机械毕业设计（论文）-ZY35002550掩护式液压支架设计【全套图纸】 .doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） i 摘摘 要要 我课题的研究内容是掩护式液压支架的总体设计。 液压支架广泛应用于现代长壁采煤工作面上。它不但能够支撑顶板、推进工作 面刮板输送机、自行前移，而且能够为井下联合采煤作业提供一个安全的环境。正 确、合理地选择液压支架架型是长壁工作面采煤成功的前提和关键。因此，综合机 械化采煤，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。 本文介绍了：支护设备的发展历史及最新动态；液压支架的发展历程及发展趋 势；液压支架的组成、作用和分类；液压支架的液压控制系统；液压支架设计的一 般步骤；液压支架的操纵、维护、故障分析及处理等。在 zy3500/25/50 型掩护式支 架的设计过程中，着重对顶梁、掩护梁、底座和立柱以及四连杆机构进行了分析和 设计。对重要结构件如顶梁、底座和立柱等进行了分析，根据其常见失效形式、影 响因素及基本设计要求，给出了重要结构件的受力分析、强度和刚度的设计方法。 最后，本文对液压支架的使用、维护与发展趋势做了简单的叙述。 关键词：zy3500/25/50 型掩护支架； 液压支架； 结构设计； 强度分析 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） ii 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iii abstract my paper mainly foused on the proplem which designs about hydraulic shield-type support. modern longwall mining employs hydraulic powered supports at the face area. the support not only holds up the roof , pushes the face chain conveyor , and advances itself , but also provides a safe environment for all associated mining activities . its successful selection and application are the prerequisite for successful longwall mining .therefore the coal mining of comprehensive mechanization is the way that must be taken to increase significantly coal output and enhance the economic efficiency. in order to meet the needs which grows day by day to the coal, we must largely produce comprehensive mechanization mining coal equipment, rapidly increase the comprehensive mechanization mining coal working surface. the followings are introduced in this paper: the develop history and latest dynamic state of the support equipments at domestic and international; the develop history and develop direction of the hydraulic support; components, functions, and types of the hydraulic support; the hydraulic control system of the hydraulic support; the normal design process of the hydraulic support; the hydraulic supports operation, maintenance, fault analysis and processing and so on. in the design process of zy3500/25/50 type root support shield, this paper will focus on the analysis and design of canopy, caving shield, base and hydraulic legs, as well as the connection method of leg with base and canopy. the important structure, such as canopy, base, hydraulic legs and so on, are analyzed. according to its failures, affecting factors and basic