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机械毕业设计全套

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经济型掩护式液压支架的设计,机械毕业设计全套

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河南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告 题目名称 经济型 掩护式液压支架的设计 姓名 黄翌成 专业班级 机制 03 5 班 学号 03080175 一、 选题的目的和意义 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，而且能减轻繁 重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。 掩护式液压支架 是 日本在引进英国垛式支架和苏联 掩护式支架的基础上，结合我国特点于 1968 年首先研制 成功的。它保留了垛式支架支撑力大，切顶性能好，工作空间宽敞的优点，采用双排立柱支撑顶梁（或顶梁于掩护梁）的结构； 同时吸收了掩护式支架防护性能好，结构稳定的长处，采用坚固的掩护梁以及侧护板将支架于老塘完全隔开，并用双纽线连杆机构联结掩护梁和支架底座。 与垛式支架和掩护式支架相比它具有不可比拟的优点： 1 支架支撑力大，切顶性能好，工作空间宽敞； 2 支架稳定性、 防护性好； 3 在保证强度的条件下，结构更简单，尺寸更紧凑； 4 具有良好的整体性能，安全可靠； 二、 国内外研究综述 我国目前 液压 支架与发达国家的差距 ： 1.生成能力上 的差距 我国目前大部分支架的可靠性与国外差距比较大。进口支架工作面开机率达到 90%以上，日产达到了 30000t，年产达到 10Mt，支架大修周期为产煤 15Mt以上。而我国目前综采工作面开机率平均为 50%左右。支架大修周期为产煤量在 4 5Mt 左右。 2.支护性能参数的差距 发达国家在设计指导思想方面大多主张大马拉小车，支架的工作阻力与支护强度普遍较大。工作阻力一般都在 7000KN 以上，最高达到 10000KN，而我国目前支架的工作阻力与国外相比普遍偏低，平均在 4000 5000KN，相差 30%左右 。 另外，国外支架中心距普遍采用 1.75m，个别达到 2m，我国支架中心距绝大多数为 1.5m。 3. 结构件材料的差距 目前国外 s 700 800MPa 的钢材以广泛应用，而我国普遍使用的是 s 450MPa 以下的钢板，相差 30% 40%。 4.控制系统方面的差距 目前世界上一些发达国家支架的控制系统已广泛采用电液控制系统，而我国目前很少采用电液控制，绝大部分为手动。 液压支架的发展趋势： 1.提高支架的可靠性，另外加大支架的中心距 也是必然趋势； 2.二柱支架将是主导架型，目前我国的四柱支架要比 二支柱支架数量多，相比较而言二柱支架具有明显的优势； 3.采用大采高支架； 4.电液控制系统是液压 支架发展的方向； 5放顶煤支架将是未来的主导架型； nts三、毕业设计（论文）所用的方法 本次设计， 是 本人 按照导师的要求 ，结合自己的兴趣爱好， 通过收集大量的理论资料，在 参加生产实习的基础上，自主完成的毕业设计。其中，在设计过程中 底座 、前后连杆 和结构件是设计的重点。 另外，本论文还着重介绍了液压支架的结构，类型，工作原理，特点，液压支架的维护和管理，及其常见的故障及排除方法。 目 的 是通过对 支掩式液压支架进行深入细 致的了解和研究，在一定的理论基础上，结合实践认识， 巩固所学知识，完成自主实践与创新。 在设计过程中遇到的问题我们一般通过 自己查阅资料和 小组讨论的方式解决，如 确实有不能解决的 问题我们就通过请教厂方技术人员和指导 老 师， 争取解决在毕业设计过程中所有问题。 四、主要参考文献与资料获得情况 参考文献： 1 张家鉴 主编液压支架煤炭工业出版社 1985 2 贾悦谦 主编综采技术手册（上、下）煤炭工业出版社 2000 3 主编机械设计手册第三版 化学工业出版社 1999 4 戴绍诚 主编 高效高产综采机 械化采煤技术与装备煤炭工业出版社 1997 5煤炭部煤炭科学研究院编综采设备配套图册 1983 杨振复 罗恩波 主编放顶煤开采技术与放顶煤液压支架煤炭工业出版社 1995 年 7 月第一版 6. 中国物产集团公司支护装备部 编煤矿支护 手册煤炭工业出版社 1992 nts五、指导教师审批意见 指导教师： （签名） 年 月 日 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 1 1 毕 业 实 习 报 告 院系：机械与动力 学院 班级：机设 03-6 班 导师：任保才 姓名： 陈亮亮 学号： 03080204 日 期： 2007.4.23 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 2 2 目 录 前言 3 第一章 神华重型机械制造有限公司简介 4 第二章 离心泵 5 第三 章 单体液压 支柱和 液压支架 9 1 单体液压支架 9 2 液压支架 12 第四 章 带式输送机 29 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 3 3 前 言 “ 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！” 