二柱大采高掩护式液压支架设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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。液压支架充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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。 图 1-1 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 PO192345681171210充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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。 1.5.3 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。 1.5.4 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。 1.5.5 连杆 前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分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。 1.6 液压支架的液压系 统 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀以实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸（立柱和千斤顶）种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统。 1.6.1 液压支架传动系统的基本要求 对于液压支架的传动装置，应具有以下基本要求：采用结构比较简单，设备外形尺寸小，能远距离的传送大的能量；能承受较大载荷；没有复杂的传动机构；在爆炸危险和含尘的空气里保证安全工作；动作迅速；操作调节简单；过载及损坏保护简单。 容积式液压传动可最大限度的满足这些要求，因此，所有液压支架均采用 这种传动。 1.6.2 液压支架的液压传动特点 液压支架的液压传动，与其他机械的容积式液压传动有很大的区别，其特点如下： 工作液的压力高（管路内的压力达 20 40MPa，立柱内的压力达 3070MPa），流量大（ 30 150l/min）； 在液压系统中，采用粘度低和容量大的液体为工作介质； 液压缸、操纵阀，其他调节和控制装置等总的数量大（高压泵 1 6 台，液压缸 300 1500 个，安全阀 150 300 个，还有同样数量的液控单向阀）； 很长的液压管路（ 200 300m刚性管， 500 3000m高压软管） ； 泵 液压缸传动系统的换算弹性模数较低； 根据支架的数目改变液流的参数； 所有支架在结构上都有着相同的液压缸、液压装置以及他们之间都有相同的连接方式（相同的液压系统）； 每节支架都重复着相同的工序，这些工序的总和构成液压支架的基本工序； 为了保证系统具有较高的容积效率，实现无故障作业以及工作人员的安全，液压系统的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 这些基本特点决定了液压传动元件以及整个系统在结构上的特点，即： 液压支架是以单节支架为单元的，这就决定了液压系统的构成，即工作面支架和端头支架的液压系统成为液压支架的 基本组成部分。此外，可以把泵站、中心控制台和支架的液压管路等部分作为支架的公用液压系统。其中每个部分都具有其独立的功能，在改善液压传动或者制定新的方案时，一般都可以单独的加以研究。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 1.7 液压支架的选型 液压支架的选型原则： 液压支架的选型，其根本目的是使综采设备适应矿井和工作面条件，投产后能做到高产，高效、安全，并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井的煤层、地质、技术和设备条进行选择。 1 液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。 2 当煤层厚度超过 1.5m，顶板有侧向推力或水平推 力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不宜选用支撑式支架。 