放顶煤液压支架设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 1 目录 目录 . 1 引言 . 3 1 绪论 . 4 压支架发展历史 . 4 顶煤开采工艺及放顶煤液压支架 . 5 煤工作面液压支架设计要求和设计必要的基本参数 . 9 煤工作面对液压支架的设计要求 . 9 压支架设计的基本参数 . 9 文做的主要工作 . 10 2 液压支架整体结构设计 . 10 架主要尺寸的确定 . 10 架的高度和支架的伸缩比 . 10 架间距和宽度的确定 . 11 架四连杆机构的确定 . 12 连杆机构的作用 . 12 连 杆机构设计的要求 . 13 连杆机构的设计 . 14 梁长度的确定 . 23 架工作方式对顶梁长度的影响 . 23 梁长度计算 . 23 3 放顶煤液压支架主要结构设计 . 25 架主要部件的设计要求 . 25 梁的设计 . 26 座的设计 . 27 护梁和连杆的设计 . 27 煤口及放煤机构的设计 . 27 压系统的设计 . 29 压系统的特点 . 29 架的工作机构 . 30 制系统 . 30 压支架的主要技术参数 . 31 护面积 . 31 护强度和支护效率 . 31 2/47 放顶煤液压支架性能参数一览表 . 32 4 立柱结构设计和强度计算 . 35 伸缩立柱缸径和工作阻力的确定 . 35 伸缩立柱缸径的确定 . 35 2 站压力的确定 . 36 柱初撑力的计算 . 36 柱工作阻力的计算 . 36 柱缸体壁厚的计算 . 36 柱强度验算 . 37 柱缸体强度验算 . 37 柱活塞杆强度验 算 . 38 5 液压支架受力分析 . 42 述 . 42 架工作状态 . 42 算载荷的确定 . 42 架受力分析与计算 . 43 顶梁的受力分析与计算 . 43 护梁的受力分析与计算 . 45 座的受力分析与计算 . 46 梁的载荷分布 . 48 座接触比压 . 49 6 液压支架强度计算 . 51 度条件 . 51 梁强度校核 . 52 护梁强度校核 . 56 座 强度校核 . 60 连杆强度校核 . 63 结论 . 67 致 谢 . 68 参 考 文 献 . 69 翻译部分 . 70 英文原文 （见参考文献 19. 70 . 70 . 71 . 72 . 73 中文译文 . 76 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 3 4 引言 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 0%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。 1 绪论 压支架发展历史 历史地来看， 大约在四五十年前回采工作面还是采用木支柱 。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等快速采煤机的使用 ,木支柱既不能对顶板提供足够大的阻力，其支设和回收亦难满足连续采煤的要求。于是，刚性木支柱被可压缩性摩擦和液压支柱所代替，并以支柱加铰接顶梁的结构形式支护回采工作面。 1954 年，英国研制出 垛 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 于 1961 年在阿乐斯 掩护式支架。这种支架顶梁很短，仅 并与掩护梁铰接，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 垛 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： 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，支架结构也发生买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 5 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。 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。 顶煤开采工艺及放顶煤液压支架 放顶煤采煤方法，就是在开采煤层的底部，或在特厚煤层中部位置，布置采煤工作面，利用工作面矿山压力的作用或辅以爆破等方法，将顶煤破碎并促使其垮落，而后将垮落的顶煤由工作面后方或工作面支架前方放出。放顶煤采煤方法在很早以前就用于开采厚煤层。