zz4000型支撑掩护式液压支架设计【毕业论文+CAD图纸通过答辩】
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购买后包含有 纸和论文 ,咨询 1 摘 要 液压支架 是我们煤炭生产中一个重要的组成部件，它起 着 支护顶板，防止冒顶，维持工人 一 定的工作空间，保证安全和各项作业的正常运行。一个循环包括，降柱 、 移架 、 升柱 、 推 溜四个动作。液压支架由顶梁，底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成。目前液压支架的分类有三类型，即支撑式液压支架、掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架。 液压支架以高压液压作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备。这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯含量较大中厚或厚煤层中 ，液压支 架的选型，其根本目的是使综采设备适应矿井和工作面的条件，投产后能做到高产、高效、安全、并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井煤层、地质、技术和设备条件进行选择。本设计采用支撑掩护式液压支架。 关键字：液压支架、 支撑掩护式、煤炭生产 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 2 目 录 摘 要 . 1 目 录 . 2 1 前言 . 8 述 . 8 压支架的国内外发展趋势 . 8 究的目的和意义 . 9 2 支撑掩护式液压支架的设计 . 10 计的原始条件 . 10 撑掩护式液压支架的特征参数 . 10 架 . 10 柱 . 10 梁千斤顶 . 10 移千斤顶 . 10 推千斤顶 . 10 撑掩护式液压支架的结构特点 . 11 撑掩护式液压支架的液压系统 . 11 支撑掩护式液压支架的配套尺寸设备 . 11 3 液压支架的总体设计 . 12 压支架的特点 . 12 压支架基本参数确定 . 15 煤高度 确定 . 15 架的伸缩比 . 16 架间距 . 16 论支护强度 . 16 压支架四连杆机构的确定 . 17 连杆机构的作用 . 17 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 3 连杆机构的几何特征 . 17 连杆机构尺寸的确定 . 19 压支架配套设备及有关参数的确定 . 25 煤机和运输机型号的确定 . 25 套图 . 25 梁的设计及期有关参数的确定 . 26 梁的作用 . 26 梁设计要求 . 26 梁结构型式的确定 . 26 梁主要尺寸的确定 . 28 梁要主参数的确定 . 28 座的结构选择及主要参数的确定 . 30 座的作用 . 30 座设要求： . 30 座的结构确定 . 30 座主要尺寸的确定 . 30 护梁的结构选择及主要参数确定 . 31 护梁的作用 . 31 护梁结构型式如下 :. 31 护梁主要尺寸的确定 . 31 柱的结构选择及主要参数的确定 . 31 柱的作用 . 31 柱结构形式的确定 . 32 柱主参数的确定 . 33 移装置的结构选择和主要参数的确定 . 34 移装置的作用 . 34 移装置的结构型式 . 34 移装置有关参数确定 . 34 护装置的 结构选择及主要参数的确定 . 36 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 4 护装置的作用 . 36 护装置结构形式的确定 . 36 护装置有参数确定 . 37 护板活动方式的确定 . 38 梁千斤顶的选择及有关参数的确定 . 38 梁千斤顶行程的确定 . 38 体内径和活塞直径 . 39 梁千斤顶推拉力的确定 6 . 39 4 支架受力分析计算 . 40 压支架的支护性能与外载荷 . 40 掩式支架的受力分析 . 41 梁合力 . 41 后连杆力 F. 44 座合力大小及其作 用点位置 . 46 梁载荷分布 . 46 护强度计算 . 48 座平均接触比压 . 48 护效率 . 51 架受力计算 . 51 始数据 . 51 同支护高度时，各参数的计算 . 52 架受力影响因素分析 . 56 架支护高度对于受力的影响 . 56 擦系统对支架受力的影响。 . 56 梁千斤顶的推拉力对支架的受力影响。 . 57 心位置角对支架受力影响 . 57 5 立柱强度较核 . 58 柱强度的验算 . 58 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 5 缸稳定性计算 . 58 筒壁厚和外径计算与缸体的强度验算 . 59 向等筒壁厚和外径计算与缸体强度计算 . 59 缸的稳定性计算 . 59 塞稳定性计算 . 61 塞杆的强度验算 . 62 柱的稳定性极限力 . 64 参考文献 . 65 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 6 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 7 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 8 1 前言 述 液压支架是综采设备的重要组成 。 