毕业实习是教学过程中一个重要的实践性教学环节，是一次综合性实习。 通过实习使学生加深对专业理论知识的理解，培养和提高学生实际操作和分析问题、解决问题的能力，使 我们综合运用所学理论知识与机械工程实践紧密结合，为毕业后从事 机械设计制造 等工作打下良好的基础。 为此，我们这些即将离校的大四毕业生来到焦作神华 重型机械制造有限公司进行毕业实习。了解了毕业实习的意义后，我们力求在实习中达到以下目标： 1在实习过程中了解机械制造企业生产的组织和企业管理 ，提高岗位的适应能力，学会以各种方式学习，综合素质要有明显进步。 2熟悉和了解所在企业所生产的产品的工作原理，各零部件的工作原理及作用。 3熟悉和了解企业所生产的产品全寿命周期的设计，制造， 检验的整个过程。 总之， 实习是我们机 制 专业知识结构中不可缺少的组成部分，并作为一个独立的项目列入专业教学计划中的。其目的在于通过实习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面；同时专业实习又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有吃苦耐劳的精神，也是学生接触社会、了解产业状况、了解国情的一个重要途径，逐步实现由学生到社会的转变，培养我们初步担任技术工作的能力、初步了解企业管理的基本方法和技能；体验企业工作的内容和方法。这 些实际知识，对我们学习后面的课程乃至以后的工作，都是十分必要的基础。 向企业各类人员学习生产实习是学生在校学习期间从基础学习向专业学习过渡，具有承前启后意义的重要实践环节。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 4 4 第一章 神华重型机械制造有限公司 简介 焦作神华重型机械制造有限公司（原焦作重型机械制造有限责任公司）是集科技开发、生产经营、技术服务于一体，具有百年历史的国家二级企业，国家二级计量单位，省级文明单位，中国煤矿机械装备公司及河南省煤矿机械制造公司成员厂。公司现有职工二千多人，其中各类专业技术人员 300 余人，中、高级 专业技术职称人员 50 余人。拥有固定资产 5000 万元，年产值 7000 万元，各种机加工设备 300 台（套），其中 5m 立车、 5m滚齿机、大型数显落地镗铣床等精良设备 50 台（套）。公司技术力量雄厚，下设机械加工、铆焊、铸造、热处理、检测及安装等分厂，有先进的理化实验、计量检测、产品检测、信息中心等。本公司面向煤矿、建材、化工、冶金、电力、环保等行业，可承揽年产 120 万吨煤炭设备、 30 万吨水泥成套设备、 15 万千瓦电煤磨设备及 20 万吨纯碱成套设备、 0.6 30 万千瓦燃煤电厂环保设备制造及安装，产品远销全国二十六个省、市、 自治区，曾多次为国家重点工程配套。 2000 年 12 月获得中国方圆认证委员会质量认证中心 ISO9001 国际质量体系认证。 公司依靠科技进步，坚持走质量效益型道路，形成了从新产品开发、生产制造、销售和服务全过程的质量保证体系。作为国家二级计量合格单 位， 公司拥有一套完整的质量检测系统，严格的管理程序，先进的测试设备，检测手段齐全，从原材料进厂到产品出厂，每一个环节都进行严格检查。企业设有质量测试中心，中心有九个实验室：化验室、硬度实验室、金相室、探伤室、力学实验室、热工仪表室、机械性能测试室、计量鉴定室、托辊实验室 。各种检测仪器和设备 30 余台，主要有：大型金相显微镜，布洛维硬度计，长度测试仪、超声波探伤仪、磨损试验机、高频疲劳试验机、 X 射线探伤仪，各种拖辊性能测试设备等。通过以上测试手段可以对我厂产品的成品，半成品以及材料的物理，化学和机械性能进行测 试分析和质量控制。 公司技术力量雄厚，产品设计采用计算机辅助设计和工艺，先后开发出一批具有国内先进水平的新产品，提高了产品的市场竞争力 。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 5 5 第 二 章 离心泵 一 离心泵的工作原理和主要部件 1、离心泵的工作原理 （ 1） 离心泵的工作原理 叶轮安装在泵壳 2 内，并紧固在泵轴 3 上，泵轴由电机直接带动。泵壳中央有一液体吸入 4 与吸入管 5 连接。液体经底阀 6 和吸入管进入泵内。泵壳上的液体排出口 8 与排出管 9 连接。 在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中 心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。 （ 2 ） 气缚现象 当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为 “气缚现象 ”。 