矿用液压支架设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】---------------------------

买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 摘 要 本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括：选架型、总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核和液压系统的设计。 由于该煤层厚度适中，选用掩护式液压支架。煤层厚度介于 间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大且抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。支架采用正四连杆机构，以改善支架受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用双伸缩作用液压缸，以增加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移千斤顶采用框架结构，以减少推溜力和增大移架力。为 了提高移架速度，确保对顶板的及时支护，采用锥阀液压系统。 关键词 ：液压支架 液压 四连杆机构 采煤 支架选型 推溜 移架 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 含 纸和论文 最新答辩完整资料 he is is .8 is in a to to to a In to a is to 录 1 概述 . 1 压支架的组成和分类 . 4 压支架的组成 . 4 压支架的分类 . 5 压支架的工作原理 . 5 压支架的支护方式 . 8 架选型的基本参数 . 9 对液压支架的基 本要求 . 9 2 液压支架的总体设计 . 压支架的选型 . 压支架参数的确定 . 护强度和工作阻力 . 撑力 . 架力与推溜力 . 架调高范围 . 心距和宽度的确定 . 座宽度 . 煤机、液压支架和输送机的配套 . 煤机、液压支架和输送机的配套 . 他附属设备的配套 . 连杆机构设计 . 四连杆机构的作用 . 优选设计法设计四连杆机构 . 梁长度的确定 . 柱及柱窝位置的确定 . 衡千斤顶位置的确定 . 衡千斤顶安装位置的确定原则 . 衡千斤顶在顶梁上位置的确定 . 它千斤顶技术参数的确定 . 移千斤顶技术参数 . 推千斤顶技术参数 . 梁千斤顶技术参数 . 帮板千斤顶的技术参数 . 3 液压支架受力分析和计算 . 力分析计算 . 护强度计算 . 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 座比压的计算 . 4 液压支架的主要部件的设计 . 梁 . 顶梁 . 护梁 . 、后连杆 . 座 . 柱 . 斤顶 . 移千斤顶 . 5 主要零、部件的强度校核 . 核的基本要求 . 梁强度校核 . 梁受力情况 . 梁强度计算 . 顶梁强度校核 . 顶梁受力情况 . 顶梁强度计算 . 护梁强度校核 . 护梁受力情况 . 护梁强度计 算 . 底座强度校核 . 座受力情况 . 座强度校核 . 柱强度的校核 . 柱稳定性校核 . 6 液压系统 . 压支架的液压系统的简介 . 压支架传动系统的基本要求 . 压支架的液压传动特点 . 致 谢 . 参考文献 . 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 1 概述 压支架的组成和分类 压支架的组成 液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。 液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系 “般分 为三大类，即支撑式、掩护式 (图 1支撑掩护式 (图 1根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为 4 个部分： (1) 承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。 (2) 液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。 (3) 控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。 图 1护式液压支架结构 图 1撑掩护式液压支架结构 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 5 (4) 辅助装置，如推移装置、护帮 (或挑梁 )装置、伸缩梁 (或插板 )装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。 压支架的分类 按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面所有位置的支架。 中间液压支架按其结构形式来划分，可分为三种基本类型，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式。 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实现完成的。如图 1 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，使与活塞杆相连接的顶梁接触顶板。 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。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 6 图 1压支架工作原理 1 2 3 4 5 6 7 、 8 9 10 11 12 3. 支架和输送机前移 支架和运输机的前移，都是由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；当需要推运输机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，是活塞杆伸出，把运输机推向煤壁。 