它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。 液压支架 座、顶梁、掩护梁、 前后连杆及挡矸板等组成的一个由钢板焊接成箱体的整体结构。液压支架分类及其作用 分类： 有支撑式，掩护式，支撑掩护式，放顶煤式，其作用是用于煤矿井下工作面开采支护顶板 。 压支架的 国内外 发展 趋势 液压支架的发展从 20 世纪 50 年代开始。 1954 年，英国研制出剁式支架。从此，开创了煤炭工业的新时代。 1958 年法国试验成功了节式支架。 五十年代末，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，并与 1961 年在阿乐斯 掩护式支架。比起剁式和 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。 进入 70 和 80 年代，液压支架又有了新的发展。顶梁不仅实现了 “立即前移支护 ”，而且整个支架安装了电液控制系统实现微机控制与操作。 1981 年杜赛尔多夫采矿展览会上，展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架，并研制出采高为 6m 的大采高支架及放顶煤支架；对于坚硬岩层设计了强力液压支架等。 1959 年 10 月，原北京矿业学院设计了三种液压支架。 1961 年设计了 “本溪 - 型 ”支架，并制造出样机进行井下试验。1965 年北京煤炭科学院和郑州煤矿机械厂协作制造出仿英支架。 1973 年，北京煤矿机械机械厂生产出第一套 式支架，在阳泉矿务局使用。它是发展我国液压支架的起点。从 70 年代至今，光煤炭科学研究总院北京开采所共研制出 30 余种不同结构型式的 液压支购买后包含有 纸和论文 ,咨询 9 架。架型包括：支撑式、掩护式和支撑掩护式，还有特殊采煤工艺用液压支架，如放顶煤支架，水砂填充支架及端头支架等。 总之，我国液压支架是从 50 年代末开始着手研制，经历可研制试验、引进、仿制和改进创新等阶段，直到现在的独立设计阶段。目前，除液压支架电液控制和支架计算机辅助设计与绘图方面落后于国外，其他方面均以达到国外同期水平。 究的目的和意义 采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭日益增长的需求，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作 面（简称综采工作面）。而每个综采工作面平均需要安装 150 台液压支架，可见对液压支架的需求量是很大的。 由于不同采煤工作面的顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层的物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸液压支架。因此，液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量也是大的，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 10 2 支撑掩护式液压支架的 设计 计的原始条件 本设计液压支架适用煤层度 3 到 接 顶为 2 类（中等稳定顶板）；老顶级别为 级（老顶周期来压 为 强烈） 撑掩护式液压支架的特征 参数 架 本设计液压支架的支护高度最低 高 护宽度 850作阻力 4000支护面积 支护强度 底座面积 底 座比压 柱 本设计立柱采用单伸缩双作用活塞式带机械加长杆的形式，立柱缸径 180170柱行程 1200加长杆长度为 750五档，每档 150撑力 工作阻 力 梁千斤顶 前梁千斤顶缸径 180径 70程 140撑力 作阻力 移千斤顶 推移千斤顶缸径 125程 700溜力 架力 推千斤顶 侧推千斤顶缸径 63力 力 程 170 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 11 撑掩护式 液压支架的结构特 点 该支架采用刚性能主梁加铰接前梁的分段组合式结构的顶梁；掩护梁采用直线型整体式箱形结构；底座采用整体式 框架 结构，以减小底座比压；立柱分前后两排布置，均 向前倾斜，后排立柱倾角小于前排，有利于提高切顶性能；推移装置采用浮动活塞式，使移架力大于推溜力。 撑掩护式 液压支架的液压系统 该支架液压系统包括立柱系统和千斤 顶系统，操纵阀系统，千斤顶系统又包括推移千斤顶、 侧推千斤顶 、挑梁千斤顶系统。所有系统用同一泵站供液。本支架选用 35位三通手动换向阀控制。 支撑掩护 式 液压支架的配套尺 寸 设备 运输机 ： 采煤机： 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 12 3 液压支架的总体设计 压支架的 特点 1)液压支架的组成 液压支架要由顶梁、底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成、 2) 液压支架架型的分类 按照液压支架与围 岩相互作用的关系，目前使用的液压支架分为三类，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式支架。 支撑式支架的架型有垛式支架和节式支架两种型式。 