为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵 内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。 B、离心泵的主要部件 主要部件有叶轮、泵壳和轴封装置。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 6 6 1 叶轮 叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能 (主要增加静压能 )。 叶轮一般有 612 片后弯叶片。叶轮有开式、半闭式和闭式三种。开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后 盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。 2 泵壳 作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。 3 轴封装置 作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。 常用轴封装置有填料密封和机械密封两种。 填 料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳。机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的 。 二离心泵的类型 离心泵的种类很多，化工生产中常用离心泵有清水泵、耐腐蚀泵、油泵、液下泵、屏蔽泵、杂质泵、管道泵和低温用泵等。以下仅对几种主要类型作简要介绍。 1清水泵 清水泵是应用最广的离心泵，在化工生产中用来输送各种工业用水以及物理、化学性质类似于水的其它液体。 最普通的清水泵是单级单吸式，其系列代号为“ B”，如 3B33A 型水泵，第一个数字表示该泵的吸入口径为 3 英寸（ 76.2mm），字母 B 表示单吸悬臂式， 33 表示泵的扬程 33m，最后的字母 A 表示该型号泵的叶轮外径比基本型号小一级，即叶轮外周经过一次切削。 如果要求压头较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“ D”。如要求的流量很大，可采用双吸式离心泵，其系列代号为“ Sh”。 2耐腐蚀泵 输送酸碱和浓氨水等腐蚀性液体时，必须用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵中所有与腐蚀性液体接触的各种部件都须用耐腐蚀材料制造，如灰口铸铁、高硅铸铁、镍铬合金钢、聚四氟乙烯塑料等。其系列代号为“ F”。但是用玻璃、橡胶、陶瓷等材料制造的耐腐蚀泵，多为小型泵，不属 于“ F”系列。 3油泵 输送石油产品的泵称为油泵。因油品易燃易爆，因此要求油泵必须有良好的密封性能。输送高温油品（ 200以上）的热油泵还应具有良好的冷却措施，其轴承和轴封装置都带有冷却水夹套，运转时通冷水冷却。其系列代号为“ Y”，nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 7 7 双吸式为“ YS”。 4屏蔽泵 屏蔽泵是一种无泄漏泵，它的叶轮和电机联为一整体并密封在同一泵壳内，不需要轴封装置。 近年来屏蔽泵发展很快，在化工生产中常用以输送易燃、易爆、剧毒及具有放射性的液体。其缺点是效率较低。 三 、离心泵的汽蚀现象 离心泵的汽蚀现象是指被 输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处 (实际为叶片入口处的 )的压力而部分汽化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率的显著下降，显然，汽蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。避免汽蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。 1、离心泵的安装高度 Hg 允许吸上真空高度 Hs 是指泵入口处压力 p1 可允许达到的最大真空度 而实际的允许吸上真空高度 Hs 值并不是根据式计算的值，而是由泵制造厂家实验测定的值，此值附于泵样本中供用户查用。位应注 意的是泵样本中给出的 Hs 值是用清水为工作介质，操作条件为 20 及及压力为 1.013105Pa 时的值，当操作条件及工作介质不同时，需进行换算。 (1) 输送清水，但操作条件与实验条件不同，可依下式换算 Hs1 Hs (Ha 10.33) (H 0.24) (2) 输送其它液体当被输送液体及反派人物条件均与实验条件不同时，需进行两步换算：第一步依上式将由泵样本中查出的 Hs1；第二步依下式将 Hs1 换算成 Hs nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 8 8 2 汽蚀余量 h 对于油泵，计算安装高度时用汽蚀余量 h 来计算，即 用汽 蚀余量 h 由油泵样本中查取，其值也用 20 清水测定。