液压支架毕业设计-悬浮式液压支柱

液压支架 毕业设计 第 1 页 1 绪论 我国煤炭储量十分丰富， 1979 年世界能源会议估计我国煤炭资源为 15000亿吨，其中煤层厚度大于 的厚煤层占 40%左右。从采煤工艺看，我国 1972年开始装备综合机械化采煤，至 1990 年已经达到 当时对厚度在 5米的煤层多采用一次采全高工艺，特别是大采高支架，平均单产可超过 3 万吨，最高超过 6 万吨，最高月产 142211 吨。然而，对于厚度大于 5 米的特厚煤层的开采，存在着产量低、效率低、劳动强度大、安全差等问题，尽管分层开采技术较为成熟，但其成本高、工序多，影响效率。 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。综合机械化采煤不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻繁重的体力劳动，改善工人的作业环境，保护工人的生命安全，是煤炭工业技术的发展方向。我国综采技术日趋成熟，不但生产水平，而且工艺水平已进入世界先进行列。 液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之一，其重量约 为 综采设备总重量的 80%其费用约占综采设备总费用的60%因此，为了降低成本，提高采煤的经济效益，世界各产煤大国都一直在积极地开展液压支架的研究。 依靠科技进步，建 设高产高效矿井，实现煤矿生产的机械化、自动化和安全高效，是煤炭工业发展的根本出路。改革开放以来，我国煤炭科学技术取得了突飞猛进的发展，开采工艺及装备水平不断提高，机械化程度逐年上升，安全生产状况显著改善，高产高效记录不断刷新。一大批创新科研成果不断涌现并推广应用，使我国煤矿开采技术跻身世界先进行列。 护设备的发展历史 煤矿支护设备是保证回采工作面正常生产和安全生产的重要设备之一，也是煤矿工作面使用规模最大、耗费资金最多的煤机产品。目前世界各国使用的煤矿支护设备主要是回采工作面单体支柱和回采工作面液压 支架。 回采工作面使用的支护设备有金属摩擦支柱、单体液压支柱和自移式液压支架。它们与采煤机和工作面输送机分别组成“普采”、“高档普采”和“综采”设备。 体支柱的发展历史 我国所使用的单体支柱主要有： 1、木支柱 2、金属摩擦支柱 3、 单体液压支柱 液压支架 毕业设计 第 2 页 4、 浮式液压支柱 20 世纪 50 年代出现了木支柱，它是一种古老而又简陋的支护材料，没有初撑力，也没有恒增阻降距，支撑力也无法保证，而且也浪费了大量的木材。 20 世纪 60 年代出现了单体金属摩擦支柱，与木支柱相比可节省大量木材，而且也可复用。但是 它不能保证恒增阻降距，支撑力受温度、湿度及操作工人的人为等不可控制的因素很多，顶板随时都有发生冒顶伤亡事故的可能。 20 世纪 80 年代出现了 单体液压支柱，与前两种单体支柱相比可保证恒增阻降距，支撑力也能得到控制，但是由于这种支柱存在内泄露，因此存在严重的安全隐患。 在 20 世纪 90 年代末，中国矿业大学矿山机械研究所所长李炳文教授成功研制了 悬浮式单体液压支柱。该项产品凝聚了李教授十余年的心血。通过各项指标测试和现场应用证明， 悬浮式单体液压支柱具有显著的优点，能够切实地保证矿工的生命安全， 它必将取代以上三种单体支柱。 压支 架的发展历史 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。它主要由安装在矩形整体底座上的立柱和顶梁组成。几个月后，英国奥尔蒙德煤矿的低主煤层的整个工作面都装备了这种支架。这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。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。这种支架顶梁很短，仅 与掩护梁铰接，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。 为了保持顶梁端点相对于煤壁作近似的直线运动，在 掩护式支架的基础上作了许多改进： 1、 利用支架滑架，即把支撑掩护梁的支座利用千斤顶沿滑架向前移动一个位置，以补偿由于立柱升高时端面距加 大的差值。 2、 利用伸缩顶梁，即当立柱升高时，在顶梁里利用千斤顶将顶梁伸出，以保持端面距基本不变。 液压支架 毕业设计 第 3 页 3、 将四连杆机构 应用于 支架结构设计之中，研制出具有四连杆机构的液压支架，不仅从根本上解决了端面距变动大和支架不能承受水平力的问题，而且开辟了液压支架设计的新时代。 