如图 2-1 掩护式支架有插腿式和非插腿式两种型式 。如图 2 示 支撑掩护式支架架型主要用：四柱支在顶梁上（如图 2b 所示）；二柱支在顶梁（如图 2c 所示）一 柱 或二柱支在掩护梁上。 a b 图 2 a 垛式 b 节式 b b购买后包含有 纸和论文 ,咨询 13 a b c 图 2 2 a 插腿式支架； b 立柱支在掩护梁上非插腿式支架 on c 立柱支在顶梁上非插腿式支架 on a b c 图 2 3 a 四柱平行支在顶梁上支架 b 四柱交叉支 在顶梁两柱在掩护梁上支架 c 两柱在顶梁两柱支在掩护梁上支架 3)各类液压支架的特点 a 支撑式支架 前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱的复位装置来保证。因此底座坚固定，它靠支柱和顶梁的支撑作用控制工作面的顶板，维护工作空间。顶板岩三石则在顶梁后部切断 垮落。 这类支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板紧硬完整，周期压购买后包含有 纸和论文 ,咨询 14 明显或强烈，底板较硬的煤层。 b 掩护式支架 顶梁较短，对顶板的作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动的能力强；防护性能好调高范围大，对煤层厚度变化适应性强 ；但整架工作阻力小，通风阻力大，工作空间小。 这类支架适用于直接顶不稳定或中等稳定的煤层。 c 支撑掩护式支架 支柱两排，每排 1，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩 护梁和四连杆机构。它的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，但结构复杂，重量大，价贵，不便于运输。这类支架适用于直接顶 为 中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储量较大的中厚或厚煤层中。 表 2应不同类级顶板的架型和支护强度 老顶级别 直接顶类别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 架 型 掩护式 掩护式 支撑式 掩护式 掩护式或支撑掩护式 支撑式 支撑掩护式 支撑掩护式 支撑或支撑掩护式 支撑或支撑掩护式 采高 用支撑式 采高 用支撑掩护式 支 护 强 度 2/m 1 294 94 294 2 294 应结合深孔 爆破，软化 顶板等措施 2 343（ 245） 43(245) 343 2 343 3 441(343) 41(343) 441 2 441 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 15 of ： 1）表中括号内数字系统掩护式支架顶梁上的支护强度。 2） 2为增压系数。 3）表中采高为最大采高。 压支架基本参数确定 煤高度确定 支架高度确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条 件的变化等因素来确定，其最大与最小高度为： 1 大大 ( (2 (2式中： 大32002150度， 度， 1有可靠支撑力所需要的支撑高度，一般采取 20030070 采煤最大高度： 由式 2 1可得 1 大h=2930 般取 100 200 50 4 539(441) 39(441) 539 2 539 处理采空区 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 16 a 移架时支架的最小可缩量，一般取 50 浮矸石、 浮 煤厚度，一般取 50 由式 2 2可得 1 小h=2310 架的伸缩比 支架的伸缩比是指其最大与最小高度之比。 1 即： m=大H/小H(2m=3200/2150= 支架间距 支架间距是相邻两支架中心之间的距离。 目前，支架间距 B 主要根据刮板输送机溜槽每节长度及槽帮上 千斤顶连接连接的位置确定。目前是，我国刮板运输机溜槽每节长度为 ，千斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以，支架间距一般为 ，本设计取 B=1500 论 支 护强度 本设计中支撑掩护式支架的名义支护强度 1 121121 )( hh (2支架名义支护强度 , KN/q 采高 1h 所对应的支护强度，见表 2 1 2q 采高 2h 所对应的支护强度，见表 2 1 1h 对应 1q 的采高，见表 2 1 2h 对应 2q 的采高，见表 2 1 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 17 支架的结构高度，在2h，1 对应最大结构高度 1h=3m 1q=h=4m 2q=各数据代入式（ 2 4）得采高最大时支架名义支护强度 1 (4 =压支架四连杆机构的确定 连杆机构的作用 四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要的部件之一，其作用概括起来 主要有两个：一是支架由高到低变化时，借助四连杆机构的顶梁前端的运动轨迹呈近似双纽线，从而提高了管理顶板的性能；二是使支架能承受较大的水平力。 连杆机构的几何特征 1)支架高度在最大和最小范围内变化时，如图 2 4 所示，顶梁端点 运动轨 迹的最大宽度 0好在 30下。 