若输送其它液体，亦需进行校正 。 从安全角度考虑，泵的实际安装高度值应小于计算值。又，当计算之 Hg 为负值时 ，说明泵的吸入口位置应在贮槽液面之下。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 9 9 第三 章 单体液压支柱 和 液压支架 1 单体液压支柱 单体液压支柱 与金属顶梁配合，供煤矿一般机械化 普采 工作面支护顶板用，亦可供综合机械化采煤工作面端头支护或工作面临时支护用，它适用于煤层倾角小于 25的缓倾斜的回采工作面，采取一定的措施时亦可用于倾角为 25 35的回采工作面 。 2 临时 单体液压支柱 矿用临时 单体液压支柱 适用于煤矿井下巷道维护、端头掘进过程中的临时支护作业，也可用于其他矿山和岩土工程中需要临时支护的场合。 主要优点 优点 1 采用玻璃新材料、新工艺；轻便实用，性能可靠，操作简单，维护方便。 优点 2 初撑力大，工作阻力大，护顶更安全。 优点 3 耐腐蚀性能好，工作液体可直接使用经过过滤的矿井压力水，必要时另配注水泵站。 图 1 单体液压支柱 3 液压 支柱 液压阀的密封技术分析 液压 支柱 中各种液压阀 的使用寿命很低，国外解决的途径和办法是提高系统的过滤精度和提高乳化液的质量，但收效不大。 液压 支柱 是采煤机械中的支护设备，经过大修在井下一般可使用五年，但是 液压 支柱 中各种液压阀的使用寿命却很低，长的 3 个月，短的只有几个星期，国外解决的途径和办法是增加系统的过滤精度和提高乳化液的质量，但收效不大。以英国某液压阀为例，虽然加工精度及整个液压系统的过滤精度都比较高，但因使用寿命低，已在我国面临淘汰。 1 影响液压阀密封性能的主要因素 密封元件损坏的主要因素是工作液中的杂质。这 些杂质在密封元件间研磨，使阀产生泄漏。因此，国外曾提出相应等级的液压元件，应采用相应精度的过滤器。他们认为5M 的油泵密封元件，如果采用过滤精度为 3 M 的过滤器，寿命可比采用 10M 的提高10 倍。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 10 10 但 液压 支柱 用阀，工作环境十分恶劣。在采煤工作面，油管总长 1000 多米，接头插口多达 4000 多个，液箱无特殊的防尘设施。乳化液中有大量的漂浮杂质，在立柱缸底和阀腔，留有较多的煤粉、岩粒和铁屑。进液阀芯和阀座，由于开启关闭比较频繁，液体流速高，密封很快就会失效。实践证明减少支架液压系统液体的污染杂质， 是十分困难的，有人曾经设想在乳化液泵站采用高压过滤器，同时在每台支架进口处增加小型过滤器。但在工作中很快被堵塞，形成断流。 另一方面，随着 液压 支柱 技术的发展。对阀的使用性能和阀的使用寿命提出了更高的要求。目前，在装有 120 目时的过滤器和磁过滤装置的条件下，用通过被测试阀的乳化液的总流量和阀的启闭次数，来计量阀的寿命。但实际上室内型式试验与井下实际工作结果相差很大。现在许多国家的形式实验，增加了抗污染要求，有的是在乳化液中掺入适当的煤粉，有的是加入机械杂质。 为此，需要使用新型的、 抗污染能力强的、适合于井下工作条件的密封副。 2 液压阀密封材料的历史及现状 阀芯和阀座接触面的泄漏，是工作液体分子挤入的结果。影响密封效果的主要原因是阀芯和阀座的接触比压、不平度及压差。当阀芯与阀座的接合面以 P 力压紧，工作液体分子以 F 力挤入，密封材料会产生弹性变形。如果密封副总抗力大于分子斥力，则密封有效，否则就会形成泄漏。 早期的 液压 支柱 ，运动副之间没有其他密封措施，是金属直接接触密封，即要求密封副接触平面吻合，具有较高的加工精度，否则必须加大密封副的结合力，使 接触表面产生塑性变形，堵塞泄漏通道。 4煤矿液压支柱用山型圈 用于液压缸，立柱活塞作高压单向密封 .在乳化液介质中， 100300 公斤 /平方厘米压力下，作高 速往复运动 300 次 /分，行程 80m/m 多采用夹织物，具有良好耐磨性，与布nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 11 11 的粘着性耐乳化液浸蚀，物理机械性能优良密封可靠，使用寿命 5. 煤矿液压支柱用鼓型圈 6 支柱的焊接 为了提高钢的耐磨和防腐等 性能 ，对矿用抗炮崩 单体液压支柱 表面要进行氮化处理 .然而氮化对焊缝组织和 性能 （主要指韧性）有何影响，其机理如何，对工艺的要求不明确，有时，造成单体柱运输使用中产生脆性断裂等现象，出现严重后果。结合我厂产品，在 27SiMn 材料中用 CO2 气体保护焊和氮化，通过对比试验和金相分析，研究氮化和焊接的先后顺序及氮化对焊缝组织和 性能 的影响，对产品的工艺进行了相应的调整。 