低位放顶煤液压支架设计【5张CAD图纸和说明书】

 目    录
1 综 述 ……………………………………………………………………………1
1.1液压支架的应用与研究现状 ………………………………………………1
1.1.1 国外液压支架现状 ………………………………………………………1
1.1.2 国内外液压支架现状 ……………………………………………………1
1.2液压支架的研究与发展趋势 ………………………………………………2
1.3液压支架的工作情况 ………………………………………………………6
1.4液压支架的组成 ……………………………………………………………7
1.4.1 四柱式低位放顶煤液压支架的组成 ……………………………………8
1.4.2 放顶煤液压支架适用范围 ………………………………………………8
1.4.3 低位放顶煤液压支架主要技术特征 ……………………………………8
1.5 液压支架的机构类型………………………………………………………10
1.6 液压支架的工作原理………………………………………………………12   
1.6.1支架升降和推移 …………………………………………………………13
1.6.2支架的承载过程 …………………………………………………………13
1.7 液压支架的支护方式………………………………………………………14
2 液压支架选型及综采选面 ……………………………………………………16
2.1 液压支架设计目的、要求、基本参数及其它……………………………16
2.1.1设计目的 …………………………………………………………………16
2.1.2对液压支架的基本要求 …………………………………………………16
2.1.3液压支架必需的基本参数 ………………………………………………16
2.2 液压支架选型影响因素……………………………………………………17
2.2.1顶板稳定性 ………………………………………………………………17
2.2.2底板稳定性 ………………………………………………………………18
  2.2.3煤层厚度 …………………………………………………………………18 
2.2.4煤层倾角 …………………………………………………………………18
2.2.5煤层埋藏稳定性 …………………………………………………………19
2.2.6煤层瓦斯含量 ……………………………………………………………19
2.3  液压支架的基本架型及支护能力 ………………………………………20
2.3.1支撑式支架 ………………………………………………………………20
2.3.2掩护式支架 ………………………………………………………………20
2.3.3支撑掩护式支架 …………………………………………………………20
2.3.4放顶煤液压支架的分类 …………………………………………………21
2.3.5低位放顶煤液压支架的主要结构 ………………………………………23
2.4 液压支架架型的选择依据…………………………………………………23
3 液压支架结构参数设计方法和要求 …………………………………………26
3.1 确定液压支架结构参数原则和内容………………………………………26
3.2 液压支架主要结构参数和形式的确定……………………………………26
3.2.1支架的高度和支架的伸缩比 ……………………………………………26
3.2.2梁端距和顶梁长度的确定 ………………………………………………27
3.2.3支架间距和宽度的确定 …………………………………………………29
3.2.4支护强度和工作阻力 ……………………………………………………30
3.2.5初撑力 ……………………………………………………………………30
3.2.6移架力和推溜力 …………………………………………………………30
3.2.7立柱布置 …………………………………………………………………31
3.2.8通风断面的计算 …………………………………………………………31
3.3 四连杆机构的确定…………………………………………………………32
3.3.1四连杆机构的作用 ………………………………………………………32
3.3.2四连杆机构的几何特征 …………………………………………………32
3.3.3四连杆机构的几何作图法 ………………………………………………34
3.3.4底座长度 …………………………………………………………………37
3.3.5液压支架性能参数的确定 ………………………………………………37
3.3.6各部件结构选择 …………………………………………………………41
顶梁 ……………………………………………………………………42
立柱 ……………………………………………………………………44
掩护梁和四连杆机构 …………………………………………………45
底座 ……………………………………………………………………46
侧护板 …………………………………………………………………48
千斤顶 …………………………………………………………………49
4 液压支架的强度设计 …………………………………………………………52
4.1  概述 ………………………………………………………………………52                                                        
4.1.1液压支架工作状态 ………………………………………………………52
4.1.2计算载荷的确定 …………………………………………………………52
4.2  液压支架的受力分析与计算 ……………………………………………53
4.2.1支架整体受力分析 ………………………………………………………55
4.2.2顶梁的受力分析与计算 …………………………………………………56
4.2.3掩护梁的受力分析与计算 ………………………………………………59
4.2.4底座的受力分析与计算 …………………………………………………61
4.3 顶梁载荷分布………………………………………………………………62
4.4 底座接触比压………………………………………………………………63
5液压支架的强度计算……………………………………………………………67
5.1 强度条件……………………………………………………………………67
5.2 液压支架的强度校核………………………………………………………68
5.2.1前梁强度校核 ……………………………………………………………68
5.2.2主顶梁强度校核 …………………………………………………………72
5.2.3底座强度校核 ……………………………………………………………78
5.2.4掩护梁的强度校核 ………………………………………………………82
5.2.5 前连杆强度校核及对应销轴……………………………………………86
5.2.6 后连杆强度校核及对应轴校核…………………………………………87
6 液压支架的液压系统 …………………………………………………………89
6.1立柱和千斤顶………………………………………………………………89
6.2支架液压阀…………………………………………………………………90
6.2.1 液控单向阀………………………………………………………………91
6.2.2 安全阀……………………………………………………………………91
6.2.3 操纵阀……………………………………………………………………91
6.3液压支架液压原理图………………………………………………………91
6.4液压支架的控制方式………………………………………………………92
6.4.1 手动控制…………………………………………………………………92
6.4.2 自动控制…………………………………………………………………93
6.5液压系统安装、调试、保养………………………………………………93
6.5.1  安装 ……………………………………………………………………93
6.5.2  调试 ……………………………………………………………………95
6.5.3  保养 ……………………………………………………………………96
结论 ………………………………………………………………………………98
参考文献 …………………………………………………………………………99
翻译部分  ………………………………………………………………………101
英文原文 …………………………………………………………………101
中文译文 …………………………………………………………………108
致谢  ……………………………………………………………………………120

