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二柱大采高掩护式液压支架设计【6张图/30000字】【优秀机械毕业设计论文】

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二柱大采高 掩护 液压 支架 设计 优秀 优良 机械 毕业设计 论文
资源描述：

文档包括:
说明书一份,79页,29700字左右.
任务书一份.
翻译一份.

图纸共6张:
A0-总装配图.dwg
A0-底座.dwg
A1-顶梁.dwg
A1-立柱.dwg
A3-液压系统原理图.dwg
A2-后连杆.dwg

摘 要

本课题的研究内容是掩护式液压支架的总体设计。
液压支架作为回采工作面的一种支护设备，液压支架在工作过程中能否取得良好的支护效果，取决于支架的架型，结构和相关参数。首先，通过几何做图法进行四连杆机构优化设计来确定支架的四连杆机构各杆系的长度；然后，通过三维软件3DMAX来进行实体建模，并进行了动画仿真和简单的有限元分析；其次，以力学模型为依据，分析了液压支架的顶梁、掩护梁上载荷的作用机理，得到了较为合理的支架载荷的计算公式；再次，结合本次设计的支架，从平面和空间两方面对支架主要结构件进行受力分析；最后对支架主要结构件、连接销轴、连接耳板进行强度效核。
在完成本设计的过程中，利用理论分析的同时，也采用了许多实际经验，做到理论与实践相结合。

关键词：掩护式支架；四连杆；优化设计；力学特征；强度

ABSTRACT

The paper mainly foused on the problem which is design out a type of shield support.
The hydraulic support described is a part of the mining industry equipment in the mine, used for protection of working environment in the gallery. It works well or bad at work basing on its support mode, frame and some parameters. In the first step, the optimal values of some parameters of the leading four-bar mechanism are determined by using geometric sketch. Secondly, the model is founded with the three-dimensional software,3DMAX, and also do the Simulink, SimMechanics and simple analysis. Then on the base of mechanic model of support-surrounding, the mechanism and loads on the support is decided. The next work, with the condition of the design, the main mechanics of hydraulic support is analyzed and calculated by plane and spatial model. Finally, the under frame, top beam cave shield, wrists and hydraulic column are analyzed by calculation. And draw out all the process drawings.
During the course of doing the paper, author not only analyses something theoretical, but also adopted a lot of actual experiences. Combining theory and practice. Therefore, the paper possesses theory and practical value, so it measures up the requiring of the nation to the undergraduate.

Key words: shield hydraulic support; four-bar links; optimal design; mechanics characteristics; strength