支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图 1示： 支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段 0 1 2（ 1）初撑阶段 支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起使顶梁接触顶板，立柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自 动卸载，支架的夜控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段0t， 此时支架对顶板的支撑力为初撑力。支撑式支架的初撑力为 32 104 ( 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7 图 1架的工作特性曲线 式中 D m ； n 由上式可知，支架初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。一般采用提高泵站工作压力的办法来提高初撑力，以免立柱的缸径过大。 （ 2）承载增阻阶段 支架初撑 后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直到增加到支架的安全阀调正压力，立柱下腔压力达到工作阻力。此阶段为增阻阶段1t。 （ 3）恒阻阶段 随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架的安全阀压力调正值时，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整之后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限制下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段2t。此时支架对顶板的支撑力称为工作 阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。支撑式支河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 架的工作组力为 32 104 a (式中 支架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。 对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。 支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它表示支架 支撑力的大小。但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。因此，常用单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。即 310 (式中 F 支架的支护面积， 2m 。 压支架的支护方式 综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。 3 个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的 3 种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。 1 即时支护 般循环方式为：割煤一移架一推溜，工作面“三机”的配套关系。即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。 2 滞后支护 一般循环方式为：割煤一推溜一移架。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 3 复合支护 般循环方式为：割煤一支架伸出伸缩梁一推溜一收伸缩梁一移架。 复合支护的特点是：支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。 架选型的基本参数 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，以便有效地控制顶板，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 右；移架力按煤层厚度而 定，薄煤层一般为 50100 ,中厚煤层一般为50150 ,厚煤层一般为 00300 。 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 定得不均匀载荷和冲击载荷。 10. 满足强度条件下，尽可能的减轻支架重量。 11. 要易于拆卸，结构要简单。 12. 液压元件要可靠。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 液压支架的总体设计 压支架的选型 正确选择液压支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。在具体选择架型时，首先要考虑煤层的顶板条件。表 2根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件下适用的架型，它是选择支架的主要依据 . 由于给定参数中顶底版性质：老顶 I 级 、直接顶 2 级，底板平整，无影响支架通过的断层，初步选择为掩护式支架。 1 煤层厚度 煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。当煤层厚度大于 软煤层下限，硬煤层上限 )时，应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。因此本次设计应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。 2 煤层倾角 煤层倾角主要影响支架的稳定性、倾角大时易发生倾倒下滑等现象。当煤层倾角大于 1015o 时，应设防滑和调架装置，当倾角超过 18o 时，应同时具有防滑防倒装置。给定煤层倾角 不用设置防滑和调架装置 。 3 底板性质 底板承受支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架地做的结构和支撑面积。选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板允许比压（对于砂岩底板，软底板为 右） 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 瓦斯涌出量 对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。 