4、 1964 年，英国国家煤炭局实施的液压支架试验规范； 1965 年 ， 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 “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。 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。 国液压支架的发展 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。 1967 年，太原煤炭研究所首次研究出四组迈步式支架，经修改后于 1972 年由郑州煤矿机械厂制造，并进行井下试验。 1970 年又为大同矿务局设计了 支 架，在此基础上研制出 支架，开发了、 、 和 型等液压支架。 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。此外，有关院校、研究所和制造厂合作，还研制出一批较有成效的液压支架，如 。这些液压支架由于受到多种因素的限制，虽然使用效果不佳，几乎全被淘汰，但为后来研制和开发更好的架型提供了宝贵的经验。 1974 年和 1979 年，我国先后从英国、原联邦德国、波 兰三国的五大公司进口了 48 套和 100 套综采设备。国外先进支架的引进，促进了国产液压支架设计和制造水平的明显提高。到 1983 年末，全国在籍的各类支架共 31990 架。其中，国产支架 64 套，其性能质量和使用效果都是早期支架所不能比拟的。从 70 年代至今，光煤炭科学研究总院北京开采所液压支架 毕业设计 第 4 页 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，如放顶煤支架，水砂填充支架及端头支架等。其中， 20 多种支架已通过鉴定，五种支架获奖。 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。 压支架的用途、分类和结构 压支架的用途 在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板支护。而液压支架是以高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。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。 压支架工作状态及布置 图 1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（ 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，提高采煤工作效液压支架 毕业设计 第 5 页 率。 图 1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 压支架的分类 液压支架分类的方式很多，主要可以按照支架与围岩的相互作用关系、立柱布置方式、使用 条件和结构特点等来分类。 液压支架 毕业设计 第 6 页 1、 按照支架与围岩的相互作用和立柱布置特点分类 如图 1示。 2、 按使用条件分类 表 1细表示了支架按使用条件分类情况。 液压支架 支撑式 掩护式 支撑掩护式 节式 （图 1 垛式（图 1 支掩式（图 1 支顶式（图 1 支顶支掩式（图 1 支顶式（图 1 支顶支掩式（图 1 液压支架 毕业设计 第 7 页 图 1压支架的分类 表 1使用条件分类表 分类标准 具体分为 使用高度 厚煤层一次采全高支架（ 中厚煤层支架（ h 薄煤层支架（ 使用倾角 缓倾斜工作面支架（ 25） 液压支架 毕业设计 第 8 页 倾斜工作面支架（ 25 45） 倾斜 工作面支架（ 45） 采煤工艺 放顶煤支架 机械铺（连）网支架 充填支架 使用地点 排头支架 端头支架 工作面支架 顺槽超前支架 3、按主要结构特点（表 1 表 1主要结构特点分类 分类标准 具体分为 分类标准 具体分为 调高机构 四连杆式 控制方式 本架控制 单铰点式 邻架控制 摆杆式 成组控制和顺槽 控制 配套方式 插腿式 组合方式 单架式 不插腿式 组合式 压支架结构型式及特点 根据用途和在采煤工作面的安装位置，液压支架分为 两大类，即端头支架和中间支架。 端头支架安装在采煤工作面两端与顺槽连接处。由于此处顶板悬露面积较大，综采设备较多，又是人员的安全出口，要求端头支架不仅能支护顶板，而且要与端面处的各种机械设备相适应。因此，端头支架具有特殊性。一般来说，它的顶梁较长，支护空间较大，具有较大的支撑力，并兼有支撑和锚固作用，其整体性和结构强度均较高。 液压支架 毕业设计 第 9 页 中间支架安装在除端头支架以外的采煤工作面的全部作业位置。