2)最高位置和最低位置时 ,顶梁与掩护梁的夹角 P 后连杆 与底平面的夹角 Q， 如图2示 ,应满足如下要求 : 支架在最高位置时 ,P=520 620,Q=750 850;支架在最底位置时 ,为有利矸石下滑 ,防止矸石停留在掩护梁上 ,根据 物理学摩擦理论可知 ,要求 W,如果纲和矸石 的摩擦系数 W= P= 角主要考虑后连杆底部距底板要有一顶距离 ,防止支架后部冒落岩 石卡住 后连杆，使支架不能下降，一般去 Q=250 300，在特殊情 况下需要角度较小时，可提高后 连杆下绞点的高度。 3)从图 2知，掩护梁与顶梁绞点 e 和瞬时中心 O 之间的连线 与水平的夹角 Q。设计时，要使 Q 角满足 范围，其原因是 角直接影响支架承受附加力的数值 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 18 图 2 四连杆机构几何特征 2 )顶梁前端点运动轨迹双钮线向前凸的 一段为支架最佳工作段，如图 2示的 原因是顶板来 压时， 立柱让下缩，使顶梁有向前移的趋势，可防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁 上的摩擦力指向采空区。同时底板阻止底座向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势， 从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且使底座前端比压减少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减少， 所以减轻了掩护梁外负载。 从 以上分析得知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量使 e 值减少。当已知掩护 梁和后连杆的长度后，在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，如图 2示（实际上液压支架四连杆机 构属双摇杆机构） 图 2护梁和后连杆构成曲柄滑块机构 2-5 买后包含有 纸和论文 ,咨询 19 连杆机构尺寸的确定 a)掩护梁和后连杆长度的确定 用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度。 图 2掩护梁和后连杆计算图 2-6 2： 点垂直线到后连杆下铰点之距，（ 度（ A 后连杆长度（ 支架最大计算高度，由下式求得 1 大 220 160=3200 220 160=2820（ 其中： 220（ 后连杆下铰点与底平面之距； 160（ 掩护梁上铰点与顶梁上平面之距 了 2H 支架最小计算高度。由下式求得 1 2H = 小H 160=2150 220 160=1770（ 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 20 支架最高与最低下位置时，掩护梁与顶梁夹角 (度 ) 2 支架最高与最低位置时，后连杆与底平面夹角（度） 从几何关系可以列出如下两式： 1 (2 5) (2 6) 将以上两式联立可得： 2 1212 c o sc o s c o sc o s QQ （ 2 7） 对于支撑掩护式支支架， A/G 值应满足如下范围： A/G=架在最高位置时有： 2 111 s （ 2 8） 因此掩护梁长度为： 2 111 s (s G （ 2 9） 后连杆长度为： 2 A=G(A/G) (210) 按四连杆机构的几何 特征所要求的角度支撑掩护式支架要求的 A/G 值的范围，选取两组据，由式（ 2 7） ,(2 9),(2 10)可求出 A,G 具体结果见 表 2 2 b)四连杆机构其它各部分尺寸的确定 用几何作图法来确定四连杆机构其它各部分尺寸。如图 2 7 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 21 具体作图步骤如下： 1)点的位置，使它比底座面略高 200 250类比同类型支架确定） 2)点作与底座面平行的水平线 H H 线。 3). 过 H 线的夹角为 4). 在此斜线截取线段 度等于 A,a 点为支架在最高位置时后连杆与掩护梁的铰点。 5). 过 a 点作与 H H 线 有交角 a 点 为圆心，以 G 点为半径作弧 交些斜线一点 e 此点为掩护梁与顶梁的铰点。 6). 过 e点作 H H 线的平行线，则 与 F F 线的距离为 液压支架的最高位置时的计算高度。 7） . 以 a 点为圆心，以 （ G 长度为半径作弧，在掩护梁上交一点 b,为前连杆上铰点的位置。 8） . 过 O 点作与 H 2 的斜线。 9） . 在此斜线上截取线段 . 的长度等于 A， a点为支架降到最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点。 10） . 过 a点作与 H H 线有交角 a点为圆心，以 G 为半径作弧交些斜线一点 e，此点为支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点。 11） . 以 a为圆心 以（ 掩护梁上交一点 b，为支架在最低位置时前连杆上铰点的位置。 12） . 取 线之间一点 e为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁铰点。 