3 当煤层厚度达到 2.5 2.8m以上时，需要选择有护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大的掩护式或双伸缩立柱的支架。 4 应使支架对底板的比压不超过底板允许的抗压强度。在底板较软条件下，应选用有抬底装置的支架或插腿掩护式支架。 5 煤层倾角 10时，支架可不设防倒防滑装置； 15 25时，排头支架应设防滑装置，工作面中部输送机设防滑装置； 25时，排头支架应设防倒防滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机设防滑装置。 6 对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并优先选用通风断面大的支撑式或支撑掩护式支架。 7 当煤层为软煤时，支架最大采高一般 2.5m；中硬煤时，支架最大采高一般 3.5m；硬煤时，支架最大采高 5m。 8 在同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。 9 断层十分发育，煤层变化大，顶板的允许暴露面积在 5 8m2，时间在 20min 以上时，暂不宜采用综采。 10特殊架型的选择可根据特殊型支架的适用条件进行选择。 1.8 液压支架的设计动向 目前国内外在液压支架的设计和使用中，新产品在不断改进和研制， 下面简单介绍一下液压支架的设计动向： 1轻型化 对支架各部分进行受力分析和优化设计，使结构紧凑，在满足强度条件和配套设备条件下，底座及顶梁尽量短些，使支架轻型化。 2标转化 为了减轻支架重量，降低成本，提高对煤层厚度顶底板条件的适应性，充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 使支架调高比减小，对同一型号搞成系列化，适应不同煤层厚度的要求。 3材质强化 提高结构件钢材的强度，采用优质钢材，减轻支架重量，设计时可进行技术经济比较，选用合适的材质。 4高压化 各种阀类压力等级加高，使阀和油缸体积减小，支架重量减轻。 5操作自动化 工作面支架操 作自动化。 2 液压支架的结构设计 2.1 液压支架的主要尺寸的确定 2.1.1 支架高度和伸缩比 由 设计要求 已知 : 支架的最大高度 Hm=5.5m 支架最小高度 Hn=2.55m 支架伸缩比 m=minmaxHH=55.25.5=2.16 2.1.2 支架间距 支架间距就是指相邻支架中心线间的距离，按下式计算 cb= mB+n3c式中 cb支架间距（支架中心距） mB每架支架顶梁总 宽 度 3c相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙 n 每架所包含的组架或框架数 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 取mB=1650mm，3c=100mm,n =1 则 cb= mB+n3c=1650+1001=1750mm 2.1.3 底座长度 底座是将顶板压力传递到底板和稳定支架的作用。在设计支架底座的长度时，应考虑如下方面：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。 因此，取底座长度为 3325 mm。如图： 2.1.4 顶梁长度的确定 支架在工作面的相对位置关系如图 2-2 所示。 图 2-1 底座示意图 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 由前排立柱到顶梁前端的长度由下式计算： b= +k+d+e-0.2Htg -c 式中 铲煤板到煤壁间距离，一般为 50 100mm k 输送机宽度 （包含铲煤板宽度） e人行道宽度 d 采煤机滚筒截深 c顶梁前端到煤壁的距离 立柱倾角 H 支架高度 选取采煤机型号为 MG750/1910-WD,外形尺寸（长 宽 高）（ mm）为1715029502120，截深 800mm 刮板输送机型号 SGZ1000/2*700,规格（长 宽 高）（ mm）为15001000.350 取 =300mm， c =450mm， k =1500mm， d =800mm 图 2-2 支架相对关系 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 另外 = 10 得 b= +k+d+e-0.2Htg -c= 300+1500+1000+800-0.2*5500*tg 10-450=2850mm 则顶梁总长为 l=l1+b=2850+0.5*2850=4300mm 2.1.5 立柱布置 本支架采用 双伸缩 式立柱。 