其作业是确保采煤工作面人员与设备的安全，并实现顶板管理与支护以及采煤作业过程机械化。因此，一方面，要求中间支架工作可靠，使用方 便，易于制造和运输，在整个服务年限内使用费用的总和最低；另一方面，要求中间支架的结构即及布置方式采场围岩的运动规律，与其支护的工作面顶板压力相适应，兼有支撑和掩护作用既能支撑住采煤工作面下沉的顶板，又能防止矸石涌入工作面。液压支架的分类主要是对中间支架进行分类。 中间支架按其结构及与围岩相互作用方式可分为 :支撑式、掩护式和支撑掩护式三大类，如图 1两类又统称为掩护型液压支架。 1、 支撑式液压支架 ： 支撑式液压支架是利用立柱与顶梁直接支撑和控制采煤工作面顶板的，没有掩护梁。其顶梁较长，立柱较多，一般呈垂 直布置，联结着顶梁和底座，无法承受水平作用力，这是此种支架的最大弱点；靠立柱支撑顶梁来维持一定的工作空间；顶板岩石则在顶梁后部垮落。这类支架的特点是：具有较大的工作阻力和良好的切顶性能，通风面积大；采区防矸不严密；由于顶梁较长，对顶板重复支撑次数多；适用于老顶来压强烈的或直接顶稳定和坚硬的顶板。按其结构和工作方式的不同，支撑式液压支架又可分为垛式和节式两种。 2、 掩护式液压 ： 掩护式液压支架是利用立柱、顶梁、及掩护梁来支撑顶板和防止顶板岩石涌入工作面。其顶梁较短，立柱较少，一般呈倾斜布置，联结着顶梁和底座或掩 护梁和底座；掩护梁直接与冒落的矸石接触，靠其掩护作用来维持一定工作空间；顶板岩石则在掩护梁后部垮落。掩护式液压支架的特点是 :调高范围大，适应煤层厚度变化的能力强， 调高比一般可达 右，甚至超过了 3；支撑煤壁合力靠近煤壁，能较好的维护裸露的顶板；顶梁短，减少了反复支撑顶板的次数，有利于保持顶板的完整；架间密封较严，能有效的防止窜矸露矸；由于采用了四连杆机构，支架抗侧向能力大，稳定性好，立柱不承受水平作用力；立柱少，移架速度快；平衡千斤顶可以来调节顶梁的工作状态，提高支架对不同顶板的适应性，能适用倾角较大 的煤层；重量轻，长度小，便于运输和安装；造价低。较少了整套综采设备的投资。由于掩护式液压支架的这些优点，目前它已经成为世界各主要产煤大国研制和使用的重点架型。 液压支架 毕业设计 第 10 页 图 1压支架结构型式 a) 支撑式 b) 掩护式 c) 支撑掩护式 1前探梁 2顶梁及其侧护板 3掩护梁及其侧护板 4前连杆 5后连杆 6底座 7立柱 8推移千斤顶 9平衡千斤顶 10操纵阀与控制阀 11护帮机构 12护帮千斤顶 13前梁千斤顶 14挡矸帘 3、 支撑掩护式液压支架 ： 顾名思义，支撑掩护式液压支架是以支撑为主，掩护为辅，兼有掩护式和支撑式液压支架的结构特点的一种支架。它利用支撑和掩护的双重作用来维持一定的工作空间。这类支架的特点式：立柱较多，垂直支撑或立柱倾角较小，工作阻力大，切顶性能较好；采用掩护梁，架间密封，挡矸掩护性能好；采用四连杆机构，能承受侧向力；适用范围较宽 。 压支架的组成 根据各部件的功能 ，液压支架的组成可归纳为五个部分见表 1 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 。具体的循环方式见表 1 压支架的工作原理 液压支架 毕业设计 第 11 页 液压支架在工作过程中 ，不仅要可靠的支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。因此，支架要实现升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压液体，通过工作性质不同的几个液压缸来完成的，如图 1示 表 1压支架组成表 序 号 部 件 功 能 举 例 1 承载结构件 承受并传递顶板载荷作用的结构件 顶梁、掩护梁、底座、连杆 2 动力油缸 用液体作介质可以主动产生作用力，实现各种动作的油缸 立柱、各类 千斤顶 3 控制元部件 操纵、控制支架各个动力油缸动作及保证所需工作特性的液压（电气）元部件 操纵阀、单向阀、安全阀及管路、液压（电控）元件 4 辅助装置 不直接承受顶板载荷，而实现支架某些动作或功能所必须的装置 推移装置、护帮装置、活动侧护板、防倒、防滑装置 5 工作液体 传递能量的工作液压介质 乳化液 表 1压支架的支护方式表 支护方式 循环方式 支护特点 应用条件 即时支护 割煤移架推溜 支护滞后时间短 适用于各种顶板条件，应用最为广泛 滞后支护 割煤推溜移架 支护滞后时间 较长 可用于稳定、完整的顶板条件，较少支架结构紧凑，目前应用 复合支护 割煤支架伸出探 支护滞后时间短 可适用于各种顶板条液压支架 毕业设计 第 12 页 梁推溜移架 但增加了反复支撑 件，但支架操作次数增加，目前应用较少 架升降和推移 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。 