considerations, the design method of the strength and stiffness of the important structure is introduced. finally, this paper describes using, maintenance, development tendency of hydraulic support. keywords：zy3500/25/50 type root support shield; hydraulic support; structure design; strength analysis 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iv 目目 录录 摘 要.i abstractii 第一章 液压支架的发展现状与趋势.1 1.1 国外液压支架的发展现状 1 1.2 国内液压支架技术现状 2 1.3 我国液压支架与国外液压支架存在的差距及今后的发展趋势 5 第二章 矿井中的主要设备6 2.1 采煤机 6 2.2 支护设备 9 2.3 其余设备 .10 第三章 掩护式液压支架概述.12 3.1 液压支架的用途 .12 3.2 液压支架的工作原理 .12 3.3 液压支架的主要结构件及用途 .13 3.4 液压支架的设计目的、要求和基本参数 .17 3.5 液压支架的分类 .18 3.6 液压支架的选型 .20 3.7 液压支架的支护方式 .21 3.8 液压支架的设计动向 .23 第四章 液压支架的结构设计.25 4.1 液压支架的主要尺寸的确定 .25 4.2 各部件结构选择 .27 4.3 液压支架基本技术参数的确定 .32 4.4 拟订液压系统 .40 第五章 液压支架的受力分析.41 5.2 顶梁和底座的载荷分布 .47 5.3 支护效率 .50 第六章 液压支架的强度计算.52 6.1 强度计算条件 .52 6.2 强度校核 .53 第七章 液压支架的液压系统.60 7.1 液压支架传动系统的基本要求 .60 7.2 液压支架的液压传动特点 .61 7.3 立柱和千斤顶 .61 7.4 支架液压阀 .62 7.5 液压支架液压原理图 .64 7.6 液压支架的控制方式 .64 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） v 第八章 液压支架的使用、维护与发展.66 8.1 液压支架操作维护要求 .66 8.2 液压支架操作 .66 8.3 液压支架操作管理事项 .66 8.4 维护和管理的具体内容 .67 8.5 液压支架的故障及排除 .67 8.6 液压支架的现代设计方法 .71 8.7 液压支架的研究途径 .72 8.8 液压支架的发展趋势 .72 8.9 液压系统安装、调试、保养 .73 参考文献.83 致 谢.84 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 第一章 液压支架的发展现状与趋势 英国在 1954 年首次研制出液压支架后，通过对液压支架的逐步改进完善，进而 普遍推广应用，使采煤工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护等工序全部实 现了综合机械化。液压支架电液控制系统的应用，大大加快了工作面的移架、推溜 速度，改善了采煤工作面顶板的支护状况，使工作面产量成倍增加，安全状况明显 改善，吨煤成本大幅度下降，为煤矿生产的高效、安全和煤矿工人劳动环境的改变 提供了条件。目前，以液压支架为主体的综采设备已逐步向程控、遥控和自动化方 向发展。 1.11.1 国外液压支架的发展现状国外液压支架的发展现状 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. 81m 的截深。支架还采用屈服强度 8001000mpa 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。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478l / 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8 10 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 5280m 长壁综采面用工作阻力为2 8565kn 电液控制两柱掩护式支架, 1997 年6 月产商品煤90. 43 万t , 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t 。美国综采工作面最高日产超7 万t ,最高工效1336t / 工。澳大利亚 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 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 。如尤兰矿用电流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t 的最高记录, 班产一直保持在50006000t 。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60008000kn 。 