于坚硬顶板的大吨位 TZ-720 型支架,分层开采自动铺联网支架、放顶煤液压支架及大流量安全阀和操纵阀等。到目前为止,适于我国高产高效的国产液压支架有 20 余种架型,其中用于缓倾斜中厚煤层和缓倾斜厚煤层的各占一半。适用于缓倾斜厚煤层高产高效的液压支架分为机械化铺联网支架、一次采全高支架和放顶煤支架三大类。近年来,我国采煤综合机械化的水平有所提高,随着综合机械化采煤技术的不断发展和新型大功率采煤机、工作面输送机的出现,要求支架与之相配套,但若支架的控制系统不作相应的改进,是满足不了这一要求的。到目前为止,我国国产液压支架的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式,虽然具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点,但它存在严重缺点:工人劳动条件差,安全性差;移架速度慢,影响采煤机效率的发挥;通风条件差,支架故障率高;支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关系。液压支架实现自动控制后,就可有效地克服2上述缺点,实现对支架的电液控制,而且有多种控制方式可供选择,人员可在较安全的地方集中对整个工作面的支架进行远程控制或程序控制。现在国外的普通综采工作面液压支架已实现了微机红外线电液自动控制,可成组、成排地向前移架,额定供液压力达到 40MPa,流量 300L/min4150 L/min,供液管径 100mm120mm,移架速度超过了 10 组/min。而国产液压支架还是中低压小管径供液,人工手动操作。现场实际统计,前移一组支架大约需 1 min。最大的支架供液压力不超过 32Mpa,供液管径 25mm30mm,流量在 150L/min200L/min。二柱掩护式液压支架的工作阻力 780 t,架宽 1.5m,采用 PM4 型红外线电液控制系统,由采煤机微电脑远距离控制,支架立柱直径超过 400mm,移架速度 10 组/min。第二节 国内外液压支架的差异1液压支架制造技术水平落后, 在支架材料、加工工艺、性能和使用寿命等方面与世界先进国家相比还有很大差距。(1)德国支架结构件材料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件的部分材料用高强度钢板。(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,国外一直使用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5年,我国只有2年左右。(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要求是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国支架的工艺技术水平尚未达到1979年引进的100套支架的技术水平,可想落后人家远不止30年。2液压支架控制系统的研究处于落后状况,严重制约了支架移架速度的提高和综采经济效益发挥西方主要产煤大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年代采用手动直控操作系统;20世纪70年代初即开始重视液压支架液3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每架的成绩。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时期。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。第三节 液压支架的发展趋势随着科学技术的高速发展,新技术、新方法、新材料的不断应用,微机和计算机技术进一步普及,为液压支架的发展提供了有利的条件。目前,液压支架正向以下几个方面发展:(1)液压支架的结构形式正朝着简单实用方向发展,如液压支架的架型明显地向两柱掩护式支架和四柱支撑式掩护式支架发展。(2)在已有支架设计与应用经验的基础上,将有限元和计算机辅助设计相结合,研究支架的智能化设计方法、结构与参数的优化,进一步提高支架的科学性、可靠性以及结构的优化性。其中在设计中应注意以下几个方面: 提高液压支架的设计强度,加大支架的工作阻力,加大支架的设计强度系数,还有选材等方面; 如何提高支架的移架速度; 改进支架个别部件结构,加大联结件强度。(3)改进制造工艺,保证制造质量;对支架的阀类,从材料、热处理、加工条件和密封件入手,制定更严格的质量
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