压支架工作原理图 123456 7、 89101112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 液压支架 毕业设计 第 13 页 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。 煤工作面液压支架设计要求和设计必要的基本参数 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要，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。但是，由于常规的液压支架都比较笨重、成本高、运输和安装都不方便，一般的煤矿没有能力武装一个大型的综采工作面。基于以上原因本文设计了 V 型 液压 支架 。 V 型液压支架 是一种轻型液压 支架，成本低、安装和拆卸方便，实现了很高的性价比。 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。 液压支架 毕业设计 第 14 页 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。 1、 顶板条件 根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。 2、 最大和最小采高 根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。 3、 瓦斯等级 根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。 4、 底板岩性及小时 涌水量 根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。 5、 工作面煤壁条件 根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。 6、 煤层倾角 根据煤层倾角，决定是否选用防倒防滑装置。 7、 井筒罐笼尺寸 根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。 8、 配套尺寸 根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。 文做的主要工作 毕业设计名称： 压支架 参数如下： （ 1） 要求工作阻力 3000 （ 2） 最大采高 ( 3 ) 支架伸缩高度范围 1.6 m 2.4 m 该支架应用的条件： （ 1） 煤壁 平均厚度 （ 2） 煤层倾角 25 度； 液压支架 毕业设计 第 15 页 （ 3） 工作阻力小于等于 3000 （ 4） 要求采用四柱 V 型支撑，本架手动控制； （ 5） 该支架适应于中等稳定和稳定顶板。 本文所做的主要工作是：支架总体结构的设计、悬浮式液压支柱的设计、支架液压系统原理的设计、支架各结构件的结构设计以及 各结构件的受力分析及强度校核 。 2 液压支架整体结构设计 架主要尺寸的确定 架的高度和支架的伸缩比 1、支架高度 支架高度的确定原则，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： 1h S（ 2 2n n aH h S a （ 2 式中 支架最大高度 （ 支架最小高度 （ 煤层最大厚度（ 煤层最小厚度（ 1S 考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可能靠初撑力所需要的支撑高度，一般取 200 300 2S 顶板最大下沉量，一般取 100 200 a 移架时支架的最小可缩量，一般取 50 a 浮矸石、浮煤厚度，一般取 50 液压支架 毕业设计 第 16 页 取1S=200设计给出的参数可得，支架最大高度为 2400小采高 1600、 支架的伸缩比 支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值即： 2 由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。一般范围是 层较薄时选大值。但是考虑尽量 减轻支架重量，降低造价，可搞系列化，加强指甲对顶底板的适应性，降低伸缩比， 尽量采用单伸缩油缸或带机械加长杆来增加调高范围。该支架的伸缩比 m =架间距和宽度的确定 所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离。