1.2 国内液压支架技术现状 我国在1964 年由太原分院和郑州煤机厂设计70 型迈步式自移支架, 从此开始 了液压支架的国产化道路。1984 年,北京开采所、沈阳所、郑州煤机厂在沈阳蒲河 矿进行我国第一套放顶煤液压支架的工业性试验,继而研制了多种低位、中位和高位 放顶煤支架, 成功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层工作面使用。1990 年 后, 国产液压支架得到了全面的发展,到1998 年止,全国已建成88 处高产高效矿井, 其中14 处矿单个工作面的单产达15. 72 万t / 月, 原煤生产人员效率达9. 16t / 工, 综采机械化水平达49. 32 % ,达到了世界先进水平。 (1) 我国液压支架的基本架型 1) zz 系列支撑式支架 该系列支架切顶能力强, 稳定性好, 支护强度大,易于操作。支架的工作阻力为 200010000kn ,支架高度0. 94. 7m , 一般在工作面倾斜15以上时配防倒防滑 装置。支架的结构特点为:立柱呈x、v 型布置, 两柱支顶、两柱支掩或四柱支顶; 顶梁为整体、楔型或铰接型, 有前伸缩梁或挑梁; 有长短两种掩护梁; 底座有整体 分体、半钢性分离底座, 可设抬底座机构; 单侧活和双侧活侧护板或不设侧护板, 侧护板有全封闭或半封闭两种, 型式为直推式或合页式;本架或邻架操作。 2) zy 系列掩护式支架 该系列支架采高范围大, 支架长度短, 相对成本低, 操作灵活。支架的工作阻 力为1800 6000kn ,支架高度0. 753. 8m。其结构特点为:两立柱支顶, 个别有 另一柱支撑掩护梁代替平衡千斤顶; 整体和铰接或楔型顶梁, 有前挑梁或伸缩梁; 整体分体、半钢性分离底座, 设抬底座机构; 本架或邻架操作。 (2) 不同采煤方法中使用的国产液压支架 1) 缓倾斜厚煤层一次采全高支架 大采高支架总共10 余种,大多为zy 型掩护式支架, 少数为zz 型支撑式支架, 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 支架高度25m ,工作阻力320010000kn 。支架结构特点: 各铰接孔间隙小、制造 精度高、支架稳定性好, 支架侧推力大, 充分考虑防倒防滑, 有调架机构, 有很好 的护帮机构, 一般有伸缩梁, 能即时支护和防片帮, 多为本 架操作。 2) 缓倾斜薄煤层液压支架 由于薄煤层支架对其空间有严格要求, 所以整体顶梁尽可能薄且较长; 推杆中 长; 立柱可以x 型布置; 支架前部有宽度不少于500mm 的空间, 从而保证行人安全; 邻架操作。 3) 大倾角煤层一次采全高液压支架 对倾角为25 45的煤层来说, 液压支架应有较大初撑力和工作阻力, 各铰 接孔间隙要小, 制造精度要高, 以保证支架的稳定。支架应有可靠的防倒防滑和调 架装置, 活动侧护板应有较大行程和推力, 支架与采煤机道之间需设防砸安全挡板, 底座应设脚踏板或扶手。这种支架多为zy 掩护式,邻架操作。 4) 厚、特厚倾斜煤层分层铺网支架 架型为zz 支撑式、zy 掩护式和垛式, 有铺顶网和铺底网之分, 可采用架前铺 联网或架后铺联网方式,机械或手工操作,其中手工联网又分横联和竖联两种方法。 这种支架的特点是工作阻力稍大、掩护梁和底座中有充足的空间, 便于使用。为本 架操作。 5) 特厚煤层放顶煤液压支架 a . 高位放顶煤支架 放顶煤支架按放煤位置可分高位、中位和低位三种。高位放顶煤支架高度1. 53. 5m , 工作阻力20005600kn , 为邻架操作, 也可用于缓倾斜和倾斜特厚煤 层水平分层开采。支架结构特点: 顶梁较小,为小托梁,有伸缩梁或小挑梁;掩护梁较 长,开天窗, 上面有放煤槽, 放煤角度大于35; 前立柱为两柱或单柱, 后立柱为单 柱、三柱(或两柱) , 均支撑在掩护梁上,为便于增大放煤角度和放煤窗口,另可设置 一根立梁;托梁侧护板多为双侧活动式,若是硬煤则需设钻机钻孔位置。高位放顶煤 支架为单运输机式, 有单铰接和四连杆两种,底座可插底或不插底。缺点是煤尖大, 放煤点高,支架底座前端比压大,放煤时工作面行人受阻,安全出口减少。 b. 中位放顶煤支架 该类支架为双运输机式, 可用于缓倾斜和急倾斜特厚煤层水平分层采煤。掩护 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 梁开天窗, 天窗有插板和回转式两种。四立柱可全部支在顶梁上, 或将其中两柱支 在顶梁、另两柱支在掩护梁上。连杆型式有单铰接和四连杆两种。邻架操作或部分 邻架部分本架操作。该种支架若被用于三软煤层时应采用侧护板全封闭式结构,为了 降低对底板比压,底座面积需尽量加大, 可采用全封闭或半封闭结构。顶梁分整体和 铰接两种, 少数带挑梁, 一般有伸缩梁,便于立即支护。支架工作阻力为 30006000kn ,支架高度1. 53m。中位放顶煤支架受力状态好,抗扭能力强,不易 倒架,煤尘少。缺点是放煤点高,底座长,调架困难,后运输机置于底座上,位置高,人 工清浮煤劳动强度大,且由于掩护梁开天窗,放大块煤时窗口很容易被堵塞。 c. 低位放顶煤支架 低位放顶煤支架的放煤口位于掩护梁下方, 后部运输机直接放在底板或底座后 部的拖板上。由于放煤口三面敞开,不丢脊背煤,回收率相对较高; 煤尘小, 放煤口 大, 不易堵塞; 根据要求, 可在每组支架放煤口的下风侧和靠工作面一侧各装4 个 喷头,支架放煤或移架时, 本架支架或者相邻支架的喷雾自动打开灭尘。支架顶梁长, 反复支撑, 放煤效果好,便于维修和操作。该类支架工作阻力为25007200kn , 支 架高度1. 