13） . 以 半径圆弧。 14） . 以 e点为圆心，掩护梁长 为半径 作弧，交前圆弧上一点 点为液压支架降到中间某一位置时，掩护梁与后连杆的铰点。 15） .以 连线，并以 为半径作弧，交 上一点 则b， b三点为液压支架在三个位置时 ，前连杆上铰点。 16） .由 b， b三点确定的圆心 C，为前连杆下铰点位置。 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 22 17） 点 H H 线作垂线，交点 d，则线段 和 液压支架四连杆机构。 18） 用几何作图法画出液压支架掩护梁与顶梁铰点 要逐步变化四连杆机构的几何尺寸，便可以画出不同的曲线，再按四连杆机构的几何特征进行校核，最终选出较优 的四连杆机构尺寸。 图 2 7液压支架四连杆机构的几何作图法 2-7 按以上作图 步骤，作出三 组不同的连杆机构几何分析图分别求出相关的参数和尺寸。 图 2连杆机构 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 支撑掩护式液压支架设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 液压支架是我们煤炭生产中一个重要的组成部件，它起着支护顶板，防止冒顶，维持工人一定的工作空间，保证安全和各项作业的正常运行。一个循环包括，降柱、移架、升柱、推溜四个动作。液压支架由顶梁，底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部 分组成。目前液压支架的分类有三类型，即支撑式液压支架、掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架。液压支架以高压液压作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备。这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯含量较大中厚或厚煤层中，液压支架的选型，其根本目的是使综采设备适应矿井和工作面的条件，投产后能做到高产、高效、安全、并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井煤层、地质、技术和设备条件进行选择。本设计采用支撑掩护式液压支架。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 根据提供的毕业设计资料理解设计要求，查阅相关资料。 确定 液压支架 的参数及设计方案。 液压支架 的总装图的绘制（含技术要求、明细表）。 液压支架 的主要零件图绘制。 论文的编写 。 四、接受任务学生： 班 姓名 五、开始及完成日期： 自 2014 年 11 月 12 日 至 2015 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室主任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2014 年 11 月 12日 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 1 摘 要 液压支架 是我们煤炭生产中一个重要的组成部件，它起 着 支护顶板，防止冒顶，维持工人 一 定的工作空间，保证安全和各项作业的正常运行。一个循环包括，降柱 、 移架 、 升柱 、 推 溜四个动作。液压支架由顶梁，底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成。目前液压支架的分类有三类型，即支撑式液压支架、掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架。 液压支架以高压液压作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备。这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯含量较大中厚或厚煤层中 ，液压支 架的选型，其根本目的是使综采设备适应矿井和工作面的条件，投产后能做到高产、高效、安全、并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井煤层、地质、技术和设备条件进行选择。本设计采用支撑掩护式液压支架。 关键字：液压支架、 支撑掩护式、煤炭生产 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 2 目 录 摘 要 . 1 目 录 . 2 1 前言 . 6 述 . 6 压支架的国内外发展趋势 . 6 究的目的和意义 . 7 2 支撑掩护式液压支架的设计 . 8 计的原始条件 . 8 撑掩护式液压支架的特征参数 . 8 架 . 8 柱 . 8 梁千斤顶 . 8 移千斤顶 . 8 推千斤顶 . 8 撑掩护式液压支架的结构特点 . 9 撑掩护式液压支架的液压系统 . 9 支撑掩护式液压支架的配套尺寸设备 . 9 3 液压支架的总体设计 . 10 压支架的特点 . 10 压支架基本参数确定 . 13 煤高度 确定 . 13 架的伸缩比 . 14 架间距 . 14 论支护强度 . 