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


二柱大采高掩护式液压支架设计









内容简介：
中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 姓 名： 张学斌 学 号 ： 14030385 学 院： 应 用 技 术 学院 专 业： 机械 制造 设计题目： 二柱大采高 掩护式 液压支架设计 专 题： 指导教师： 黄嘉兴 职 称： 副教授 2007 年 6 月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 应用技术 学院 专业年级 机自 03 2 学生姓名 张学斌 任 务 下 达 日 期 ： 2007 年 2 月 20 日 毕业设计日期： 2007 年 3 月 13 日至 2007 年 6 月 20 日 毕业设计题目： 二柱大采高 掩护式 液 压支架设计 毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： 岩性质、煤层赋存条件、 配套设备的相关尺寸，确定支架架型及支架结构参数； 板输送机之间 配套关系，绘制支架总图，主要部件、组件及主要 零件工作图的设计。 成各构件的受力分析、强度计算，结构设计， 完成整机设计计算说明书。 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语 （基础理论及基本技能的掌握； 独立解决实际问题的能力； 研究内容的 理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点； 工作态度 及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取 得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程 度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委 员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 本课题的研究内容是掩护式液压支架的总体设计。 液压支架作为回采工作面的一种支护设备，液压支架在工作过程中能否取得良好的支护效果，取决于支架的架型，结构和相关参数。首先， 通过 几何做图法 进行四连杆机构优化设计来 确定支架的四连杆机构各杆系的长度；然后， 通过三维软件 3进行实体建模，并进行了动画仿真和简单的有限元分析；其次，以力学模型为依 据 ， 分析了液压支架的顶梁、掩护梁上载荷的作用机理，得到了较为合理的支架载荷的计算公式；再次，结合本次设计的支架，从平面和空间两方面对支架主要结构件进行受力分析；最后对支架主要结构件、连接销轴、连接耳板进行强度效核。 在 完成本设计的过程中，利用理论分析的同时，也采用了许多实际经验，做到理论与实践相结合。 关键词 ：掩护式支架；四连杆；优化设计；力学特征；强度 he on is a of is a of in of in It or at on In of of by is do on of of on is of of is by by of a of so it up of to 目 录 1 序论 1 压支架的用途 1 压支架的工作原理 1 压支架的设计目的、要求和基本参数 2 计目的 2 液压支架的基本要求 3 计支架必需的基本参数 3 压支架的分类 3 1. 5 液压支架的主要结构件及其用途 4 梁 4 座 4 护梁 4 动侧护板 5 杆 5 1. 6 液压支架的液压系统 5 压支架传动系统的基本要求 5 压支架的液压传动特点 5 压支架的选型 6 压支架的设计动向 7 2 液压支架的结构设计 7 压支架的主要尺寸的确定 7 架高 度和伸缩比 7 架间距 8 座长度 8 梁长度的确定 8 柱布置 10 风断面的计算 10 部件结构选择 11 梁 11 座 13 柱 14 移千斤顶 15 衡 千斤顶 16 推千斤顶 16 压支架基本技术参数的确定 16 护面积 16 护强度 与工作阻力 17 定立柱的技术参数 17 柱的初撑力与泵站的额定工作压力 18 全阀压力和立柱工作阻力的确定 18 移千斤顶 18 衡 千斤顶 19 3 液压支架的受力分析 21 述 22 压支架工作状态 22 算载荷的确定 22 压支架的受力分析 23 梁载荷分布 28 护强度计算 29 座接触比压计算 30 护效率 34 架受力的影响因素 34 4 液压支架的强度条件 36 度条件 36 压支架的强度校核 37 梁强度 校核 37 座强度校核 43 梁上平衡千斤顶 耳板的强度校核 47 护梁的强度校核 48 衡 千斤 的强度校核 53 柱强度校核 54 连杆强度校核及对应销轴 61 连杆强度校核及对应销轴 63 5 液压 支架 的液压系统 64 柱和千斤顶 65 架液压阀 66 控单向阀 66 全阀 66 纵阀 67 压支架液压原理图 67 压支架的控制方式 67 动控制 67 动控制 68 压系统安装、调试、保养 68 装 68 试 74 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 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 1 页 英文原文 at up a to of of a of is a of in a of be to 950s. in of in is no of A is in a of i. e. , by In (1) or of if a is is a “a or a (2) of is to of it is to of a is a in on of in of of it be of in is it in of of be or in a or a 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 2 页 is by to to a is by a of at a of i. e. , FS is to of is to is he is an of it is in It up or in at by a or be at or