43. 5m。其结构特点为: 整体顶梁或铰接顶梁, 有内外伸缩前梁或带前 挑梁; 掩护梁有整体大插板放煤形式(摆动或不摆动) 和带回转小尾梁小插板放煤形 式, 后者的稳定性和综合性能较好; 正四连杆和反四连杆, 有正常位置和前移两种; 四立柱大多支撑在顶梁上, 少数支撑在掩护梁上; 整体底座, 分不封底、半封底和 全封底三种形式, 底板软、浮煤多时可考虑用抬底座装置; 半封闭或全封闭侧护板, 顶煤破碎时多用全封闭式; 煤层倾角大时需设调架和防倒防滑装置。根据各工作面 的条件不同, 采煤工艺也不尽相同, 多数采用两刀一放分段多轮顺序均匀采煤, 两 刀一放单轮顺序折返补放, 以及单轮顺序放煤、单间隔放煤、多轮放煤等, 少数工 作面采用一刀一放分段双轮顺序放煤工艺。低位放顶煤支架基本上适用于综采各种 地质条件的特厚煤层, 目前国内已在倾角为037、仰俯采角12左右且煤硬度 f = 0. 84. 5 的煤层中广泛使用低位放顶煤支架, 采煤截深多为0. 6m , 工作面 回收率一般可达90 %、甚至97 % , 采区回收率86 %。 d. 轻放支架 这种双运输机轻放支架可用于特厚煤层中工作面长度不太规则的断层边角带和 残余煤柱的开采, 工作阻力为18002500kn , 支护强度0. 50. 58mpa ,支架高度 1. 62. 4m ,重量5. 78. 25t ,中心距1. 251. 5m。其结构特点为:掩护梁和 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 顶梁为一整体, 带挑梁或内伸缩前梁, 仰俯采角一般为15;连杆为单摆杆;整体 大侧护板或小侧护板。由于该类支架同时具备放顶煤支架、铺网支架和普通zz 型支 架的使用功能, 且重量轻, 便于安装、增减和运输,所以使用效果良好。 6) 难采煤层液压支架 a . 三软煤层液压支架 该类液压支架要求底座面积尽量大并具备抬底座功能, 采用底座半封底或全封 底以降低底板比压。顶梁要具备立即支护功能, 带伸缩梁或伸缩梁加挑梁, 其侧护 板应使支架处于全封闭状态, 多为邻架操作。 b. 两硬煤层液压支架 该类支架多为zz 型,要求工作阻力大,切顶力大, 顶梁为整体、楔型和铰接前梁 带挑梁式, 掩护梁需尽量短, 与水平夹角大, 底座为半钢性分体式, 安全阀应有足 够的流量以抵抗顶板冲击。邻架或本架操作。 1.3 我国液压支架与国外液压支架存在的差距及今后的发展趋势 我国液压支架经过20 多年的发展, 尽管取得了显著成绩, 在双高矿井建设中出 现过日产万吨、甚至班产超万吨的记录, 但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一 定差距。在支架架型功能上我国与国外相差无几, 有些地方特别是特厚煤层用的放 顶煤支架、铺网支架、两硬煤层的强力支架、端头支架还有独到之处, 但国产液压 支架技术含量偏低, 电液控制阀可靠性差,所用钢材一般为16mn ,最好的屈服极限才 700mpa , 液压系统压力在35mpa 以下,流量在200l / min 以内,供液管 2532mm ,回液管2550mm , 最快移架速度1012s/ 架(井下实际应用有 时在20s 以上) , 工作阻力更是相对较低。 今后10 年, 我国的液压支架将朝技术含量大、钢板强度高、移架速度快 (68s/ 架) 和电液控制阀的方向发展, 对有破碎带和断层的工作面将加大支架的 移架力, 尽量采用整体可靠推杆和抬底座机构,并减少千斤顶的数量。另外,将普遍 采用额定压力为40mpa 、额定流量为400l / min 的高压大流量乳化液泵站, 以适应 快速移架的需要; 系统采用环形或双向供液, 保证支架有足够的压力达到初撑力,保 证支架接顶位置准确。zy 两柱掩护式支架的比重将大大增加, 缸径将增至360mm , 端头支架、轻放多用途支架将被广泛使用。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 第二章第二章 矿井中的主要设备矿井中的主要设备 机械化采煤开始于 20 世纪 40 年代，是随着采煤机械的出现而开始的。 40 年代初期，英国、苏联相继生产了采煤机，使工作面落煤和装煤实现了机械化。 50 年代初期，英国、联邦德国相继生产处了滚筒式采煤机、可弯曲刮板输送机和单 体液压支柱，从而大大推进了采煤机械化技术的发展。60 年代是世界综采技术的发 展时期。第二代采煤机单摇臂滚筒采煤机的出现，解决了采高调整问题，扩大 了采煤机的适用范围，这种采煤机的滚筒装在可以上下摆动的摇臂上。通过摆动摇 臂来调节滚筒的截割高度，使采煤机适用煤层厚度变化的能力得到了大大加强。进 入 70 年代，综采机械化采煤技术得到了进一步的发展和提高，综采设备开始向大功 率、高效率及完善性能和扩大使用范围等方向发展，相继出现了功率为 750 1000kw 的采煤机，功率为 9001000kw、生产能力达 1500t/h 的刮板输送机，以及 工作阻力达 1500kw 的强力液压支架等。 从采煤工作面机械化程度及其配套设备能力的角度，机械化采煤类型可分为 3 大类：普通机械化采煤（简称普采） 、综合机械化采煤（简称综采）和高产高效综采。 1 普通机械化采煤工作面的配套设备主要由单筒采煤机（或双筒采煤机） 、刮板输送 机及支护设备组成。 2 综合机械化采煤工作面主要由采煤机、刮板输送机和液压支架为工作面的主要设 备。 3 高产高效综采工作面突出的优点是产量高、效率高，这就要求工作面设备及动力 和控制设备必须配套，且功率大，经久耐用。