为了有效地防止脆性断裂，必须克服在焊缝区发生高温回火脆性因此，在 编制工艺时应尽量避开此温度区间或缩短在此停留时间工艺路线为调质、氮化、空冷、焊接的顺序焊接坡口的加工，安排在氮化后进行这样避免脆性组织的形成，以利于提高焊缝的韧性，杜绝脆断事故的发生改变工艺路线后，未发现焊缝有脆断现象，用户反映良好 采用先氮化后焊接的工艺生产单体柱安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益，有重要的推广应用价值 7液压油 煤矿液压支架 用浓缩传动液，包括缓蚀剂、润滑剂、水及其它添加剂等组分，所说传动液的特征在于其组分含量（重量）为：油酸三乙醇胺皂磺化油 羟基苯三唑乙二醇乙二醇丁醚乳化硅油及余量水。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 12 12 8 单体支柱 新型塑料柱帽 适用于煤 矿采煤工作面单体液压支柱和摩擦支柱支护。该柱帽内有顶盖腔，在顶盖腔底侧中部有沉孔，沉孔周围有台阶，台阶的四角各有一个爪孔，柱帽的周边向内弯有折边，用增强塑料制造。它能和 单体支柱 顶盖紧密嵌镶，且不易脱离。 单体支柱 戴上这种柱帽可以改善支护、防止倒柱，并能反复使用，减少坑木消耗。 二、 液压支架 液压支架 是以高压液体作动力，由液压 元件与金属构件组成的一种支撑和管理煤炭矿山井下采面顶板的设备。它的出现极大地提高了劳动生产率，因而广泛地应用于现代化矿山的机械化工作面。 其 大体 如下 图 ： 液压支架 是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动移设来进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。 a.液压支架的 特点： 1、支架稳定性好，不倒架 2、护顶面积大，放顶煤不用铺网 3、移架速度快 4、可用于松软底板工作面 5、采高增大，支护力调节范围宽 6、后排可增加支柱，以加 强切顶能力 7、运输方便，组装简单， b.适用范围 地质条件相对稳定， 煤层倾角应 16 ，当 1630 时采用防滑措施。 炮采一次采全高，炮采放顶煤整体顶梁组合支架与传统的分体悬移支架区别有如下优点：nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 13 13 放顶煤不用铺网： 由于支架的顶梁全部连为一提，其对顶梁掩护 90%，与综采支架相同，所以，放顶煤不用铺网。 (金属丝网按 4 元 /T 煤计算，年产 20 万吨就可节约资金 80 万元，按 3 万元 /架计算 50 米的工作面支架投资 150 万元，出 38 万吨煤就可收回支架投 产品 。 液压支架的类型 （ 1） 支撑式 液压支架 （ 2） 掩护式 液压 支架 （ 3） 支撑掩护式液压支架 液压支架的类型主要是 支撑式液压支架，（其又分为垛式 液压支架 和节式 液压支架） 掩护式和支撑掩护式液压支架 ，支撑式液压支架 现在用的已经不多了，故这里重点介绍掩护式及支撑掩护式液压支架。 C 掩护式及支撑掩护式液压支架特性及工况分析 1、掩护式及支撑掩护式液压支架工作原理 掩护式及支撑掩护式液压支架有单铰式与双铰式两种主要类型。单铰掩护式支架随采高的变化，顶梁尖端（铰点）围绕支架的后铰点作圆弧运动，因此支架的空顶距随采高的变化而变化，使支架前端无支护空间增大 ，不利于顶板控制。（见图 2-1a） 采用带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式），随采高的变化顶梁尖端的运动曲线为双纽线，根据双纽线的特点，在设计中可以使顶梁尖端在采高范围内呈近似垂直层面的直线运动，以保证在支架有效采高范围内，使顶梁尖端距煤壁的距离不变。此外，带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式）具有承受水平力的能力。（见图 2-1b） 液压支架的液压系统由立柱、推移千斤顶、操纵阀、控制阀（安全阀、液控单向阀）、软管等组成。（见图 2 2） 通过操纵阀和控制阀，液压支架可完成以下动作 (立即支护式 )： nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 14 14 a.降柱、拉架：采煤机通过该支架、顶板暴露后，立即降柱、拉架； b.升柱：支架被拉到新位置后，升柱，使支架撑紧顶板； c.推溜：支架撑紧顶板后，利用推移千斤顶推溜。 初撑力与工作阻力（屈服载荷）： 升柱后，高压液体进入液压支架各立柱的活塞腔，立柱逐渐升起直至顶梁与顶板紧密接触为止；与此同时，在立柱活塞腔内的高压液体的压力迅速增大到液压泵的工作压力。当高压液体充满活塞腔时，液控单向阀关闭，将高压液体锁在活塞腔内。此时，工作在泵的工作压力下的高压液体压力称初撑压力，支架（所有立柱）对顶板的支撑力称初撑力。 支架达到初撑力后，顶板不断下沉，活塞腔的体积不断变小，活塞腔内高压液体的压力不断增大。为保护液压支架的立柱不被高压液体损坏，在活塞腔的液压回路中设安全阀（ 又称屈服阀）。当顶板下沉，活塞下缩到 6 10mm 时，若顶板再继续下沉，安全阀（屈服阀）动作，从活塞腔内放出一点高压液体，使活塞腔内高压液体的压力保持在安全阀调定的压力下。