in of of be a at of or a of or of is is is a of is to to is is by is is by of 0 6 is or of to is a 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 3 页 n a is a be a or or by at or In a is at is to in a a is in of to by in in by a is a at of of at In in to it is a A is at of to to a in by of a at in to a a It of is in to 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 4 页 it in in a it of of of is of of In to a to be of of of of be by F F is of on is by a of As of of up a of is a is of of by of a In a by a of in an is by of in if of be so of be On 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 5 页 it In so up of an is he of As it of If of or it is a or in a a at 中文译文 自移式液压支架 现代长壁工作面采煤已经在开采区使用液压支架。液压支架不仅支撑顶板，推动刮板输送机工作面和自移式支架本身，而且还为相关的采煤设备提供一个安全的工作环境。因此正确的选择和应用液压支架是长壁工作面采煤成功的先决条件。此外，由于对液压支架需求数量很大，对液压支架的投资经常要占到长壁采煤工作面初始投资的一半以上。因此，从技术和经济两方面的观点看，液压支架是长壁采煤工作面设备中十分重要的一部分。 现代液压支架的应用可以追溯到上个世纪 50 年代早期。从那时开始，随着液压支架在全世界各个领域的使用， 各个国家都设计和制造了无数的液压支架。但是，到现在始终没有一个统一的分类系统。 这里使用一个简化的液压支架的分类。由于液压支架由四个主要部分组成 (即顶梁，掩护梁，液压支柱和底座 )，因此根据这些结构的相互关系给液压支架分类。在其中，有两个因素是最重要的： (1) 是否使用掩护梁 如果使用了掩护梁，那么液压支架属于掩护式液压支架，否则，支架就属于节式支架或者垛式支架。（ 2）液压支架所使用立柱的数量与类型 由于液压支架的支护能力一般与液压立柱的数目成正比，所以确定液压支架立柱的数目是很重要的。另外，液压支柱的 安装方式也很重要，例如，立柱垂直安装在底座和有掩护梁的顶梁之间，此时对顶板具有最小的支护效率。 基于这个概念，按照液压支架发展进化的顺序，把液压支架分为四类，即：节式支架，垛式支架，掩护式支架和支撑掩护式支架。然而，必须指出 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 6 页 的是，每一种支架的发展趋势在应用方面的区别在逐渐变小。 这四种类型的液压支架不仅可以用于后退式长壁回采工作面和前进式开采工作面，还可以用于标准方式、滞后支护方式和即时支护方式。 对于标准支护方式，采煤机作切割或分段运动，工作面输送机由装在液压支架上的推移千斤顶推动前进。液压支架比输送机先 移动。对于滞后式支护方式，支架不可能靠近输送机，因为有一个装置自动的使支架前端与输送机保持一定的距离。这就要求要有贯穿工作面的缓沟，并且采用前进式标准支护，比如：先推动刮板输送机，然后再让液压支架前进。 对于即时支护方式，液压支架在截煤机过去之后立即跟随刮板输送机前进，液压支架前面的顶板有足够的长度来支护采过和将要采的顶板部分。在液压支架前进以后，刮板输送机也被推移前进。 节式支架 节式液压支架是一种扩展单体液压支柱的常规使用的支架。它是现代自推进式液压支架发展的第一个类型。它包括一前一后垂直安装的支柱，支 柱连接在单一或分割的顶梁的顶端。两块分割的顶梁可以铰接在两立柱之间或在前立柱之前的任意点。两根液压支柱的底部是焊接在每个支柱末端的一只金属环形底靴或者固体底座连接两根支柱。 一般来说，节式液压支架由两套或三套液压立柱组成。先移动的是次要装置，后移动的是主要装置。每根支柱之间有双作用液压缸。液压缸的活塞连接到次要之柱上，缸底连接到主要支柱上。支架前进过程中，当次要支柱降低并通过活塞推动向前移动时，主要支柱使顶梁平衡。当到达新位置以后，次要支柱支撑顶板，主要支柱降低并且由缸筒拉动前进。每次移动的前进距离为 20 到 30 英尺。（即 ）。 节式液压支架结构很简单，但是在结构上柔韧性过强而缺少稳定性。两块顶板下有相当大的未覆盖区域，这段区域允许碎石落入。因此，节式液压支架不适合较弱顶板。由于缺少稳定性和需要频繁维护，节式液压支架现在已经很少使用。 垛式液压支架 在垛式液压支架中，顶梁是一个坚固的整体结构，而底座则可能是坚固的整体结构或者两个独立的部分，它们用金属杆在其前端或尾部连接起来。在这两种情况下， 两垛式支架之间将有一个很大的空间，并在其中部安装双作用立柱，这种立柱将把刮板输送机和垛式液压支架作为一个整 体进行推移，这就是垛式液压支架与节式液压支架的不同。这种方式同样应用于掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架当中。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 7 页 和节式液压支架一样，所有的液压立柱垂直安装在底座和顶板之间。立柱的数目在 3 到 6 之间，但 4 柱支架目前应用最多。六柱式垛式支架是为薄煤层设计的，两个支柱在前，四个在后，中间是人行走的通道。对于六柱式支架，顶梁在通道的上方铰接。大多数垛式支架在其顶梁末端都装有挡矸帘。挡矸帘由一些矩形的金属片组成，这些金属片的两端水平连接。 在大多数垛式支架中，液压支柱与顶梁和液压支柱与底座之间都采用铰接式连接。但是为了增加支架的纵向稳定性，通常在底座与各支柱之间安装箱形金属框用来加强稳定性。在金属框上方的立柱周围安装复位装置。 垛式液压支架适用于各种坚硬顶板。