表 2顶级别 I V 直接顶级别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架类型 掩护式 掩护式 支 撑 式 掩护式 掩护式或支撑掩护式 掩 护 式 支撑掩护式 支撑掩护式 支撑或支撑掩护式 支撑或支撑掩护式 支 撑式 采高 小于 支撑 掩护式 采高 大于 支架支护强度1 2 3 4 2 2 2 2 结合 深孔爆破 ，软化顶板 等措施 处理采空区 单体支柱支护强度 采高 1 2 3. 采空区处理方法确定 注： 括号内的数字是掩护式支架的支护强度。表中所列支护强度在选用时，可根据本矿情况允许有 5%的波动范围。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 表中 2 分别为 老顶的分级增压系数； 老顶只给出最低值 2，选用时可根据本矿实际确定适宜值。 压支架参数的确定 护强度和工作阻力 支护强度取决于顶板性质和煤层厚度。支护强度可根据下列公式估算： M P 10 （ 式中 K 作用与支架上的顶板岩石系数，一般取 58 。顶板条件好、周起来压不明显时取下限，否则取上限； H 采高， m 顶板岩石密度，一般为 放顶煤支架的支护强度一般为 支架工作阻力 P 应满足顶板支护强度的要求，即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定。 10 （ 式中 F 支架的支护面积， 2m 可按下式计算 撑力 初撑力的大小是相对与支架的工作阻力而言，并与顶板的性质有关。较大的初撑力可以使支架较快地达到工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性。对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力的 80%；对于稳定顶板，初撑力不宜过大，一般不低于工作阻力的 60%，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积的垮河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的 75%。 架力与推溜力 移架力与支架结构、吨位、支撑高度 、顶板状况是否带压移架等因素有关。一般薄煤层支架的一架力为 1 0 0 1 5 0 中等厚度煤层支架为1 5 0 3 0 0 厚煤层为 3 0 0 4 0 0 推溜力一般为 1 0 0 1 5 0 架调高范围 支架最大结构高度 a xm a x (支架最小结构高度 i nm i n (式中 煤层最大、最小采高 1S 伪顶冒落的最大厚度，一般取 2S 顶板周期来压时的最大下沉量、移架使支架的下降量和顶梁上、底座下的浮矸、煤层厚度之和，一般取 确定支架的最低高度时还应考虑到 井下的允许运输高度。 支架的伸缩比 i nm a x （ 值越大，说明支架适应煤层厚度变化的能力越强，采用单伸缩立柱，右。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 若进一步提高伸缩比，需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱，其右。薄煤层厚度可达 由于 选双伸缩立柱。 心距和宽度的确定 支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。目前国内外液压支架中心距大部分采用 大采高支架为提高稳定性中心距可采用 轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用 因此设计中预取 座宽度 底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面： 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；使于人员操作和行走，保证支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座长度取 的移架步距一个移架步距为 即 右；支撑掩护式支架的底座长度取 4 倍的移架步距，即 右。 煤机、液压支架和输送机的配套 煤机、液压支架和输送机的配套 综采工作面采煤机、液压支架和输送机之间在性能参数、结构参数、空间尺寸及相互连接等方面，有着严格的配套要求，以保证综采工作面的最大河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 生产能力和安全生产的要求。 （ 1）生产能力的配套 （ 2）性能配套 （ 3）几何关系的配套 他附属设备的配套 煤层倾角大于 10o 时，采用链牵引的采煤机应设置防滑装置；当倾角大于16o 时应安装防滑绞车 ，输送机应设置防滑锚固装置，支架也应有防倒防滑和调架装置；而对于大采高工作面设备，煤层倾角大于 10o 时，即应设防滑装置。 落煤块度过大时，工作面转载机上应设置破碎装置。 本设计采用配套 液压支架 42/23/4410北京煤机厂 采煤机 20022 刮板运输机： 264/764 连杆机构设计 四连杆机构的作用 四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一。其作用概括起来主要有两个：其一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；其二是使支架能承受较大的水平力。 为了掌握四连杆机构的设计方法，必须正确理解四连杆机构的作河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 用。下面通过四连杆机构动作过程的几何特征进一步阐述其作用。这些特征是四连杆动作过程的必然结果。 化时，顶梁端点运动轨迹的最大宽度70e ，最好为 下； 梁与掩护梁的夹角 p 和后连杆与底平面的夹角 Q ，应满足如下要求： 支架在最高位置时， 252 ， 575 ；支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩护 梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求 ，如果刚和矸石的摩擦系数 ，则 ，为了安全可靠，最低工作位置应使 5 为宜。