立柱数 选立柱数目为 2。 支撑方式 掩护 式支架立柱为 倾斜布置 ,这样可克服一部分水平力 ,并能提高调高范围 。 一般立柱与顶梁垂线夹角小于 30 ,由于角度大可使调高范围增大 ,同时由于顶梁较短 ,角度大后使立柱顶梁柱窝前移 ,使顶梁尖端支护力大 。 立柱间距 立柱间距的选择原则为：有利于操作、行人和部件合理布置。本支架立柱间距选 0.9m。 2.1.6 通风断面的计算 采煤工作面的过风量有一定要求。在过风量一定时，采煤工作面的通风断面积不 应过小。但在工作面中安装液压支架后，通风断面积明显减小。因此必须验算通风断面积。一般按工作面允许风速进行验算。根据保安规程规定，工作面风速应小于 等于 5m/s。 采煤工作面风速计算按下式进行。 601 A QVm/s 式中 V 工作面风速（ m/s） 1A 支架在采煤工作面的通风断面积（ m2） Q采煤工作面所需风量（ m3/min） qzc C KQQ (m3/min) K 通风不均系数，一般取 K =1.5 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 qC保安规程允许的朝气含量，一般取qC=1% 6024 tz TqQT 日产量（ T） tq一分钟产生一吨煤沼气涌出量，一般取tq=14(m3/min) 计算： 1A =24 m2, T =1000Th 则有 : 106024 1410006024 tz TqQ(m3/min) 1 5 0 001.0 5.110 qzc C KQQ（ m3/min） 601 A QV=20601500= 1.25(m/s) V 5m/s，合乎安全规程规定。 2.2 各部件结构选择 液压支架各个部件的结构形式与工作面的顶底板条件和支架结构形式有关，选择时根据支架的结构和工作面顶底板条件，对各个部件的结构进行分析，最后择优选择。 2.2.1 顶梁 顶梁是顶板直接接触的部件，除要满足一定的刚度和强度要求外，还要保证支护顶板的需要，如：足够的顶板覆盖率；同时要适应顶板的不平整性，避免因局部应力而引起损坏。 顶梁的 结构型式 顶梁的结构型式主要有支撑式支架顶梁、掩护式支架顶梁、支撑掩护式支架顶梁，结构型式。本设计支架是掩护式支架，选用掩护式支架顶梁。 掩护式支架顶梁又可分为平衡式顶梁、潜入式顶梁、铰结式顶梁带、带前梁的铰结式顶梁和带伸缩前梁的铰结式顶梁。 各顶梁特点：平衡式顶梁，能在顶板凹凸变化时自取平衡，单顶梁后部和掩护梁形成三角区，易被冒落矸石堵住，影响支护效果；潜入式顶梁，顶充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 梁后端为扇形结构，掩护梁可潜入扇形结构内，消除了三角区；铰结式顶梁取消了三角区，用平衡千斤顶调解与顶板的接触面积；带前梁的铰结式顶梁，可提高 前梁的支护能力，改善前梁前端的支护效果；带伸缩前梁的铰结式顶梁，可及时支护顶板，减少顶板的暴露时间。 本设计采用铰结式顶梁。 顶梁结构和断面形状 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。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。掩护式支架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。 顶梁是与顶板直接接触的构件，除满足一定的刚度和强度要求外，还要保证支护顶板的需 要，如：有足够的顶板覆盖率；同时要求适应顶板的不平衡性，避免因局部应力而引起损坏。 本支架为 支顶掩护 式支架，故采用刚性 整体 顶梁，如下图 2-3 所示，各类顶梁都为箱式结构，一般有钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘形。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。 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。 按顶梁的断面形状可以把顶梁分成如下结构形状： （ 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 2 3 所示。 