此时，工作在安全阀调定压力下的高压液体压力称安全阀工作压力（屈服压力），支架（所有立柱）对顶板的支撑力称nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 15 15 工作阻力（即屈服载荷）。 支架的工作阻力是液压支架的主要参数，工作阻力决定支架结构尺寸，支架的支撑能力。关于支架的工作阻力，有两种观点： a.加大工作阻力：支架适应性强，可靠性强，使用寿命长，减少使用过程中维修，安全，但制造费用高； b.支架工作阻力必须与顶板条件相适应，只要支架能控制住整个工作面的顶板下沉与压力，保持控顶区内顶板的完整与可靠即可。加大工作阻力，使支架重量大、造价高、装运使用都不方便。 800t，甚至超过 1000t。 两种观点各有道理，支架的工作阻力有逐渐增大的趋势，要设计“支架系列”。目前，工作阻力高达 400t 初撑力也是液压支架的主要参数，初撑力大，立柱能很快达到工作阻力，减少顶板下沉量，避免顶板的离层，改善支护性能。但初撑力过大易破坏直接顶。 目前： P 初（ 0.3-0.8） P 工， 式中： P 初 为初撑力； P 工 为工作阻 力。初撑力有增大趋势。 3、掩护式及支撑掩护式液压支架特性曲线 3-1 一个开采循环内支架阻力变化曲线（见图 3 1） 在一个开采循环内支架阻力变化有以下几个阶段： a.支架前移、重新支撑顶板后，在短时间 ta（ 10 20 秒）内达到初撑压力 Ps， (o-s)为支架的初撑阶段； b.顶板开始下沉，支架的阻力在 ta 时间内迅速增大直至平衡状 态为止，(s-a)为支架阻力迅速增加阶段； nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 16 16 c.当支架与顶板达到相对平衡时，支架阻力处于稳定状态， (a-b)为支架的稳定阶段； d.当采煤机接近支架时，支架阻力增大， (b-c)为截割影响阶段； e.最后，当相邻支架降柱移架时，顶板载荷突然转移到该支架，在很短时间内（一般为 1 3 分钟），该支架阻力迅速增加， (c-d)为又一次迅速增大阶段； f.当支架降柱、前移时，其阻力迅速降至零，此阶段为 (d-e)。 在一个开采循环内，支架阻力的变化从 0 经 s,a,b,c,d 至 e。 3 2 一个开采循环内支架阻力实际变化曲线（见图 3 2） 根据现场实际观测资料分析，在一个开采循环内支架阻力的变化与图 3 1 所表达的曲线有时不同。观测表明：不同支架，其阻力变化曲线不同；同一支架在不同循环内，其阻力变化曲线也不同。一个开采循环内支架阻力变化的实际曲线，大体上可归纳为以下几类： a. 阻力迅速增大型：如图 3 1a，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力，其特性曲线类似图 3 1 的曲线。 b. 阻力迅速增大到工作阻力（屈服载荷）型：如图 3 1b，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力 。此后，立柱的阻力继续增大，很快达到立柱的工作阻力（屈服载荷）。此时，安全阀开启，高压液体从安全阀泄出，随顶板下沉，立柱的阻力不变，直至支架降柱前移为止。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 17 17 c. 阻力迅速增大到工作阻力后，阻力继续增大型：如图 3 1c，当工作面有周期来压时，工作面顶板压力增大，使该支架处于工作阻力状态，与增大的顶板压力保持平衡。当相邻的支架降柱、前移时，顶板载荷立即转移到该支架上，该支架的阻力增大如此之快，以至安全阀还来不及打开释放高压液体，从而导致支架的工作阻力迅速增大并暂时地高于支架的工作阻力。 d.阻力缓慢增大型：如图 3 1d，支架的阻力在整个循环内不断地、缓慢地增大，但一直未达到其额定的初撑力，只有当相邻支架降柱移架时，支架阻力才达到或超过支架的额定初撑力。该压力变化曲线常常出现在两次周期来压之间。 e.低阻力型：如图 3 1e，支架的阻力在整个循环内都低于其额定的初撑力。这种情况的出现，常常是因为长壁工作面顶板条件的复杂、支护条件的不同而造成顶板压力的不均匀性。 f.阻力的降低型：如图 3 1f，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力，此后在整个循环内，支架阻力不但不升高反而逐渐降低，直至降柱、移架为 止。 评价： a 型：支架阻力不超过工作阻力，但始终在额定初撑力之上，若能适当地选择初撑力。这是最理想的一种工作状况。 b 型：支架在大部分时间里都处在工作阻力的条件下。若适当设计其工作阻力，且在此工作阻力期间顶板下沉不会引起任何较大的顶板控制问题。这也是较好的工作状况。 c 型类似 b 型 ,只是在邻架降柱、移架时支架阻力才会突然超过工作阻力。因此，这就要求支架采用快速或大流量安全阀。 d、 e、 f 型，表示支架处于不良的工作状态。 d 型和 e 型，支架阻力在额定初撑力以下，始终也不能达到工作阻力。支架阻力缓慢增大，可能是由 于压碎支架下方的岩石碎屑或底板凹凸不平造成。 e 型表示顶板条件更加恶劣，可能会在工作面线前方引起支承压力的高度集中，造成煤壁严重的片帮。