设备一般都是成套购置，或专门设计 制造（如神东煤田大柳塔、扑连塔等矿井） 。由于综采设备机型日益增多，各机型又 各自不同的优势，根据煤层赋存条件、工作面生产能力及设备新旧接替的要求，经 常采用国产和引进设备交叉互配使用，而国产设备间的多种匹配使用，而国产设备 间的多种匹配时必然的。不同采煤机、输送机和液压支架可配套成多种合理的成套 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 设备。 2.12.1 采煤机采煤机 1、滚筒式采煤机 滚筒式采煤机是目前国内外采煤机械的主要类型，现在已经研发和生产出很多 机型。他与刨煤机相比有很多优点：采高范围大，对各种煤层适应性强，能截割硬 煤，并能适应较复杂的顶底板条件，还有利于实现综采设备配套和自动控制。因而， 在国内外煤田开采领域，得到了广泛的应用。现代滚筒式采煤机应具有如下特征： （1）装机功率能满足采煤生产率要求； （2）截割机结构能适应煤层厚度变化而可靠工作；牵引机构能够能在工作过程中随 时根据需要改变牵引速度，并能实现无级调速，以适应煤质硬度的变化，正常发挥 机器效能； （3）机身所占空间尽量小，对薄煤层采煤机尤为重要； （4）可拆成几个独立的部件，以便入井和运输，也便于拆装和检修； （5）所有电气设备都具有防爆性能，能在有煤尘瓦斯爆炸危险的工作面内安全工作； （6）电机、传动装置和牵引部等具有超负荷安全保护装置； （7）具有防滑装置，以防采煤机沿煤层倾向自动下滑； （8）具有内外喷雾灭尘装置； （9）工作稳定可靠，操作简便，操作手把和按钮尽量集中，日常维护工作量小而容 易。 滚筒式采煤机主要由截割部、牵引部、电气系统、辅助（附属）装置等组成。 2、液压牵引采煤机 液压牵引采煤机是利用液压传动来驱动采煤机行走的。根据行走机构的不同， 可分为 3 种形式，即钢丝绳牵引、链牵引、无链牵引。随着采煤机装机容量的不断 增大，由于钢丝绳和链牵引形式牵引力小，事故率高，所以，这两种牵引形式的采 煤机已被淘汰，而无链牵引的采煤机有了很大的发展。无链牵引采煤机从结构上分 为两种：一种是单电机纵向布置拖动，另一种是多电机横向布置拖动。 采煤机主要由电动机、液压传动部、牵引传动部、截割部、底托架、调高油缸、 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 电缆拖移装置、冷却喷雾系统等组成。 3、电牵引采煤机 电牵引采煤机是采煤机更新换代的重大突破，在此之前使用的采煤机均属于机 械牵引或液压牵引。 目前，电牵引采煤机在德国、美国、英国、日本、中国、澳大利亚、南非、白 俄罗斯、波兰等国广泛使用，日趋完善的牵引性能使其取得了很高的用户市场占有 率，逐步取代了液压液压牵引采煤机。 电牵引采煤机与液压牵引采煤机的总体结构和工作原理大致相同，主要区别在 于：牵引方式的改变，引起牵引部结构的变化；截割部与牵引部分别由电动机驱动。 电牵引采煤机与液压牵引采煤机相比有牵引特性较好、机械传动效率高、牵引 力大、牵引速度高、工作可靠性高、易于实现微机自动控制、机械传动和结构较简 单、生产率显著提高等优点。 4、刨煤机 刨煤机是一种以刨头为工作机构为工作机构，采用刨削方式落煤的浅截式采煤 机械。 刨煤机的工作过程：刨煤机的刨头通过刨链沿输送机往复牵引时，利用刨头上 刨刀的切削力把煤刨落，同时利用刨头的犁形斜面把煤装入输送机。输送机和刨煤 机组成一个整体，利用液压千斤顶推移，从而实现了落煤、装煤、运煤等工序的机 械化。刨煤机与液压支架配套使用就能实现全工作面的综合机械化。 为了提高刨煤效率，刨煤机的牵引速度近几年来有了很大提高，出现了许多种 的快速刨煤机，速度的快慢是对输送机的链速而言，一般为输送机链速的 1-2 倍。 为了能装满输送机，最大限度地发挥输送机的能力，刨速与输送机链速的最佳比值 为 1:3，除了拖钩式快速刨煤机外，滑行刨也是快速刨煤机。 目前刨煤机是薄煤层采煤机械化有效的采煤机械，也是主要发展途径之一，尤 其是在很薄的煤层中，刨煤机的优越性更加突出。 5、连续采煤机 1949 年美国利诺斯公司研制成功第一台连续采煤机。在 20 世纪 60 年代之前， 连续采煤机主要用于房式或房柱式采煤。到 60 年代之后，美国将连续采煤机推广应 用于长臂采煤的准备巷道的快速掘进中。现在，连续采煤机在世界很多国家中使用， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 发展很快，取得了显著的经济效益。 连续采煤机按截割煤层厚度可分为薄、中、厚 3 种，按截割煤的软硬程度又可 分为中等坚硬、坚硬和特坚硬 3 种。它们的共同特点如下： （1） 多电动机独立驱动 （2） 采用横轴式较长的截割滚筒 （3） 截割滚筒的截齿布置较简单，截线距离较大 （4） 增强截割硬煤和夹矸的能力 （5） 装运机构的传动布置已定型化，输送机链条结构已标准化 （6） 采用启动扭矩高的直流串激电动机驱动行走履带结构 （7） 各主要传动系统多采用电动机驱动 （8） 液压系统采用了齿轮油泵、多液压缸开式系统 （9） 机器的自动控制、自动检测、安全装置较完善。 6、掘进机 掘进机是截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾降尘等功能，以机 械方式破落煤岩的掘进设备，有的掘进机还具有支护功能。掘进机掘进比钻爆法掘 进有许多优点：掘进速度高，成本低，围岩不易被破坏， ；利于支护，减少冒顶和瓦 斯突出，减少超挖量，改善劳动条件，提高生产的安全性。 