ab图 2 3 顶梁筋板焊接图 一种为立筋突出型，如图 2 3a 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，单焊接强度不如前一种，如图 2 3b 所示。 （ 2）开式顶梁 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 开式顶梁结构如图 2 4 所示。 图 2 4 顶梁开式立筋型式 开式顶梁的特点，可减轻顶梁重量，增强顶梁的抗弯强度。 对于掩护式支架，为便于侧护板能自由伸缩，要在顶梁顶板上加焊 一块 比侧护板钢板厚的钢板，称为顶板。，同时加强了顶梁的结构刚度。 顶板的几何尺寸及具体结构详见计算部分和图纸及电子文档。 2.2.2 底座 支架的结构型式通常有三种类型。 （ 1） 整体刚性 整体刚性底座的特点与适用条件：底座用钢板焊接成箱形结构，底部封闭，具有整体性强、强度高、稳定性好，对底座比压小的特点；排矸性能差，容易堵卡，损坏推移机构部件；多用于支撑掩护式、掩护式或垛式支架；适用于顶板比较松软，采高与倾角大以及顶板稳定顶板来压较强烈等条件。 （ 2） 分式刚性 分式刚性底座的特点与适用条件：底座左 右对称的两部分，上部用过桥或箱形结构固定连接；这种底座在刚性、稳定性和强度等方面基本上与整体刚性底座相同；安装推移装置通道的底板不封闭，排矸性能好，有利于保证推移装置的正常工作；底座面积小，一般不宜用在底板松软条件；适用于支撑掩护式、掩护式或垛式等各类支架，在底板比压允许的条件下，广为采用。 （ 3） 左右分体 左右分体支架的特点与适用条件：由左右两个独立而对称的箱形结构件组成，两部分之间用铰结过桥或连杆连接，并可在一定范围内摆动，对不平底板适应性较好；底座中部的排矸性能好；底座底面积小，底座比压较大，不宜 用在松软底板；稳定性差，不宜用在大高度、大倾角液压支架；多用于掩护式或支撑掩护式支架。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 此外，还有前后分体、带铰结底靴板和柱靴式底座，不再详述。 本设计选用了整体式刚性底座，并在底座之间下部加焊了两块钢板，以增强底座的适应性，具体结构详见设计图纸。 2.2.3 立柱 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。 立柱按动作方式，可分为单作用和双作用；按支架种类，可分为活塞式和活柱式 ；按伸缩方式，可分为单伸缩和双伸缩。 本支架在 设计中采 用 了双 伸缩式立柱。 该立柱结构如 2 5图： 图 2 5 双伸缩式立柱 立柱的结构由缸体、活塞、缸口和活塞杆等组成。 缸体是立柱的承压部件。一般用 27SiMn 无缝钢管制成。缸体内表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。 活塞是立柱的关键元件，对它的主要要求是保证密封性能良好，运动表面能承受外力的冲击。 活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用钢制作活塞时，可在活塞上安装导向环与缸体内径配合。导向环多用塑料制品，也有用铜合金制成。在不承受横向力或横向 力很小的情况下，可以用保护密封圈的尼龙挡圈兼做导向环。 活塞靠密封圈密封，密封圈有 O 型、 Y 型、 U 型、 V 型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是两个夹布 U 型橡胶圈压制而成的整体实心密封圈，它和两个 L充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 型防挤圈一起使用，适用于工作压力 19.6 58.8MPa，在压力小于 24.5MPa时，可以不加挡圈。它可用于各种活塞上的双向密封。 蕾型密封圈是一个 U 型夹布橡胶圈和唇内夹橡胶压制而成的单向实心密封圈。它适用于装入各种液压活塞头和导向套上，为单向密封。工作压力小于 58.8MPa 时，可以不加挡圈。 以上两种密封圈的使用，简化了活 塞结构，装配方便，但密封圈本身加工较复杂。 活塞的轴向固定方式由三种：用螺帽加防松螺钉固定；用压盘和螺钉固定；用半圆环加弹性挡圈固定。 活柱和活塞杆是立柱传递机械力的重要零件，它要能承受压力和弯曲等载荷作用，必须耐磨和耐腐蚀，可用 27SiMn 或 45 号钢制成。为防止在矿井条件下表面生锈和腐蚀，表面要镀铬，并要注意保护，防止外部硬伤。 缸口用钢丝挡圈固定，是在导向套外侧装有钢丝挡圈，内侧装有密封圈和防尘圈。这种结构简单，装卸方便，但要求活塞杆外径与缸体内径之间有比较大的空间，这种固定方式使用较多。 固定钢丝和钢 丝挡圈的连接方式，不能耐高压。