其结果使工作面顶板的无支护空间大大地增加。 f 型的工作状况，是由于不断恶化的软弱顶板或底板而引起的。 4、带四连杆的掩护式及支撑掩护式液压支架支撑能力及顶梁nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 18 18 上载荷分析 支撑能力含义：支撑能力是指当液压支架的所有立柱和千斤顶都达到工作阻力时顶板作用在支架顶梁上的载荷。 顶梁上载荷：顶梁上载荷是指当液压支架的立柱和千斤顶未达到工作阻力时顶板作用在支架顶梁上的载荷，该载荷可根据所测 得的立柱载荷换算成顶板作用在顶梁上的载荷。 掩护式及支撑掩护式液压支架的支撑能力及顶梁上载荷，不等于支架所有立柱工作阻力之和或实测阻力之和，因为立柱不与顶梁和底座垂直，同时四连杆机构还要承受一部分顶板载荷。 影响掩护式及支撑掩护式液压支架支撑能力及顶梁上载荷的因素很多，主要有： a.每个立柱及有关千斤顶的工作阻力或实测阻力； b.水平力的大小和方向； c.支架各构建的尺寸，如顶梁的长度、掩护梁的长度、前柱与后柱之间的距离、四连杆的长度等。 d.立柱与垂直线之间的夹角、掩护梁与水平线之间的夹角（即掩护梁的倾角 ）、四连杆与水平线之间的夹角（即四连杆的倾角），所有这些夹角都随支架的高度变化而变化。 4-1 四柱支撑掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷 四柱支撑掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷计算方法见图4-1-1： Qx=Qy式中： nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 19 19 Qy 为作用在顶梁上的垂直力 Qx 为作用在顶梁上的水平力 为顶梁与顶板之间的摩擦系数 , =00.3（ 为水平力指向采空区，为水平力指向工作面） 以顶梁为分离体： Fy=0 Qy = P1cos1+P2cos2+Ry (4-1-1) Fx=0 Rx = Qx-P1sin1-P2sin2 Rx=Qy -P1sin1-P2sin2 (4-1-2) 以掩护梁为分离体： M0=0 Ry = Rxtan (4-1-3) 从（ 3-1-1）、（ 3-1-2）、（ 3-1-3）得 Qy的值 : 若 R1, R2, R R3, R4, H1, R5, R6, R7, R9, R11, R12, R13和为已知 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 20 20 (xA,yA)及 (xB,yB)为点 A 和点 B 的坐标 XA=X+R1cos , XB=X+Rcos , YA=Y R1sin , YB=Y Rsin 若 P1,P2 为额定工作阻力，则 Qy 为支架支撑能力；若 P1,P2 为实测阻力，则 Qy为 顶梁上的载荷。 Qy 距绞点 J(x,y)的距离 X X=(R12P1cos 1+R13P2cos 2)/Qy (4-1-13) 根据公式（ 4 1 1） 公式（ 4 1 12）可计算出不同尺寸的支撑掩护式液压支架在不同高度时的支架支撑能力或顶良上的载荷。 图 4-1-2 为 4 柱 450 吨支撑掩护式支架支撑能力随支架高度的变化曲线（以掩护梁倾角表示）。 为顶梁与顶板之间的摩擦系数。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 21 21 4-2 四柱掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷 四柱掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷计算方法见图 4-2： 图 4-2-1 四柱掩护式液压支架结构尺寸 以顶梁为分离体： Fy=0 Qy = P1cos1+Ry (4-2-1) Fx=0 Rx = Qx-P1sin1 Rx= Qy -P1sin1 (4-2-2) 以掩护梁为分离体： M0=0 Ry=(P2D+Rxh)/C=Rxtan+P2D/C (4-2-3) 若： R1, R2, R, R3, R4, H1, R5, R6, R7, R8, R9, R11, R12nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 22 22 和为已知 （ xd,yd）是点 d(立柱与掩护梁交点 )坐标 xd=x+R8cos , yd=y R8sin 若 P1,P2 为额定工作阻力，则 Qy 为支架支撑能力；若 P1,P2 为实测阻力，则 Qy 为顶梁上的载荷。 Qy 距绞点 J(x,y)的距离 X X=R12P1cos 1/Qy 根据公式（ 4 2 1） 公式（ 4 1 8）等，可计算出不同尺寸的四柱掩护式支架在不同高度时的支架支撑能力或顶梁上的载荷。 图 4-2-24 为 4 柱 425 吨掩护式支架支撑能力随支架高度的变化曲线 （以掩护梁倾角表示）。 为顶梁与顶板之间的摩擦系数。