如我国以前使用过的高落式采煤法就属于这种采煤方法。在当时，放顶煤开采是不正规的，完全手工式的，而且煤 炭损失特别大，长期以来受到严格限制。还有仓储式采煤法、仓房式采煤法也都属于早期的放顶煤开采方法。随着煤炭开采技术的发展，特别是煤矿支护设备的发展，放顶煤采煤法已经发展成为一种正规的采煤方法。 我国综采放顶煤开采开始于 1982年，是由郑州煤矿机械厂、煤炭科学研究 6 图 位双运输机放顶煤综采示意图 1 放煤口； 2 前输送机； 3 后输送机 总院北京开采所、沈阳煤研所共同研制的 14/28中位放顶煤支架在沈阳 局蒲河矿安装试验； 10 多年来得到了迅速的发展，截止到 1993年，已经在 13个省的 26个矿务局 59个工作面使用，达到了日产万吨，月产 31万吨，年产 253 万吨的生产水平，成为世界上综采放顶煤开采技术发展最快、拥有放顶煤液压支架数量最多的国家。 实践证明，在特厚煤层开采中，采用放顶煤开采较分层开采等具有明显的优越性，主要有： （ 1）、煤层掘进量小，掘进费用低、缓和了采掘关系； （ 2）、减少了搬家倒面次数，节省了综采面设备搬迁、安装的工作量及费用； （ 3）、较分层开采减少了铺网工序、材料、工资及巷道维护费用等； （ 4）、对急斜厚煤层，较普通法开采的工作面产量提高 1 3倍； （ 5）、提高了煤炭的块炭 率，增加煤炭的售价； （ 6）、减少了设备的运行费，特别是采煤机，相对减少了吨媒设备折旧费或租赁费； （ 7）、有利于矿井的集中控制，实现减面、减人、提高工效的目的； （ 8)、提高劳动生产率，降低成本，比一般回采工效提高 2 5倍，经济效益十分显著，吨媒成本一般降低 8 20元 /吨。 基于上述原因，我国放顶媒液压支架从 1984 年至 1992年上半年已发展到 42套， 32个品种，占世界总数的 66。当然，放顶煤开采也有急待解决的问题，主要是： （ 1）、煤尘大，比分层开采高出 1 3倍，甚至更高； （ 2）、回采率偏低，一般在 80左右，造成一定的煤炭损失； （ 3）、自然发火的问题尚未得到很好的解决； （ 4）、对高瓦斯矿井，瓦斯涌出量大，有局部积聚的危险。 因此，煤炭工业部提出要有试点地进行，稳步发展的方针。然而有于放顶煤开采的优点十分突出，并对存在的问题逐步得到解决的同时，使这一新的特厚煤层的开采工艺从东北、西北迅速扩展到华北， 1992年初又推广到华东四个矿务局，并首先在兖州兴隆庄矿创出了月产 11万吨的好成绩（ 1994年月产已达 25 万吨），可以预计，今后将会更快地发展。 下面重点介绍放顶煤液压支架的特点及适应性。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 7 1 放顶 煤液压支架的分类 按与液压支架配套的输送机的台数，放顶煤液压支架可分类如下： 插底式 单输送机 不插底式 放顶煤液压支架 单铰接式 开天窗式 双输送机 四连杆式 前四连杆式 插板式 中四连杆式 后四连杆式 按放煤口位置，放顶煤液压支架可分类如下： 高位（单输送机开天窗式） 放顶煤液压支架 中位（双输送机开天窗式） 低位（双输送机插板式） 下面重点介绍低位放顶煤液压支架的特点及适应性： 下面重点介绍低位放顶煤综采： 低位放顶煤综采的显著特征是支架的放煤口位置低、尺寸大。而且是连续的，多为插板式，无脊背煤炭损失，支架的四连杆机构置于支架中间，后输送机置于支架拖板上或直接在底板上。低位放顶煤综采的主要优点为放煤在支架后下方，放煤效果好，煤尘小。后输送机外运煤炭 顺利，一般不需清理后方浮煤。支架尾梁还可以摆动，以利提高顶煤的回收率。但低位放顶煤支架的稳定性差，工作面端头的维护较困难。该类支架在窑街矿务局、兖州矿务局鲍店煤矿均取得高产、高效。低位放顶煤综采如图 这是一种双输送机运煤，在掩护梁后部铰接一个带有插板的尾梁、低位放煤的支撑掩护式支架。这类支架有一个可以上下摆动的尾梁（摆动幅度在 45左右）用以松动顶煤， 8 并维持一个落煤空间。尾梁中间有一个液压控制的放煤插板，用以放煤和破碎大块顶煤，具有连续的放煤口。其主要特点如下： (1)由于具有连续的放煤口，放煤 效果好，没有脊背煤损失，回收率高； (2)和其他支架相比，从煤壁到放煤口的距离最长，经过顶梁的反复支撑和在掩护梁上方的垮落，使顶煤破碎较为充分，对放煤极为有利； (3)后输送机沿底板布置，浮煤容易排出，移架轻快，同时尾梁插板可以切断大块煤，使放煤口不易堵塞； (4)低位放煤使煤尘减少； (5)前四连杆低位放顶煤液压支架的抗扭及抗偏载能力差，支架的稳定性较差； (6)尾梁摆动力和向上的摆角较小 ，破煤和松动顶煤的能力差。 