当密封液体压力较高时，可采用半圆环结构连接方式。 立柱工作原理 当高压液进入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，当中缸全部伸出后，中缸下腔压力增大，当增加到超过底阀弹簧调整压力值时，底阀打开，高压液进入上柱下腔，上柱液经中缸上部小孔排出，使上柱伸起，以上为伸柱过程；当需降柱时，高压液进入中缸上腔，下腔回液，中缸下降，当中缸下降到底时，此时一方面底阀被缸底顶开，另一方面中缸上孔正对上立柱上部进液孔，立柱上部进液孔经中缸小孔进入上腔上部，下腔液经底阀从立柱下部回液孔回液，上柱下降。 2.2.4 推移千斤顶 推移千斤顶按连接方式分有直接连接方式、框架连接方式和浮动活塞式。 （ 1）直接连接方式推移千斤顶的特点：结构简单，但移架力小于推移力，一般用于支撑式支架。 （ 2）框架连接方式推移千斤顶的特点：移架力大于推溜力，用于掩护式和支撑掩护式。 （ 3）浮动活塞式推移千斤顶的特点；移架力大于推溜力；通过推杆，充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 千斤顶分别与输送机、支架相连；多采用浮动活塞千斤顶，减小推溜力；用推杆作导向装置，抗弯强度高、导向性能好；推杆与千斤顶位于同一轴线，受力较好，但装置的总长度加大。 按千斤顶的适用性选用框架式 推移千斤顶作推移千斤顶。 框架式推移千斤顶的有关参数见计算部分。 2.2.5 平衡 千斤顶 平衡千斤顶为双作用缸。 平衡千斤顶铰结在顶梁和掩护梁之间使掩护式支架构成稳定结构；通过它可以调节顶梁成水平状态或所需要的角度，使相邻支架保持良好的密封状态，可以利用双向控制阀，使平衡千斤顶呈推力或拉力，适应顶板载荷的变化。 具体参数见计算部分。 2.2.6 侧推 千斤顶 侧推千斤顶的活塞杆固定在活动侧护板上，缸体固定在固定侧护板上。侧推千斤顶的安装位置有如下几种： （ 1） 安装在顶梁和掩护梁结构的下面，避免在顶梁和掩护梁上开 窗口，加强了顶梁和掩护梁的强度，但影响支架有效空间。 （ 2） 一侧为固定侧护板，另一侧为活动侧护板时，在固定侧护板一侧圆筒内有固定筒，千斤顶便安装在筒内，其它不变，也可免去另开窗口，保证顶梁和掩护梁的强度，但不利于检修和安装。 （ 3） 在顶梁和掩护梁下面开窗口，把侧推千斤顶安装在窗口内，偏于安装和检修。为使活塞杆与活动侧护板相连，在改换工作面时，侧推千斤顶要调转 180 。 我在该支架设计时选用了（ 2）中的侧头千斤顶安装方式 侧推千斤顶的技术参数如下： 行程： 200mm；缸体内径： 63mm；活动杆直径： 45mm。 侧推千斤顶的其它参数见计算部分，具体安装位置见设计图纸。 2.3 液压支架基本技术参数的确定 确定和选择液压支架及其主要部件的基本参数。 2.3.1 支护面积 支架的支护面积按下式计算： F=（ L+C）（ B+K） （ m2） 式中 F 支架的支护面积（ m2） 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 L 支架顶梁的长度（ m） C移架后顶梁前端到煤壁的距离（ m），取 C=450mm K 支架间距 故本支架支护面积为： F= （ L+C）（ B+K） =4.75 1.75= 8.3（ m2） 2.3.2 支护强度 与工作阻力 支护强度是液压支架的一个重要参数，它是液压支架对顶板的支撑力 R（ kN）与支架对顶板的支护面积 F （ m2）的比值 。顶板所需的支护强度取决于顶板的等级和煤层厚度，我国已制定了不同顶板等级的支护强度标准。支护强度除按规定选用外，还可按经验公式计算 即 q=km 5_10 （ Mpa） K 作用于支架上的顶板岩石厚度系数取 8 M 截割高度 岩石密度，一般取 2.5 310 （ kN/ 3m ） q=8 5.5 2.5 310 5_10 =1.1（ Mpa） 支架支撑顶板的有效工作阻力为 R=qF 310 （ kN） F 支架支护面积（ m2） R=qF 310 =1.1 8.3 310 =9130（ kN） 2.3.3 确定立柱的技术参数 立柱的缸体内径按下式进行计算： anpFDad c o s40(cm) 式中 dD立柱缸体内径（ cm） F 支架承受的理论支护阻力（ kN） n每架支架立柱数 ap安全阀调正压力（ MPa），按产品样本选取 a立柱最大倾角 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 本支架中， F =8800kN， n =2，ap=42MPa， a =10 则有 anpFDad c o s40=210c os4214.39 13 040 =36(cm) 本支架选 双 伸缩立柱，尺寸如下： 外 缸内径： 360mm； 中缸 外径： 340mm； 中缸内径： 250mm； 活柱外径： 130mm。 