按下式计算： 3=+ 2 式 中： 支架间距（支架中心距）； 每架支架顶梁总长度； 3C 相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙 ； n 每架所包含的组架的组数或框架数，整体自移式 支 架 n =1；整体迈步式支架 n =2；节式迈步支架 ， n =支架节数。 支架间距由于每架支架的推移千斤顶都与工作面输送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及帮槽上千斤顶连结块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为 斤顶连结块位置在溜槽中长的中间，所以除节式和迈步式支架外， 大采高支架为提高稳定性中心距可采用 型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用 本次设计 取 支架的中心距为 支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。支 架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为 10000中宽面顶梁一般为 12001500式支架一般为 40000次设计取支架顶梁的宽度为 1400即顶梁侧护板侧推千斤顶的液压支架 毕业设计 第 17 页 行程取 140 座长度的确定 底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面：支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走；保证支架的稳定性等。的移架步距（一个移架步距为 即 右，支撑掩护式支架的底座长度取 4 倍的移架步距，即 右。而这里的 V 型 轻型 支架是一种新型支架，可参考支撑 掩护 式支架选型。 综合考虑 底座宽度为 立柱中心线之间的距离为 梁长度的确定 根据支架工作方式和设备配套尺寸来确定顶梁长度 。 架工作方式对顶梁长度的影响 支架工作方式对支架顶梁长度 有 很大影响。先移架后推溜方式（ 即 时支护）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（滞后支护）要求顶梁长度较小。这是因 为采用先移架后推溜的工作方式时，支架要超前输送机一个步距，以便采煤机过后，支架能及时前移，支控新暴露的顶板，做到及时支护，因此，先移架后推溜时顶梁长度要比先推溜后移架时的顶梁长度要长一个步距，一般为600 本次设计 采用 即 时支护方式。 梁长度计算 11c o s c o s 3 0 0A Q G P e 顶 梁 长 度 配 套 尺 寸 底 座 长 度 式中： 配套尺寸 参考原煤炭部煤炭科学研究院编制的综采设备配套图册确定； 底座长度 底座前端至后连杆下铰点之距 。 e 支架由高到低顶梁前端点最大变化距离； 1Q 、 1P 支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角。 中厚 煤层综采 选用 的 配套设备如下： 采 煤机为 6 W 型；输送机为 30/220 型 。 液压支架 毕业设计 第 18 页 经过计算得该支架的顶梁长度为 3200图 2示 。 图 2梁长度 示 意图 经过计算得该支架的配套尺寸如图 2 示 图 2机配套尺寸图 液压支架 毕业设计 第 19 页 3 液压支架部件设计 液压支架各个部 件的结构型式，应根据工作面的顶底板条件和支架架型进行选择。结构件的端面尺寸，应进行强度校核，满足要求才能投入生产使用。 梁 要作用 （ 1） 、 用于支撑 、 维护 和覆盖 顶板 ，为工作面创造安全的工作空间； （ 2） 、 将立柱的支撑力传递至顶板，并给予合理地分布；对支架后部接近采空区的顶板起切顶作用；对无立柱空间的顶板起支撑作用； （ 3） 、 为护帮、防倒装置等提供依托； （ 4） 、 将顶板载荷通过立柱经底座传到底板 。 图 3梁的结构型式 1 前梁； 2 后梁； 3 尾梁； 4 前梁千斤顶； 5 前梁伸缩千斤顶 液压支架 毕业设计 第 20 页 构型式 V 型液压 支架的顶梁在设计过程中，参考了支撑式支架顶梁的结构型式。其结构型式如图 3示。 图 3-1 a 为整体刚性顶梁，顶梁为一整体，刚性大，承载能力较好。但对顶板的适应性差。图 3-1 b 为铰接式顶梁，由前梁和后梁铰接而成，分别由前、后排立柱支撑。其中图 3-1 b 为全铰接式，它能适应顶梁上方前、后顶板的变化，但当顶板出现凹坑时，顶梁易成人字形，影响支撑效果和切顶性能。