14 压支架四连杆机构的确定 . 15 连杆机构的作用 . 15 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 3 连杆机构的几何特征 . 15 连杆机构尺寸的确定 . 17 压支架配套设备及有关参数的确定 . 23 煤机和运输机型号的确定 . 23 套图 . 23 梁的设计及期有关参数的确定 . 24 梁的作用 . 24 梁设计要求 . 24 梁结构型式的确定 . 24 梁主要尺寸的确定 . 25 梁要主参数的确定 . 26 座的结构选择及主要参数的确定 . 27 座的作用 . 27 座设要求： . 27 座的结构确定 . 28 座主要尺寸的确定 . 28 护梁的结构选择及主要参数确定 . 28 护梁的作用 . 28 护梁结构型式如下 :. 28 护梁主要尺寸的确定 . 28 柱的结构选择及主要参数的确定 . 29 柱的作用 . 29 柱结构形式的确定 . 29 柱主参数的确定 . 30 移装置的结构选择和主要参数的确定 . 31 移装置的作用 . 31 移装置的结构型式 . 31 移装置有关参数确定 . 32 护装置的 结构选择及主要参数的确定 . 33 护装置的作用 . 33 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 4 护装置结构形式的确定 . 33 护装置有参数确定 . 34 护板活动方式的确定 . 36 梁千斤顶的选择及有关参数的确定 . 36 梁千斤顶行程的确定 . 36 体内径和活塞直径 . 36 梁千斤顶推拉力的确定 6 . 36 4 支架受力分析计算 . 37 压支架的支护性能与外载荷 . 37 掩式支架的受力分析 . 38 梁合力 . 38 后连杆力 F. 41 座合力大小及其作 用点位置 . 43 梁载荷分布 . 43 护强度计算 . 45 座平均接触比压 . 45 护效率 . 48 架受力计算 . 48 始数据 . 48 同支护高度时，各参数的计算 . 49 架受力影响因素分析 . 53 架支护高度对于受力的影响 . 53 擦系统对支架受力的影响。 . 53 梁千斤顶的推拉力对支架的受力影响。 . 54 心位置角对支架受力影响 . 54 5 立柱强度较核 . 55 柱强度的验算 . 55 缸稳定性计算 . 55 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 5 筒壁厚和外径计算与缸体的强度验算 . 56 向等筒壁厚和外径计算与缸体强度计算 . 56 缸的稳定性计算 . 56 塞稳定性计算 . 58 塞杆的强度验算 . 59 柱的稳定性极限力 . 61 参考文献 . 62 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 6 1 前言 述 液压支架是综采设备的重要组成 。 它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。 液压支架 座、顶梁、掩护梁、前后连杆及挡矸 板等组成的一个由钢板焊接成箱体的整体结构。液压支架分类及其作用 分类： 有支撑式，掩护式，支撑掩护式，放顶煤式，其作用是用于煤矿井下工作面开采支护顶板 。 压支架的 国内外 发展 趋势 液压支架的发展从 20 世纪 50 年代开始。 1954 年，英国研制出剁式支架。从此，开创了煤炭工业的新时代。 1958 年法国试验成功了节式支架。 五十年代末，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，并与 1961 年在阿乐斯 掩护式支架。比起剁式和节式支架，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。 进入 70 和 80 年代，液压支架又有了新的发展。顶梁不仅实现了 “立即前移支护 ”，而且整个支架安装了电液控制系统实现微机控制与操作。 1981 年杜赛尔多夫采 矿展览会上，展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架，并研制出采高为 6m 的大采高支架及放顶煤支架；对于坚硬岩层设计了强力液压支架等。 1959 年 10 月，原北京矿业学院设计了三种液压支架。 1961 年设计了 “本溪 - 型 ”支架，并制造出样机进行井下试验。1965 年北京煤炭科学院和郑州煤矿机械厂协作制造出仿英支架。 1973 年，北京煤矿机械机械厂生产出第一套 式支架，在阳泉矿务局使用。它是发展我国液压支架的起点。从 70 年代至今，光煤炭科学研究总院北京开采所共研制出 30 余种不同结构型式的液压支架。架型 包括：支撑式、掩护式和支撑掩护式，还有特殊采煤工艺用液压支架，如放顶煤中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 7 支架，水砂填充支架及端头支架等。 总之，我国液压支架是从 50 年代末开始着手研制，经历可研制试验、引进、仿制和改进创新等阶段，直到现在的独立设计阶段。目前，除液压支架电液控制和支架计算机辅助设计与绘图方面落后于国外，其他方面均以达到国外同期水平。 究的目的和意义 采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭日益增长的需求，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面（简称综采工 作面）。