2.3.4 立柱的初撑力与泵站的额定工作压力 立柱的初撑力按下式进行计算： be pDP 10421 (kN) 式中 bp泵站额定工作压力 (MPa)，这里 取bp=31.5MPa 则有 3 2 0 05.3110co s1043614.310co s104221 be pDP (kN) 2.3.5 安全阀压力和立柱工作阻力的确定 立柱工作阻力计算公式如下： ae PDP10c o s10422 式中： aP安全阀的调正压力，这里取aP=42MPa 则有 4 3 6 64210co s104 3614.310co s104 222 ae PDP (kN) 2.3.6 推移千斤顶 推移千斤顶采用 倒装框架式 推移方式，其缸体内径为： btt pFD 40(cm) 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 式中 tD推移千斤顶缸体内径 (cm) tF推移千斤顶推力 (kN),取tF=300kN 则有： 115.3114.3 3004040 btt pFD (cm) 由以上计算出来的推移千斤顶缸体内径，再按表 2-4 选取 推移千斤顶的行程与推移步距有关，当推移步距为 800mm 时，推移千斤顶的行程为 900 1000mm,按规定取 950。 2.3.7 平衡 千斤顶 平衡千斤顶 的缸体内径按 下式进行计算： （ 1） 平衡千斤顶的拉力计算 推40p=c aPDp（ cm） 或 2拉40p=+ccaPDdp（ kN） 平衡千斤顶的拉力以作用在立柱上铰点到掩护梁后端这部分面积上，高度为支架最大采高的岩石重量来计算，如下图 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 取顶梁和掩护梁为分离体，对瞬心 O 点取矩列平衡方程式即 Mo=0 得 bspp cr （ Kg） 而 rBLHpc （ Kg） 再取顶梁为分离体，对 g 点去矩列平衡方程式，即 Mg=0 得 d epp rb （ Kg） 式中： bp 平衡千斤顶拉力（取负），推力（取正） cp 作用在立柱上铰点到掩护梁后端这部分面积上，高度为支架最大采高的岩石 重量 s Pc 至瞬心 O 点之矩 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 b 立柱至瞬心 O 点之矩 H 支架的最大采高 L 岩体的计算长度 B 支架宽度 r 岩体容重 r 2600 Kg/ 3m e 立柱到顶梁后铰点的距离 d 平衡千斤顶到顶梁后铰点的距离 rBLHp c 5.5 3.3 1.615 2600 76212（ Kg） b spp cr 3 8 7 0025.3 65.17 6 2 12 （ Kg） p拉 bepr 8 4 0 0 05.0 0 8 513 8 7 0 0 。 （ Kg） （ 2） 平衡千斤顶的推力计算 平衡千斤顶的推力 ,假设支架支撑合力作用点分顶梁前后段长度为 2:1,用这个比例关系计算平衡千斤顶的推力 .即 : 3LX K 代入支架在最高位置时，取顶梁为分离体对 g 点取矩求出的公式，即： dePlPP RBC 3 d 平衡千斤顶到顶梁后铰点的距离 e 立柱到顶梁后铰点的距离 l 顶梁总长度 dePlPP RBC 35010 838 7343 076 2 1348 （ KN） （ 3） 平衡千斤顶的缸径计算 推40p=c aPDpp=40 134842 20 （ cm） 取内径为 22cm，外径为 24.5 cm,活塞杆直径为 16 cm 工作行程取 400mm。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 3 液压支架的受力分析 3.1 概述 3.1.1 液压支架工作状态 1.顶板状态 在采煤工作面中，当煤被采空后，就会出现一定的空间，由于受上 部岩层压力，出现高离和裂缝，如果不及时支护，顶板就要冒落，不支护的时间越长，危险就越大。而顶板冒落实是有一定的过程的，一般可分为三个阶段：开始时顶板处于无压状态，此时顶板较完整，而且没有下沉，成为无压状态；但经一定时间后，顶板就会下沉，通常称为老顶来压，此时顶板并不破裂，而且这种下沉是由一定的周期性的，所以成为老顶板来压状态；如果不及时支护，顶板就会破裂而冒落，此时叫冒落状态。 2.液压支架的工作状态 支架在这