摘  要

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。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。而液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。
液压支架主要有以下几个基本部分组成：顶梁，底座，液压支柱，千斤顶，掩护梁，四连杆机构。设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。
在支撑掩护式的设计中，前梁、主顶梁、掩护梁和立柱等结构件的设计是重点。本论文介绍了液压支架的结构、类型、工作原理、目的及要求，对掩护使液压支架作了详尽的分析和介绍，讲述了这种支架的设计方案和用途。

关键词：液压支架; 支护; 四连杆机构; 顶梁; 掩护梁; 液压支柱或者支柱; 结构设计.

ABSTRACT

The comprehensive mechanization of coal mining is the zcceleration coal industrial development of our country , raises labor productivity substantially, realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement working environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is one of the comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining.
Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle.
In the design course that the type of supports cover type, the design of canopy and caving shield and props is key. This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support.

Keywords: hydraulic support; shoring; 4 linkage mechanisms; canopy; caving shield; hydraulic legs or props; structure design.

1 综 述
液压支架是在摩擦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组成一个有机的整体，实现了采、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的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，不断的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 液压支架的应用与研究现状
液压支架是综合机械化工作面的主体设备，它能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，保持安全的地下作业空间，并实现回采工作面及其相关设备的机械化推移。液压支架与采煤机、可弯曲输送机和顺槽转载机配合，构成了回采工作面的综合机械化设备，从而为煤矿地下开采实现高产、高效和安全生产创造了条件。因此，采用液压支架支护顶板是当代采煤技术的一次重要变革，也是煤矿生产现代化的重要标志。
1.1.1 国外液压支架现状
支护和控制顶板，保持工作面的安全生产空间，是煤矿地下开采中的首要任务。在二十世纪五十年代前，国内外煤矿生产中，基本上均采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。1954年英国首次研制出液压支架，将液压技术应用到支护设备上，从而开辟了回采工作面支护设备的技术革命。从二十世纪六十年代起，国外各主要产煤国家，如前苏联、英国、法国、澳大利亚、美国、波兰等国家均相继大力发展和研制了各种型式的液压支架，并在煤矿生产中获得了广泛而成功的应用，从根本上改变和提高了地下开采的作业条件和安全性。据统计，目前这些主要产煤国家的地下开采综合机械化程度己达到90%左右，取得了良好的经济和社会效益。八十年代以来， 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。目前，以液压支架为主体的地下开采设备，己逐步向程控、遥控和自动化方向发展。这种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. 