当部分顶板已经完全悬挂在采空区时，需要引导其塌落，这时垛式液压支架就可以提供一条通向采空区的通道。 掩护式液压支架 掩护式液压支架是在七十年代新出现的一种液压支架，它的特点是在底座和顶梁尾端增加了掩护梁。掩护梁一般是倾斜的，铰接在顶梁和底座之间，从运动学上说，它是稳定的，这也是掩护式支架 优于节式支架和多式支架的一个主要方面。掩护式支架可以完全封锁采空区，防止岩石碎片落入支架的工作面。因此，掩护式液压支架的工作面一般都比较清洁。 掩护式液压支架的立柱一般都是倾斜的，这样可以为运输提供更多的空间。由于顶板、掩护梁和底座是相互连接的，所以掩护式液压支架可以更好的抵抗横向力，而不需要使立柱弯曲。这样，与节式支架和垛式支架固定约束不同，掩护式液压支架中支柱与顶梁和支柱与底座之间是通过销轴连接的，使液压支柱的倾斜角度随着采煤高度的不同而变化成为可能。由于只有液压立柱的垂直分量起支护顶板的作用，掩护式液 压支架的承载能力随着采煤高度的变化而变化。 掩护是液压支架有很多种类。在下面的介绍中，有六项可以用来给掩护是液压支架分类，这六项可实现所有类型掩护式液压支架统一术语的发展。顶梁端部的运动轨迹，液压立柱的定位于定向，液压立柱的数目，顶梁的几何形状，以及其他的可以任意选择的设计方法和理念都可以用专业术语详细的说明。 顶梁端部的运动轨迹的形式 这是公认的最普遍的对掩护是液压支架的分类方法。基于这种标准，掩护是液压支架可以分为三种类型：双纽线形，圆弧形和椭圆形。 双纽线形：这是最常用的一种类型。掩护梁和底座通过含有 四个铰链的双纽线形运动的连杆连接起来。随着掩护式液压支架立柱的升起和下降，选择好双纽线杆的尺寸，就可以使顶梁前端近乎垂直的作上升和下降运动，这 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 8 页 样就可以保持顶梁前端与煤壁之间未支撑的距离为一常量，这种特性对很好控制顶板来说是广泛考虑的最合乎要求的。当采煤高度有明显限制时，顶梁前端垂直运动。顶梁、掩护梁、双扭线杆和底座的尺寸及位置的布置都严格约束了这种限制。如超出这个限制，顶梁前端将会迅速的远离采煤线，从而产生一个很大的未支护面积。 圆弧形：在圆弧形掩护式液压支架中，掩护梁和底座之间通过单一的铰接连接。当液压支 架立柱升起时，顶梁的前端将按圆弧型轨迹远离煤壁，这样使未支护面积增大。这就是大多数用户所考虑的，圆弧型式掩护式液压支架最不合适的地方。但在实际应用中，如果煤层厚度变化幅度较小，则顶梁、掩护梁和底座的尺寸及位置可以按这种形式设计，未支护面积处的纵向距离变得不重要。另外，当降低液压支柱时，未支护面积将会减少。 椭圆形：在椭圆形掩护式液压支架中，掩护梁和底座采用这种方式连接，当液压支架的立柱作上升和下降运动时，支架顶板的前端沿椭圆形轨迹运动。这种形式的液压支架现在已经很少应用了。 支撑掩护式液压支架 支撑掩护式液 压支架结合了垛式液压支架和掩护式液压支架的特点。所以，支撑掩护式液压支架具有以上两者所具有的优点。 如果所有的四根或六根液压立柱都安装在顶梁和底座之间，则称这种支架为支撑掩护式液压支架。常规的四柱或六柱支撑掩护式液压支架所有的立柱都是垂直安装、互相平行的。另外还有 型的安装形式。有些顶梁是一个整体，而有些顶梁则是由通过铰接并在铰接处安装一液压千斤顶的两部分组成的。支撑掩护式液压支架具有最高的支护效率，因此适用于坚硬顶板。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 1 页 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。 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。 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 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 2 页 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。 压支架的设计目的、要求和基本参数 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。 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 100右；图 1压支架 工作原理图 123456 7、 89101112 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 3 页 移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为 100150厚煤层一般为150 250煤层一般为 300400 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。 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。 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 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 4 页 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。 压支架的主要结构件及其用途 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。 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。 护梁 用途： 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 5 页 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。 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。 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。 压支架的液压系统 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。 