这类支架的原始形式 是 前四连杆式 ，在矿压较小的急斜水平分段开采时比较适应，为使这种支架在缓斜 长 壁 工作面发挥其优势，几年来作了如下的探索： (1)把四连杆的上 连 接位置由顶梁上改在掩护梁上，使 支 架底部和上部的连接位 置 更接近扭转力矩的作用点，增加了支架强度，减少 了 支架的损坏，形成 了 目前在缓斜工作面大量使用的后四 连 杆式低位放顶煤液压支架 ； (2)大幅度加强前四连杆本身以及它与顶梁、底座的联接强度，这种作法增加了支架的重量，有的重达 20t 以上，但设计时容易实现加大后部运输空间和增加破煤能力 ； (3)增大后部空间和尾梁向上摆动的力，使其在较硬煤层中使用时也可让顶煤顺利放落和运出，如 7/32 型支架尾梁端部向上摆动力可达到 500用效果良好 ； (4)后四连杆前连杆设计为 连杆设计为 大了支架的 前、 后人行道的宽度并加大了后部的人员工作与维护空间 ； (5)把后输送机千斤顶耳座与底座的联接改为活联接，改善了运输状况。在后输送机与千斤顶之间增加了结构件推杆，以避免后输送机与千斤顶活塞杆弯曲并防止输送机和支架下滑。 前四连杆式支架和后四连杆式支架相比，前四连杆式支架稳定性及抗扭性较差，但其后部空间较大，且重量也轻。 前四连杆式支架在急斜水平分段放顶煤综采中 取得成功，如对四连杆及有关联接件再进一步增加强度，成为定型设备，可以不考虑在急斜条件下使用后四 连 杆式支架。 缓斜中硬难放煤层在选型时考虑到低位放顶煤液压支架的强度低，又无成功的实例，买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 9 往往选用中位放顶煤液压支架，但受到放煤口的限制，实际上也未能很好解决其放煤问题。仔细研究各类放煤支架，就会发现，只有前四连 杆 式支架具备大幅度摆动掩护梁破煤的条件。有的低位放顶煤液压支架采取强化四连杆及联接销 轴 ，把摆动掩护梁的千斤顶一端布置在底座上，而不是布置在顶梁上，尽管这种架型尚无满意的效果，但这种探索无疑是很有意义的。 后四 连杆式支架在煤层硬度系数 f 2左右，层节理比较发育的缓斜厚煤层中使用取得很大成功，如在潞安矿务局五阳煤 矿 、王庄煤矿和 兖州 矿务局兴隆庄煤矿、鲍店煤矿。这种架型与设计先进的过渡支架配合 使用 ，创出了新水 平 ，被广泛推广使用。如石炭井矿务局乌兰矿将这种支架与过渡支架、端头支架配套使用，在倾角为 24 的 工 作面上取得了成功。由此表明了后四连杆式放顶煤液压支架在缓斜中硬煤层和倾斜厚煤层中均有良好的适应性 和 使用前景。 煤工作面液压支架设计要求和设计必要的基本参数 煤工作面对液压支架的设计要求 为了满 足长 壁 工作面的生产要求对液压支架提出了以下要求： 体有这些要求 ： 能适应顶板下沉、来压及冒落的特性；能防支架前方与上方冒顶；不应出现陷底而影响性能与移架 。 体要求如下：有宽敞的工作空间；能很好的防矸、排矸；能良好的通风、照明、通讯、防尘、防火 。 求支架有足够的调高范围；适应不平顶底板、台阶和断层等条件；适应煤层倾角变化 。 就是说应保证正常移架、推溜；能与采煤、运输等工艺准确配合；运输，安装，搬家方便 ；还得便于维修 。 该保证初期投资低、维修费用低。 压支架设计的基本参数 根据老顶 1级 和直接顶的 分类 2。 10 根据最大 4500 和 最小采高 3500，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。 根据瓦斯等级 按保安规程规定，验算通风断面。 根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。 根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。 根据煤层倾角 决定是否选用防倒防滑装 置。 根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。 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： 放顶煤液压支架设计 参数如下： （ 1） 要求工作阻力 500t。 （ 2） 最大采高 小采高 （ 3） 急斜特厚煤层 , 瓦斯涌出量大 . 本次设计主要工作如下：四连杆机构的设计、各个结构件的结构设计、各结构件的受力分析及强度校核、液压 立 柱的设计及支架液压 电液控制系统 统原理设计 。 