8～1m 的截深。支架还采用屈服强度800～1000MPa 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40～50MPa ， 额定流量400～500L / min ，可实现工作面成组或成排快速移架，达到6～8s/ 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6～8s/ 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， 阿科煤炭公司的西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5000～6000t 。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6000～8000kN 。
1.1.2 国内外液压支架现状
我国是煤炭生产大国，在二十世纪六十年代也曾研制了几种液压支架，但未得到推广和应用。七十年代我国从英、德、波兰和前苏联等国引进了数十套液压支架，经过试用、仿制和总结经验，到八十年代以后我国液压支架的研制和应用获得了迅速的发展，相继研制和生产了TD系列、ZY系列和ZZ系列等二十多种不同规格的液压支架，并在国内大、中型煤矿中推广应用，大大提高了我国煤矿开采的机械化水平。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。据统计：1995年，我国统配煤矿的综合机械化程度已达50%左右，液压支架在籍套为509套：2000年统配煤矿机械化程度己达65%。液压支架在籍套数达700多套。目前，国内大、中型矿井中，条件合适的煤层均采用液压支架进行综合机械化开采。液压支架己成为保证安全、高效生产的一种重要设备。在综采比例方面也低与世界产煤大国地位极不相称世界主要产煤国家的综采比例都是全国煤炭井工生产的比例。波兰是92.5 % ，俄罗斯是85.7 % ，乌克兰是76.4 % ， 而美国、德国、英国、日本都是99 %以上。我国1998 年统计，国有重点煤矿回采产量3.67 亿t ，只有1.87 亿t 是综采生产，占49.32 %。而国有地方煤矿的综采比例远低于此数；乡镇地方煤矿则基本是空白。据初步估计，按全国井工生产的煤炭来算，综采比例只有23 %左右。
我们液压支架制造技术水平比较落后，在支架材料、加工工艺、性能和使用寿命等方面与世界先进国家相比还有很大差距。支架液压系统的阀类，用的是乳化油，防锈蚀要求很高，国外一直使用铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯；我国是45 号钢加表面防腐处理。密封件的寿命国外大于5a ，我国是2a 左右。我国液压支架耐久性试验要求是大于7 000 次，印度要求是大于35 000 次，美国是大于45 000 次。这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用，在国内高产工作面及在国际上是没有竞争力的。综采工程技术人员普遍认为目前我国支架的工艺技术水平尚未达到1979 年引进的100套支架的技术水平，可想落后远不止20 a 。国内产煤大矿务局高产工作面使用进口设备这一问题发人深省。
我们液压支架控制系统的研究也落后，目前，我国国产液压支架的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式，虽然具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点，但它存在严重缺点： (1) 工人劳动条件差，安全性差；(2)移架速度慢，影响采煤机效率的发挥； (3) 通风条件差，支架故障率高； (4) 支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关系。
1.2 液压支架的研究与发展趋势
21 世纪是以网络信息为代表高科技迅猛发展的新时期，也是是煤矿以高效集约化生产为特征的新时期，为了满足高产综采工作面生产发展的需要，就煤炭综采而言，国外主要产煤国家从未停止过依靠更大的技术投入取得采煤更高经济效益的努力。我们也必须抓紧研制和推广电液控制系统。液压支架实现自动控制后，就可有效地克服上述缺点，实现对支架的电液控制，而且有多种控制方式可供选择，人员可在较安全的地方集中对整个工作面的支架进行远程控制或程序控制。现在世界上已经有70 多个电液自动化控制工作面。工作面的技术设备又正在以迅猛之势向前发展。我们不能依赖老实进口，我们要自己研制，否则和我国产煤大国的地位也是极不相称的。
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Φ25～Φ32mm ，回液管Φ25～Φ50mm ， 最快移架速度10～12s/ 架(井下实际应用有时在20s 以上) ， 工作阻力更是相对较低。