而每个综采工作面平均需要安装 150 台液压支架，可见对液压支架的需求量是很大的。 由于不同采煤工作面的顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层的物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸液压支架。因此，液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量也是大的，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 8 2 支撑掩护式液压支架的 设计 计的原始条件 本设计液压支架适用煤层度 3 到 接顶为 2 类（中等 稳定顶板）；老顶级别为 级（老顶周期来压 为 强烈） 撑掩护式液压支架的特征 参数 架 本设计液压支架的支护高度最低 高 护宽度 850作阻力 4000支护面积 支护强度 底座面积 底 座比压 柱 本设计立柱采用单伸缩双作用活塞式带机械加长杆的形式，立柱缸径 180170柱行程 1200加长杆长度为 750五档，每档 150撑力 工作阻 力 梁千斤顶 前梁千斤顶缸径 180径 70程 140撑力 作阻力 移千斤顶 推移千斤顶缸径 125程 700溜力 架力 推千斤顶 侧推千斤顶缸径 63力 力 程 170 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 9 撑掩护式 液压支架的结构特点 该支架采用 刚性能主梁加铰接前梁的分段组合式结构的顶梁；掩护梁采用直线型整体式箱形结构；底座采用整体式 框架 结构，以减小底座比压；立柱分前后两排布置，均 向前倾斜，后排立柱倾角小于前排，有利于提高切顶性能；推移装置采用浮动活塞式，使移架力大于推溜力。 撑掩护式 液压支架的液压系统 该支架液压系统包括立柱系统和千斤 顶系统，操纵阀系统，千斤顶系统又包括推移千斤顶、 侧推千斤顶 、挑梁千斤顶系统。所有系统用同一泵站供液。本支架选用 35位三通手动换向阀控制。 支撑掩护式 液压支架的配 套尺 寸 设备 运输机 ： 采煤机： 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 10 3 液压支架的总体设计 压支架的 特点 1)液压支架的组成 液压支架要由顶梁、底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成、 2) 液压支架架型的分类 按照液压支架与围 岩相互作用的关系，目前使用的液压支架分为三类，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式支架。 支撑式支架的架型有垛式支架和节式支架两种型式。 如图 2-1 掩护式支架有插腿式和非插腿式两种型式 。如图 2示 式支架 支撑掩护式支架架型主要用：四柱支在顶梁上（如图 2b 所示）；二柱支在顶梁（如图 2c 所示）一 柱 或二柱支在掩护梁上。 a b 图 2 a 垛式 b 节式 b b中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 11 a b c 图 2 2 a 插腿式支架； b 立柱支在掩护梁上非插腿式支架 on c 立柱支在顶梁上非插腿式支架 on a b c 图 2 3 a 四柱平行支在顶梁上支架 b 四柱交叉支在顶梁两柱在掩 护梁上支架 c 两柱在顶梁两柱支在掩护梁上支架 3)各类液压支架的特点 a 支撑式支架 前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱的复位装置来保证。因此底座坚固定，它靠支柱和顶梁的支撑作用控制工作面的顶板，维护工作空间。顶板岩三石则在顶梁后部切断 垮落。 这类支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板紧硬完整，周期压中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 12 明显或强烈，底板较硬的煤层。 b 掩护式支架 顶梁较短，对顶板的作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动的能力强；防护性能好调高范围大，对煤层厚度变化适应性强；但整架工作阻 力小，通风阻力大，工作空间小。 这类支架适用于直接顶不稳定或中等稳定的煤层。 c 支撑掩护式支架 支柱两排，每排 1，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩 护梁和四连杆机构。它的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，但结构复杂，重量大，价贵，不便于运输。这类支架适用于直接顶 为 中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储量较大的中厚或厚煤层中。 