半铰接式顶梁如图 3-1 c 所示，它克服了全铰接式的缺点，当顶梁中部顶板出现凸起时，使前、后梁向上翘；当 顶板出现凹坑时，由于交接点下部有平整碰头阻止，支架顶梁仍保持平整位置。 图 3-1 d 为刚性顶梁带铰接式前梁，顶梁由前、后梁铰接。在铰接前梁 2安装有前梁千斤顶 4，用来支撑靠近煤壁处的顶板，同时还可以使前梁上、 下摆角，适应顶板起伏变化和增加顶梁前端的支撑能力。 为了使冒落的顶板矸石滑向采空区，保护挡矸帘，还可以增加尾梁 3，如图 3-1 e 所示。 图 3-1 f 为带伸缩前梁的刚性顶梁，伸缩千斤顶 5 使前梁 1 伸缩。由于前梁可以及时伸出支护刚暴露的顶板，从而允许固定顶梁减少长度。也可以用前梁千斤顶和伸缩千斤顶配合使用，使 前梁既可以伸缩，也可以上下摆动。 为了使支架结构简单，而且具有更好的支护能力。本支架采用图 3-1 e 所示的结构，而且在尾梁上加尾梁千斤顶，使尾梁可以摆动一定的角度。 梁结构和断面形状 各类顶梁都为箱式结构，一般由钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘型。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。支撑式支架后端焊有挂帘板，作为挂矸帘之用。在顶梁下面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来，掩护式支架和支撑掩护式支架在顶梁后端有销孔，通过销轴 与掩护梁上的销孔相连。 按顶梁的断面形状，还可以把顶梁分成如下结构形式： （ 1） 闭式顶梁 闭式顶梁为顶梁上、下盖板与筋板焊接成封闭型，如图 3示。 一种为立筋凸出型，如图 3-2 a 所示，增加了焊接强度；另一种为立筋凹下，焊接后使顶梁平整，但焊接强度 不 如前一种，如图 3-2 b 。 （ 2） 开式顶梁 液压支架 毕业设计 第 21 页 开式顶梁结构如图 3示。 图 3梁闭式立筋型式 图 3梁开式立筋型式 开式顶梁的特点，可减轻顶梁重量，增强顶梁的抗弯强度。 对于掩护式和支撑掩护式支架，为便于侧护板能自由伸缩，要在顶 梁顶面上加焊一块比侧护液压支架 毕业设计 第 22 页 板稍厚的钢板，称为顶板，如图3时也增强了顶梁的结构强度液压支架 毕业设计 第 23 页 。 图 3梁断面 本设计中的 V 型液压支架顶梁 的型式如图 3示。 顶梁采用开式结构 图 3 液压 支架顶梁 1 前梁； 2 铰接轴； 3 前梁千斤 顶 ； 4 主顶梁 梁侧护板 支架侧护板装置一般由侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。 1、 主要作用 （ 1） 挡矸。可改善顶梁与掩护梁的护顶、防矸性能，隔离控顶区与采空区、防止冒落矸石窜入工作面，减少冒矸形成的粉尘； （ 2） 导向。在 支架移架时起导向作用 ； （ 3） 防倒、调架。活动侧护板增强了支架侧向稳定性，其上设置的弹簧与千液压支架 毕业设计 第 24 页 斤顶都起防倒与调架作用。 2、 侧护板的种类与选择 顶梁和掩护梁的侧护板有两种： 一种是一侧固定另一侧活动的侧护板。由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁体的侧板，既 节省材料又可加固梁体。在设计时，根据左右工作面来确定左侧或右侧为活动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定侧护板，下方为活动侧护板。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板靠紧。但当改换工作面开采方向时，活动侧护板便位于倾斜方向的上方，对调架、防倒等带来不便，所以很少采用。 另一种是两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。 V 型液压 支架采用的是第二种两侧皆为活动侧护板。 3、 侧护板的结构型式 侧护板的结构型式如图 3示。 图 3护板的结构型式 一种是侧护板在顶梁的外侧。这种类型侧护板又有三种型式，图 3-6 a，顶梁上无顶板，侧护板易被冒落矸石压住，影响侧护板的伸缩；图 3-6 b、 c，在顶梁上加设顶板，克服了以上的缺点，但支架承载时，侧护板装置受力很大。 另一种是铰接式侧护板，如图 3-6 d 所示。它克服了以上两种侧护板的缺点，但由于架间侧护板造成三角带容易填入碎矸，影响架间密封效果。 所以综合考虑各个方面，本架采用图 3-6 b 所示的侧护板。可以根据工作面倾角方向调整一侧固定，另一侧活动，适应性强。