掘进机根据所掘断面的形状，分为全断面掘进机和部分断面掘进机。全断面掘 进机适用于直径为 2.5-10m 的全岩巷道、岩石单轴抗压强度为 50-350mpa 的硬岩巷 道，可一次截割出所需断面，且断面形状多为圆形，主要用于工程涵洞及隧道的岩 石掘进。 部分断面掘进机一般适用于单轴抗压强度小于 60mpa 的煤巷、煤-岩巷、软岩水 平巷道，但大功率掘进机也可用于单轴抗压强度达到 200mpa 的硬岩巷道。部分断面 掘进机一次仅能截割一部分断面，需要工作机构多次摆动、逐次截割才能掘出所需 断面，断面形状可以使矩形、梯形、拱形等多种形状。 部分断面掘进机截割工作机构的刀具作用在巷道局部断面上，靠截割工作机构 的摆动，依次破落所掘进断面的煤岩，从而掘出所需断面的形状，实现整个断面的 掘进。部分断面掘进机按工作机构可分为冲击式掘进机、连续采煤机和圆盘滚刀式 采煤机、悬臂式掘进机 4 种。其中悬臂式掘进机在煤矿使用普遍。 悬臂式掘进机按截割头的布置方式，可分纵轴式和横轴式两种；按掘进对象， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 可分为煤巷悬臂式掘进机、煤-岩巷悬臂式掘进机和全岩巷悬臂式掘进机 3 种；按机 器的驱动形式，可分为电力驱动和电-液驱动两种。 2.22.2 支护设备支护设备 1、单体支护设备 单体支护设备包括木支柱、金属摩擦支柱、单体液压支柱、金属铰链顶梁、切 顶支柱和滑移顶梁支架。 木支柱强度受材质影响很大，各支柱承载不均衡，回柱困难，效率低，回柱后 复用率低，木材浪费量大，工作面顶板下沉量大，冒顶事故多，不安全，不适应机 械化采煤；但其重量轻，适应性强。 金属摩擦支柱结构简单，重量轻，造价低，回柱后复用率高；但初撑力小且不 均匀，支撑力受温度和湿度的影响大，容易造成工作面顶板不均衡下称和破碎，影 响安全生产，也无法保证足够的恒增降距。 单体液压支架工作阻力恒定，各支柱承受载荷均匀，初撑力大，支设效率高， 操作方便，工人劳动强度低，可实现远距离卸载，回柱安全，工作面顶板下沉量小， 冒顶事故少；但构造比较复杂，如果局部密封失效，会导致整个支柱失去支撑能力， 维护检修量大，维护费用高。 从安全状况的改善、工作面生产效率的提高、辅助材料消耗量的降低以及最终 实际支护费用的降低方面来分析，单体液压支柱具有较明显的综合优势。 2、液压支架 回采工作面常用的自移式液压支架式以高压液体作动力，并由液压元件（液压缸 和液压阀）与金属构件组成的一种用来支撑和管理顶板的设备，它不仅能实现支撑、 切顶和隔离采空区，而且还能使支架本身前移和推动输送机。液压支架具有支护性 能好、强度高、移设速度快、安全可靠等优点，配合可弯曲刮板输送机和采煤机组 成了回采工作面的综合机械化设备。 液压支架按对顶板的支护方式和结构特点不同，分为支撑式、掩护式和支撑掩 护式 3 种基本架型。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 2.32.3 其余设备其余设备 1、乳化液泵站 乳化液泵张是采煤工作面的一种重要的设备，它是液压支架和外注式单体液压 支柱的动力源。乳化液泵站由乳化液泵、乳化液箱和其他附属设备组成，具有完善 的控制、过滤及安全保护功能。随着高产高效综合机械化工作面的发展，乳化液泵 站也不断更新换代。总的趋势是增大其主要性能参数，如提高乳化液泵的压力、流 量，改进结构，提高可靠性，引入微机自动监控技术等。 目前国内广泛使用的乳化液泵站均为随工作面的推进而不断前移的移动式泵站， 近年来，国内外相继出现了一种远距离集中供液的固定式泵站，它距工作面最远距 离可达 3-4km，采用 50-70mm 厚壁无缝钢管将高压乳化液送到工作面，再转接胶管 分供液压支架。回液用 56mm 胶管再接 80-100mm 的钢管返回液箱。泵站相对固定， 不必每日移动，改善了泵站的安装、运行和维护管理工作，并可同时向两个工作面 供液。 2、钻孔机械 钻孔机械主要用在岩巷掘进的钻眼爆破法工作面中钻凿炮眼，是钻孔施工中所 使用的孔内机具，主要指凿岩机的钎头、钎杆和钻机的钻头、钻杆等。 凿岩机按冲击破碎原理进行工作。工作时活塞作高频往复运动，不断地冲击纤 尾。在冲击力的作用下，呈尖楔状的钎头将岩石压碎并凿入一定深度，形成一道凹 痕。两凹痕之间的扇形岩块被由钎头上产生的水平分力剪碎。活塞不断冲击钎尾， 并从钎杆的中心孔连续输入压缩空气或压力水，将岩渣排出孔外，即可形成一定深 度的圆形钻孔。 给类凿岩机的结构原理基本相似，只是在动力方式上有所不同。凿岩机按动力 不同，可分为气动、液压、电动和内燃凿岩机 4 类。 3、装载机械 用钻眼爆破法掘进巷道时，工作面爆破后碎落下来的煤沿需要装载到运输设备中远 离工作面，实现这一功能的设备统称为装载机械。装载机械按行走方式分为轨轮式、 履带式、轮胎式和雪橇式；按驱动方式分为电动驱动、气动驱动、电液驱动；按作 业过程的特点分为间歇动作式和连续动作式两大类。间歇动作式转载机械式工作机 构摄取物料时为间歇动作的装载机，主要是耙斗式、后卸式铲斗装载机和侧卸式铲 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 斗装载机等。连续动作式装载机械是工作机构摄取物料时为连续动作的装载机，主 要有扒抓式装载机、立爪式装载机、扒爪立爪式装载机、圆盘式装载机和振动式装 载机等。 第三章 掩护式液压支架概述 液压支架是在摩檫支柱和单体液压支柱等基础上发展起来的工作面机械化支护 设备。