表 2应不同类级顶板的架型和支护强度 老顶级别 直接顶类别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 架 型 掩护式 掩护式 支撑式 掩护式 掩护式或支撑掩护式 支撑式 支撑掩护式 支撑掩护式 支撑或支撑掩护式 支撑或支撑掩护式 采高 用支撑式 采高 用支撑掩护式 支 护 强 度 2/m 1 294 94 294 2 294 应结合深孔 爆破，软化 顶板等措施 2 343（ 245） 43(245) 343 2 343 3 441(343) 41(343) 441 2 441 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 13 of ： 1）表中括号内数字系统掩护式支架顶梁上的支护强度。 2） 2为增压系数。 3）表中采高为最大采高。 压支架基本参数确定 煤高度确定 支架高度确定 原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条 件的变化等因素来确定，其最大与最小高度为： 1 大大 ( (2 (2式中： 大32002150度， 度， 1有可靠支撑力所需要的支撑高度，一般采取 20030070 采煤最大高度： 由式 2 1可得 1 大h=2930 般取 100 200 50 a 移架时支架的最小可缩量，一般取 50 4 539(441) 39(441) 539 2 539 处理采空区 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 14 浮矸石、 浮 煤厚度，一般取 50 由式 2 2可得 1 小h=2310 架的伸缩比 支架的伸缩比是指其最大与最小高度之比。 1 即： m=大H/小H(2m=3200/2150= 支架间距 支架间距是相邻两支架中心之间的距离。 目前，支架间距 B 主要根据刮板输送机溜槽每节长度及槽帮上 千斤顶连接连接的位置确定。目前是，我国刮板运输机溜槽每节长度为 ，千斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以，支架间距一般为 ，本设计取 B=1500 论 支 护强度 本设计中支撑 掩护式支架的名义支护强度 1 121121 )( hh (2支架名义支护强度 , KN/q 采高 1h 所对应的支护强度，见表 2 1 2q 采高 2h 所对应的支护强度，见表 2 1 1h 对应 1q 的采高，见表 2 1 2h 对应 2q 的采高，见表 2 1 支架的结构高度，在 2h ， 1h 之间。 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 15 对应最大结构高度 1h=3m 1q=h=4m 2q=各数据代入式（ 2 4）得采高最大时支架名义支护强度 1 (4 =压支架四连杆机构的确定 连杆机构的作用 四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要的部件之一，其作用概括起来 主要有两个：一是支架由高到低变化时，借助四连杆机构的顶梁前端的运动轨迹呈近似双纽线，从而提高了管理顶板的性能；二是使支架能承受较大的水平力。 连杆机构的几何特征 1)支架高度在最大和最小范围内变化时，如图 2 4 所示，顶梁端点运动轨 迹的最大 宽度 0好在 30下。 2)最高位置和最低位置时 ,顶梁与掩护梁的夹角 P 后连杆 与底平面的夹角 Q， 如图2示 ,应满足如下要求 : 支架在最高位置时 ,P=520 620,Q=750 850;支架在最底位置时 ,为有利矸石下滑 ,防止矸石停留在掩护梁上 ,根据 物理学摩擦理论可知 ,要求 W,如果纲和矸石 的摩擦系数 W= P= 角主要考虑后连杆底部距底板要有一顶距离 ,防止支架后部冒落岩 石卡住 后连杆，使支架不能下降，一般去 Q=250 300，在特殊情况下需要角度较 小时，可提高后 连杆下绞点的高度。 3)从图 2知，掩护梁与顶梁绞点 e 和瞬时中心 O 之间的连线 与水平的夹角 Q。设计时，要使 Q 角满足 范围，其原因是 角直接影响支架承受附加力的数值 中国矿业大学 2011 届毕业设计 （论文） 16 图 2 四连杆机构几何特征 2 )顶梁前端点运动轨迹双钮线向前凸的 一段为支架最佳工作段，如图 2示的 原因是顶板来压时， 立柱让下 缩，使顶梁有向前移的趋势，可防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁 上的摩擦力指向采空区。同时底板阻止底座向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势， 从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且使底座前端比压减少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减少， 所以减轻了掩护梁外负载。 从 以上分析得知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量使 e 值减少。当已知掩护 梁和后连杆的长度后，在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，如图 2示（实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构 ） 图 2护梁和后
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