如图 3示： 液压支架 毕业设计 第 25 页 图 3动侧护板的类型 1 侧推千斤顶； 2 活动侧护板； 3 弹簧组件 座 1、 主要作用 （ 1）承受由立柱与连杆等传递的顶板载荷，并传递给底版； （ 2）是整个支架结构稳定性、整体性的基础； （ 3）为支架辅助件，例如推移装置、防倒防滑、操纵阀架等提供依托与根基； （ 4）有一定的挡矸与排矸能力； （ 5）便于人员操作与行走； （ 6）与工作面输送机等组成交替前移的支撑点，防止支架与输送机下滑。 2、 底座的结构型式、特点与选 择 支架底座结构型式通常有三种类型，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底 座。 此处选择整体刚性底座，如图 3示。整体式底座是用钢板焊接成的箱式结构，整体性强，稳定性好，强度高，不易变形，与底板接触面积大，比压小。同时，底座前端制成滑撬形，以减小支架的移架阻力；而且用过桥连接，液压支架 毕业设计 第 26 页 增加了底座的刚度。通过立柱套筒与立柱连接；而且两者之间用方钢丝连接，保证升柱时，各立柱能同时升起；这种连接方式简单、安全、可靠。 图 3体式刚性底座 1 过桥； 2 推移千斤顶支座； 3 柱窝； 其中，柱窝的结构如 图 3示： 图 3窝 结构 移装置 液压支架推移装置是保证支架正 常推溜和拉架，实现工作面正常循环作业的重要装置。 在设计支架时，应根据支架结构和配套要求合理选择推移装置的形式，并充分保证支架推移装置对工作面条件和配套的适应性。 液压支架 毕业设计 第 27 页 推移装置的型式如表 3示 表 3移装置 千斤顶的型式 型式 特点 适用条件 普通式 普通活塞式双作用千斤顶可为外供液式，也可为内供液式 1、目前已很少直接用作推移装置，而多与反拉框架一起使用，应用较广 2、 外供液式结构简单，应用广泛 差动式 千斤顶结构仍为普通型式，利用交替阀的油路系统，使其减小托输送机力 用于直接拉架的方式，目前应 用较少 浮动活塞式 千斤顶活塞可在活塞杆上滑动，使环腔供液时拉力与普通千斤顶相同 ； 但在活塞腔供液时，使压力 的 作用面积仅为活塞杆 断 面积， 从而 减小 了 推输送力 1、 广泛用于直接拉架方式 ，与短推杆等导向件一起使用 2、 动作时间有一定滞后，但一般不影响使用 推移装置一般由推移千斤顶、推杆或框架等导向传力杆件以及连接头等部件组成，其功能 、连接型式见表 3 表 3移装置的功能与主要连接型式 液压支架 毕业设计 第 28 页 功 能 1、 将输送机推向煤壁，保证作业循环 2、 将液压支架拉向煤壁方向， 即 时支护顶板 3、 框架或推杆与底座导向通道共同作为支架、输送机移动时的导向，起一定的防滑作用 连接型式 1、 直接连接 一端固定在支架底座（一般位于支架纵轴线上），另一端固定在输送机或输送机底托架上。此时移架和推输送机都用一个推移千斤顶 2、 移步横梁间接连接 在推移装置与输送机之间加一个移步横梁、千斤顶仅与移步横梁连接。这种方式减少了支架与输送机之间的约束和影响、比较机动，但结构复杂 3、 相邻支架或支架节连接 这种方式一般用于节式或各种类型的组合迈步支架。移架千斤顶位于主副架之间，多数分别与两者的底座相连，称为下移架机构。少数为顶梁之间相连，称为上移架机构。移架与推溜各用不同的千 斤顶。推输送机千斤顶两端分别同支架与输送机相连，但数量可以减少，如 56m 布置一个 推移杆的常用形式有正拉式短推移杆和倒拉式长推移杆两种。短推移杆式推移装置一般采用浮动活塞式千斤顶或采用双作用千斤顶差动连接。这种推移装置结构比较简单、紧凑。 V 型 液压 支架所采用的推移装置为： 浮动活塞式 千斤顶加短推杆；连接方式为：直接连接。这里采用的短推移杆，如图 3示，是由钢板组焊而成的箱形结构件，结构简单可靠，重量轻，被广泛采用。 支架推输送机的力应不大于输送机的设计推力，拉架力一般应为支架重量的 3 倍。支 架移架速度应与采煤机截割牵引速度相适应。 液压支架 毕业设计 第 29 页 图 3推移杆 1 连接头； 2 短推杆； 3 推移千斤顶 柱和千斤顶的设计 本支架主要对立柱的设计进行详细的说明，其余的千斤顶如推移千斤顶、侧推千斤顶、前梁千斤顶等都采用相关手册上的标准型号和尺寸，故不再详细叙述。 立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，它除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，结构要简单，并能适应支架的工作要求。 柱的类型 立柱的种类很多，按不同的分类方法有不同的类 型。详细分类见表 3 表 3柱的分类 分类方法 类型 按动作方式分 单作用和双作用 按结构种类分 活塞式和活柱式 按伸缩方式分 单伸缩和双