而 Q 角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降。一般取 525 ,在特殊情况下需要角度较小时 ,可提高后连杆下铰点的高度； , 。原因是 角直接影响支架承受附加力的数值大小。 图 2 2 所示的 h 段。 图 2 2 所示 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 其原因为当顶板来压时，立柱让压下缩，使顶梁有向前移的趋势，可防止岩石向后移动，又可以 使作用在顶梁上的摩擦力指向采空区。同时底板防止底座向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且使底座前端比压减小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外负荷。 优选设计法设计四连杆机构 目标函数的确定：令支架由高到低时，顶梁前端运动轨迹近似呈斜线；这样比用直线作为目标函数的双纽线的上半部分要长。 四连杆机构的设计通过程序来计算和验证，程序编制如下所示： s 支架最高，最低计算高度 s 支架在最高位置时，顶梁与掩护梁夹角 s 支架在最高位置时，后连杆与底座平面夹角 i 后连杆与掩护梁的比值 s 前后连杆上铰点之距与掩护梁的比值 g 掩护梁长度 a 后连杆长度 b 前后连杆上铰点之距 f 前连杆上铰点至掩护梁上铰点之距 s im c 前连杆长度 d 前连杆下铰点高度 e 前后连赶下铰点在底座上的投影距离 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 l im s o or o or i = o or o g = (+ i * a = i * g b = g f = g - b g * - a * f * f * bs(g * g - ( a * 2) / ( a * ) f * b * + a * 2 - a / g) - g * g + a * a - 2 - p3 f * b * + a * m = Y1 n = 南理工大学万方科技学院本科毕业论文 t = 2 * ( * ( - ( * ( (m * ( - n * ( / t (n * ( - m * ( / t c = 2 + ( 2) o = c / a If o nd o 0 d 4 梁强度校核 前梁受力情况 假定前梁千斤顶缸体内径先按下表标准取为 125表 50 63 80 100 110 125 140 (145) 200 (210) 220 (230) 250 则前梁千斤顶的支撑力为： 2 2 30 . 1 2 5 2 5 . 5 1 044 （ 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 图 5梁前端受一集中载荷 P，其受力图如上图所示： 前端集中载荷为： 301200 在断面 的弯矩为： 0) 3 0 前梁做成变断面箱形结构， 面如下图所示： 图 5面 前梁强度计算 (1) 形心位置 各板件的计算 数据如下表所示： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 表 5号 1 2 3 4 5 数量 面积 形心位置 惯性矩 1 138 16 9 340 1 123 0 2 74 220 4 48 9 1024 结构件的形心位置为： F n )( （ (2) 惯性矩 )( 2 （ = )63402)22 + )44 2 2 02)2310 22 + )81 0 2 54 2 =53790 4(3) 弯曲应力 JM y c )38( （ =53790)0 5 2/ (4) 安全系数 钢板材料选取 1625 3 4 3 3 5 /N c m 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 234 335 （ 顶梁强度校核 主顶梁受力情况 假设前梁失去作用，主顶梁受一集中载荷，其受力图如下图所示： 由上面求出 离铰接点 1661大弯矩为 1 6 0 1 . 4 c o s 8 ( 2 . 6 5 4 1 . 6 6 1 )o 图 5顶梁受力情况图 主顶梁做 成等断面箱式结构，在最大弯矩处的断面如下图所示： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 图 5 主顶梁强度计算 （ 1）形心位置 各板件计算数据如下表所示： 结构件的形心位置为： ()（ 9 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 表 5号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量 268 2 1 166 2 804 1 2) 惯性矩 )( 2 （ )12)9 22 ) 6 84) 0 4 82 22 )1072 22 )14 2 454584 (3) 弯曲应力 J yM c )22( （ 54584 ) 2/33496 (4) 安全系数 钢板材料选取 1623 4 3 3 5 /s N c m 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 护梁强度校核 掩护梁受力情况 由 前面已经求出在掩护梁上前后连杆的销轴处受力为 受力图如下图所示： 图 5护梁受力图 最大弯矩发生在前连杆处，其值为： 最大弯矩处的断面表示如下图所示： 图 5南理工大学万方科技学院本科毕业论文 掩护梁强度计算 (1) 形心位置 各板件记算数据如下表所示： 表 5号 1 2 3 4 5 数量 1 1 1 4 2 50 175 18 39 ny 4 27 构件的形心位置： F n )( （ = 23941817515015627392 1 5 7 (2) 惯性矩 2 ( ) n n n F y y （ )22 )22 )2 (3) 弯曲应力 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 JM y c )30( 51 4 1 6 . 7 1 0 ( 3 0 1 0 . 2 3 )8 9 7 7 3 . 323 1 1 9 8 . 7 6 /N c m (4) 安全系数 钢板材料选取 23 4 3 3 5 /s N c m 34335 1 . 13 1 1 9 8 . 7 6 底座强度校核 底座受力情况 底座受力如下图所示： 图 5中立柱的压