它与滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、转载机及胶带输送机等形成了一个有 机的整体，实现了包括采、支、运等主要工序的综合机械化采煤工艺，从而使长壁 采煤技术进入了一个新的阶段。 液压支架能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，防止矸石窜入 工作面，保证作业空间，并且能够随着工作面的推进而机械化移动，不断地将采煤 机和输送机推向煤壁，从而满足了工作面高产、高效和安全生产的要求，因此液压 支架成了现代采煤技术中的关键设备之一。 3.1 液压支架的用途 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，必须对顶板进行支护。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。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组成综合机 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起着重要作用。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。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 3.2 液压支架的工作原理 液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。这些动作是利用乳化 液泵站提供的高压液体，通过液压控制不同功能的液压缸来完成的。每架支架的液 压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统，如图 11 所示，其中液 控单向阀和安全阀设在架内，操纵阀可设在本架或邻架内，前者为本架操作，后者 为邻架操作 1升柱 当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回液，推 动活塞上升，使与活塞杆想连接的顶梁紧紧接触顶板。 2降柱 当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降， 于是顶梁脱离顶板。 3支架和输送机前移 支架和输送机的前移，都是由于底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前 移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔 回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当输送机前移时，支架 支撑顶板后，高压液体进入推移千斤顶活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，使活 塞杆伸出，把输送机推向煤壁。 由以上分析可以看出，支架工作时的支撑力变化可分为三个阶段，如图 32， 即：开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段，初撑后至安全阀开启前的增阻阶 0 t 图 3-1 液压支架工作原理图 1- 顶梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤顶；5-安全阀； 6-液控单向阀； 7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管 p o 1 9 2 3 4 5 6 8 11 7 12 10 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 段 ，以及安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段，这就是液压支架的阻力时间 1 t 2 t 特性。它表明液压支架在低于额定工作阻力下工作时，具有增阻性，以保证支架对 顶板的有效支撑作用，在达到额定工作阻力时，具有恒阻性；为使支架恒定在此最 大支撑力，又具有可缩性，即支架在保持恒定工作阻力下，能随顶板下沉而下缩。 增阻性主要取决于液控单向立柱的密封性能，恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现， 因此安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。 3.3 液压支架的主要结构件及用途 液压支架由以下六个主要部分组成：顶梁、底座、立柱、掩护梁、活动侧护板、 推移机构、操纵控制系统，如图 3-2、图 3-3 所示。 图 32 液压支架工作特性曲线 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 图 33 支架组成结构图 1、2 互帮装置 3 前梁 4 顶梁 5、6 立柱 7 掩护梁 8 后连杆 9 前连杆 10 底座 11 推移装置 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 图 3-4 各个部件立体图 3.3.13.3.1 顶梁顶梁 用途： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 1用于支撑维护控顶区的顶板。 2承受顶板的压力。 