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 23 23 4-3 二柱掩护式（立柱在顶梁与底座支间）支撑能力及顶梁上载荷 二柱掩护式（立柱在顶梁与底座支间）支撑能力及顶梁上载荷计算方法见图 4-3-1： 若： R1, R2, R, R3, R4, H1, R5, R6, R7, R8, R10, R11, R12 和为已知 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 24 24 （ xd,yd）是点 d(平衡 千斤顶与掩护梁交点 )坐标 若 P,Z 为额定工作阻力，则 Qy 为支架支撑能力；若 P,Z 为实测阻力，则 Qy 为顶梁上的载荷。 Qy 距绞点 J(x,y)的距离 X X=Pcos 1-Zsin 3(L+0.3-R10)/Qy 式中： 3 为平衡千斤顶与顶梁夹角 L 为顶梁长度 根据公式（ 4 3 1） 公式（ 4 3 7）等，可计算出不同尺寸的二柱掩护式支架（立柱在顶梁与底座支间）在不同高度时的支架支撑能力或顶梁上的载荷。 图 4-3-2 为 2 柱 400 吨掩护式支架（立柱在顶梁与底座支间）支撑能力随支架高度（以掩护梁倾角表示）的变化曲线。 为顶梁与顶板之间的摩擦系数。 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 25 25 4-4 二柱掩护式支架（立柱在掩护梁与底座之间） 二柱支撑掩护式（立柱在掩护梁与底 座之间）支撑能力及顶梁上载荷计算方法：（见图 4 4） nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 26 26 若： R1, R2, R, R3, R4, H1, R5, R6, R7, R8, R9 和 为已知 （ xd,yd）是点 d(立柱与掩护梁交点 )坐标 （ xd,yd）是点 d(立柱与掩护梁交点 )坐标 若 P 为额定工作阻力，则 Qy 为支架支撑能力；若 P 为实测阻力，则 Qy 为顶梁上的载荷。 Qy 的作用点与较点 J(x,y)重合。 根据公式（ 4 4 1） 公式（ 4 4 5）等，可计算出不同尺寸的二柱掩护式支架（立柱在掩护梁与底座支间）在不同高度时的支架支撑能力或顶梁上的载荷。 图 4-4-2 为 2 柱 150 吨掩护式支架（立柱在掩护梁与底座支间）支撑能力随支架高度（以掩护梁倾角表示）的变化曲线。 为顶梁与顶板之间的摩擦系数。 d 液压支架 卸载系统存在问题分析 （ 1） 现有系统特点 nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 27 27 图 1 所示为 液压支架 液压传动系统原理图。 图 1 支架液压系统原理图 1.立柱 2.安全阀 3.液控单向阀 4.换向阀 a.初撑 换向阀 4 处于升柱位置，液压泵送来的高压液体经液控单向阀 3 进入立柱 1 下腔 ，立柱 1 上腔排液，使支架立柱升起支撑顶板。当立柱下腔压力达到支架液压系统动力泵站工作压力后，阀 4 切换至中位，阀 3 关闭，立柱下腔油液被封闭，实现支架对顶板的初撑。 b. 承载 支架支撑后，随着顶板岩层下沉 液压支架 产生弹性压缩，立柱下腔被封闭的液体压力随之迅速弹升，呈增阻状态；当立柱 1 下腔油液压力超过安全阀 2 的动作压力时，高压液体经阀 2 溢出，低于阀 2 的动作压力时，安全阀关闭，呈恒阻状态。这一过程称为支架承载阶段，支架的承载载荷称为工作阻力。 c. 卸载 当阀 4 处于降柱位，高压液体进入立柱 1 上腔，同时打开 液控单向阀 3，立柱下腔排液，实现立柱卸载下降。 综上所述： 液压支架 在升柱、支撑到降柱的三个过程中具有三性、即增阻性，恒阻性和可缩性。 以国产 QY200-14 31 型掩护式 液压支架 为例来进行分析。 支架主要参数： 初撑力： 1.415 1.577MN(系统压力 p 31.4MPa) 工作阻力： 1.746 1.952MN(系统压力 p 38.5MPa) 立柱缸径： D 160mm 液压行程： L 870mm 伺服阀通过触头接收样件的机械信号，转变为流量和压力信号控制刀架缸的随动，同时nts河南理工大学 2007 届毕业生实习报告 28 28 借助 摇臂实现反馈控制，构成闭环机械反馈控制系统。为适应各种仿形加工的需要，伺服阀的触头可以在 360 方向上接收信号，也可以只在一个方向接收信号。 d. 样件支架 样件支架 6 根据需要或操作的方便性可安装在工作台的左侧面或右侧面。样件支架上装有刻度尺和微调器，刻度尺用于对样件位置的粗调，微调器用于精调。 (2) 承载阶段分析 支架工作立柱的液压行程通常在 600mm 左右，可求得立柱下腔工作液体容积 12064 液压支架 使用的工作液体为水包油乳化液，其弹性模数实际上与水的弹性模数没多大差别，水的弹性模数大约在 2 2.1GPa，可推得水包油乳化液的压缩系数 （ 4.7 5）10 -10m2 N。在不计管路、立柱缸变形时，立柱下腔内工作液体压缩后容积变化为 V V O（ pH pO) 4.810 101206438.510 6 0.22L 式中 pO