二柱大采高掩护式液压支架设计【6张CAD图纸和说明书】

目    录

1序论…………………………………………………………………1
1.1液压支架的用途…………………………………………………1
1.2液压支架的工作原理……………………………………………1
1.3液压支架的设计目的、要求和基本参数　……………………2
    1.3.1设计目的…………………………………………………2
    1.3.2 对液压支架的基本要求…………………………………3
    1.3.3 设计支架必需的基本参数………………………………3
1.4液压支架的分类…………………………………………………3
1. 5 液压支架的主要结构件及其用途……………………………4
    1.5.1顶梁………………………………………………………4
  1.5.2底座………………………………………………………4
  1.5.3掩护梁……………………………………………………4
  1.5.4活动侧护板………………………………………………5
  1.5.5连杆………………………………………………………5
1. 6液压支架的液压系统……………………………………………5
  1.6.1液压支架传动系统的基本要求  ………………………5
  1.6.2液压支架的液压传动特点  ……………………………5
1.7液压支架的选型 …………………………………………………6
1.8液压支架的设计动向 ……………………………………………7
2液压支架的结构设计………………………………………………7
2.1 液压支架的主要尺寸的确定 ……………………………………… 7
  2.1.1支架高度和伸缩比………………………………………7
  2.1.2支架间距…………………………………………………8
  2.1.3底座长度…………………………………………………8
  2.1.4顶梁长度的确定…………………………………………8
  2.1.5立柱布置 ………………………………………………10
  2.1.6通风断面的计算 ………………………………………10
2.2各部件结构选择…………………………………………………11
  2.2.1顶梁 ……………………………………………………11
  2.2.2底座 ……………………………………………………13
  2.2.3立柱 ……………………………………………………14
  2.2.4推移千斤顶 ……………………………………………15
  2.2.5平衡千斤顶 ……………………………………………16
  2.2.5侧推千斤顶 ……………………………………………16
2.3液压支架基本技术参数的确定…………………………………16
  2.3.1支护面积 ………………………………………………16
  2.3.2支护强度与工作阻力……………………………………17
  2.3.3确定立柱的技术参数 …………………………………17
  2.3.4立柱的初撑力与泵站的额定工作压力 ………………18
  2.3.5安全阀压力和立柱工作阻力的确定 …………………18
  2.3.6推移千斤顶 ……………………………………………18
  2.3.7平衡千斤顶 ……………………………………………19
3液压支架的受力分析……………………………………………21
  3.1概述 …………………………………………………………22
  3.1.1液压支架工作状态 ……………………………………22
  3.1.2计算载荷的确定 ………………………………………22
3.2液压支架的受力分析…………………………………………23
3.3顶梁载荷分布…………………………………………………28
3.4支护强度计算…………………………………………………29
3.5底座接触比压计算……………………………………………30
3.6支护效率………………………………………………………34
3.7支架受力的影响因素…………………………………………34
4液压支架的强度条件……………………………………………36
4.1强度条件………………………………………………………36
4.2液压支架的强度校核…………………………………………37
  4.2.1顶梁强度校核 …………………………………………37
  4.2.2底座强度校核 …………………………………………43
  4.2.3 顶梁上平衡千斤顶耳板的强度校核 …………………47
4.2.4 掩护梁的强度校核 ……………………………………48
4.2.5 平衡千斤的强度校核 …………………………………53
4.2.6 立柱强度校核   ………………………………………54
4.2.7 前连杆强度校核及对应销轴 …………………………61
4.2.8 后连杆强度校核及对应销轴 …………………………63
5 液压支架的液压系统 …………………………………………64
  5.1立柱和千斤顶…………………………………………………65
5.2支架液压阀……………………………………………………66
  5.2.1液控单向阀………………………………………………66
  5.2.2安全阀……………………………………………………66
  5.2.3操纵阀……………………………………………………67
5.3液压支架液压原理图…………………………………………67
5.4液压支架的控制方式…………………………………………67
  5.4.1手动控制…………………………………………………67
  5.4.2自动控制…………………………………………………68
5.5液压系统安装、调试、保养…………………………………68
  5.5.1安装………………………………………………………68
  5.5.2调试………………………………………………………74
  5.5.3保养………………………………………………………75
······
结论…………………………………………………………………77
参考文献……………………………………………………………78
翻译部分
英文原文………………………………………………………79
中文译文………………………………………………………83
致谢…………………………………………………………………87

1 序论
   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。液压支架的总重量和初期投资费用占工作面整套综采设备的60%~70%左右，因此液压支架成了现代采煤技术中的关键设备之一。
1.1 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。而液压支架是一高压液体作为动力，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。
1.2 液压支架的工作原理
液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。如图1—1所示
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，另一腔回来，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；当需要输送机时，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。

1.3 液压支架的设计目的、要求和基本参数
1.3.1 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。
1.3.2 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；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100kN～150kN，中厚煤层一般为150kN至250kN，厚煤层一般为300kN～400kN。
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。
12．液压元件要可靠。
1.3.3设计液压支架必需的基本参数
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，按保安规程规定，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，决定是够选用防滑防倒装置。
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。
1.4 液压支架的分类
液压支架按结构形式划分，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。
1．支撑式支架
支撑式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。
支撑式支架有垛式和节式之分。
（1）节式
节式支架由2～4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4～6根立柱，可以支撑坚硬与极坚硬的顶板。
2．掩护式支架
掩护式支架利用立柱、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．支撑掩护式支架
支撑掩护式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。
1.5 液压支架的主要结构件及其用途
1.5.1 顶梁
用途：
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。
1.5.2 底座
用途：
1．为支架的其他结构件和工作机构提供安设的基础。
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板。