3将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。 3.3.23.3.2 底座底座 用途： 1为支架的其他结构件和工作机构提供安装的基础。 2与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构。 3将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底座。 3.3.33.3.3 掩护梁掩护梁 用途： 1掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座。 2掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩。 3掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起 ，构成了支架完善的支撑和掩护体， 完善了支架的掩护和挡矸能力。 3.3.43.3.4 活动侧护板活动侧护板 用途： 1与邻架的顶梁、掩护梁和后连杆的固定侧护板相贴，构成了支架的挡矸屏障。 2支架移架时起导向作用。 3利用侧推千斤顶可调整支架的横向位置或防倒扶正支架。 3.3.53.3.5 连杆连杆 前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座共同组成四 连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 3.4 液压支架的设计目的、要求和基本参数 3.4.13.4.1 设计目的设计目的 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。 3.4.23.4.2 对液压支架的基本要求对液压支架的基本要求 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，以便有效的控制顶板，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 100kn 左右；移架力根 据煤层厚度而确定，薄煤层一般为 100kn150kn，中厚煤层一般为 150kn250kn， 厚煤层一般为 300kn400kn。 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。 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。 10在满足强度条件下，尽可能减轻支架的重量。 11要易于拆卸，结构简单。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 12液压元件要可靠。 3.4.33.4.3 液压支架的基本参数液压支架的基本参数 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，按安保规程规定，验算通风断面。 4底板岩性和小时涌水量 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，决定是否选用防滑防倒装置。 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。 3.5 液压支架的分类 液压支架按结构形式，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类如图 35 所示。 1支撑式液压支架 支撑式液压支架利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。其特点是：立 柱多，支撑力大，切顶性能好；顶梁长，通风断面大，适用于中等稳定以上的顶板。 支撑式支架有节式和垛式之分。 （1）节式 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 节式支架由 24 个框架组成，用导向机构互相联系，交替前进， （2）垛式 整个支架为一整体结构，整体移动，通常有 46 根立柱，可以支撑坚硬与极坚 硬的顶板。 图3-5 液压支架结构型式 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 2掩护式液压支架 掩护式液压支架利用立柱、短顶梁支撑顶板，利用掩护梁来防止岩石落入工作 面。其特点是：立柱少，切顶能力弱；顶梁短，控顶距小；由前后连杆和底座铰接 构成的四连杆机构使抗水平力的能力增强，立柱不受横向力；而且使板前端的运动 轨迹为近似平行于煤壁的双纽线，梁端距变化小；架间通过侧护板密封，掩护性能 好；调高范围大，适用于松散破碎的不稳定或中等稳定的顶板。 3支撑掩护式液压支架 支撑掩护式液压支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和 防护作用，适于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。 根据使用条件，支撑掩护式液压支架的前、后排立柱可前倾或后倾，倾角大小 也可不同。前、后立柱交叉布置的支架适用于薄煤层。 液压支架根据使用条件可划分为如表 31 所示： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21 表 3-1 按使用条件分类表按使用条件分类表 分类标准具体分为 厚煤层一次采全高支架（3.5m） 中厚煤层支架（1