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 一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，然后确定支架高度。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 11 由于我国急斜煤层煤层厚度都比较大，煤层厚度在 20 80以按厚煤层高度的确定原则来确定该放顶煤液压支架的高度。 H （ 200 300） （ H （ 300 400） （ 式中： 支架最大高度（ ； 支架最小高度（ ； 最大采高（ ； 最小采高（ 。 本 设计最大 采高4500支架最大高度 4500 200 4700支架的最小高度 35003200高范围为 1500架的伸缩比系指其最大高度与最小高度之比值。即： 代入有关数据，得 m=32004700= 支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 n C （ 式 中： 支架间 距（支架中心距）； 每架支架顶梁总 宽 度； 3C 相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙 ； 12 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，支架间距一般为 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 170 200中宽面顶梁一般为12001500式支架一般为 400600次设计取支架顶梁的最小宽度为1380大宽度为 1550即顶梁侧护板侧推千斤顶的行程取 170 架四连杆机构的确定 连杆机构的作用 1梁端护顶 鉴于四连杆机构可使托梁铰接点呈双纽线运动，故可选定双纽线的近似直线部分作为托梁铰接点适应采高的变化范围。这样可使托梁铰接点运动时与煤壁接近于保持等距，当梁端距处于允许值范围之内时，借此可以保证梁端顶板维护良好。 2挡矸 鉴于组成四连杆机构的掩护梁既是连接件 ，又是承载件，为了承受采空区内破碎岩石所赋予的载荷，掩护梁一般做成整体箱形结构，具有一定强度。由于它处在隔离采空区的位置，故可以起到良好的挡矸作用。 3抵抗水平力 观测表明：综采面给予支架的外载，不但有垂直于煤层顶板的分力，而且还有沿岩层层面指向采空区方向（或指向煤壁方向）的分力，这个水平推力由液压支架的四连杆机构承受，从而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱弯曲变形。 4提高支架稳定性 鉴于四连杆机构将液压支架连成一个重量较大的整体，在支架承载阶段，其稳定程度较高。 四连杆机构在具有以上诸作用的同时 ，也有一些缺点。首先，支架在工作过程当中，买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 13 四连杆机构必须承受很大的内力，从而导致支架结构尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四连杆机构对顶板产生一个水平力（又称水平支撑力），因此对支架的工作性能将产生不良影响。 连杆机构设计的要求 度 在最大和最小范围内变化时，如图 梁端点运动轨迹的最大宽度e 应小于或等于 70好为 30 最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角 P 和后连杆与底平面的夹角Q ，如图 满足如下要求：支架在最高位置时， P 52 62， Q 75 85；支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，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 ，如果钢和矸石的摩擦系数 W = P =为了安全可靠，最低工作位置应使 P 25为宜。而 Q 角 主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降。一般取 Q 25 30，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下铰点的高度。 护梁与顶梁铰点 e 和瞬时中心 。设计时，要使 角满足 的范围，其原因是 角直接影响支架承受附加力的数值大小。 图 h 段。其原因为当顶板来压时，立柱让压下缩，使顶梁有