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。 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 40柱内的压力达 3070流量大（ 30 150l/； 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） ; 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 6 页 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。 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 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 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 硬煤时，支架最大采 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 7 页 高一般 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 8间在 20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。 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，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 压支架的主要尺寸的确定 架高度和伸缩比 由 设计要求 已知 : 支架的最大高度 架最小高度 架伸缩比 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 8 页 m= 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 mB+ 架间距（支架中心距） 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 取650c=100mm,n =1 则 mB+650+1001=1750 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 图： 梁长度的确定 图 2座示意图 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 9 页 支架在工作面的相对位置关系如图 2示。 由前排立柱到顶梁前端的长度由下式计 算： b= +k+d+ 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 910形尺寸（长 宽 高）（ 1715029502120，截深 800板输送机型号 *700,规格（长 宽 高）（ 15001000.350 取 =300c =450 k =1500d =800图 2架相对关系 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 10 页 另外 = 10 得 b= +k+d+ 300+1500+1000+500*0850顶梁总长为 l=l1+b=2850+850=4300 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 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 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（ Q 采煤工作面所需风量（ m3/ (m3/ K 通风不均系数，一般取 K = 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 11 页 安规程允许的朝气含量，一般取% 6024 日产量（ T） 分钟产生一吨煤沼气涌出量，一般取4(m3/计算： 1A =24 T =1000有 : 106024 1410006024 qQ(m3/15 m3/ 601 A 0601500= m/s) V 5 粘质可塑页岩 1 塑页岩 灰质页岩 2 质 灰质 泥浆页岩 4 ： 板抗压入强度 (V矿井小时涌水量， (m3/h)。涌水量大，岩石变软，降低了允许比压 P允许比压 (查综采技术手册中的综合地质条件，可知液压支架的底座尖端对底板岩层的 最大 比压小于工作面底板的允许比压板类别 I，允许比压 压支架的强度校核 梁强度校核 按理论支护阻力在顶梁的最危险截面处，对顶梁进行校核 。 顶梁的强度校核步骤如下： 力图、剪力图和弯矩图，如图 4示 图 剪力图。从右向左取，向上力为负，向下力为正。对各点左右剪力计算如下： 已知 T=1348T+=033T-=66R=8732 R+=600R-=5161166Q=92001=27030200055245422=3=242 由 F=0 2+T+ R+ Q=0 0 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 38 页 T+R+（ 2） 1（ 2） =0 得 -T+R+（ 2） （ 2） = 1055+8600 1100+1516 242+866 033 270 211242/4300=215 (+ T+ Q 600 1033 9200 266 215= 48 (剪力 : 2 48 266=218 (2 T+=218 1033= 815 ( 15 (弯矩 : 42 211=51 （ 右 8 （ 左 582 （ 左 215 3200= 688 （ 右 215 3200 1516 242= 32（ 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 39 页 由计算得知，按弯压联合作用计算，不如按最大弯曲应力计算应力大。为安全计，在 面（如图 4用最大弯曲应力进行校核。 计算截面积 F 及截面形心至 的距离 y 。 首先对每块钢板编号，把位置状态相同和截面积相同的钢板编成 1个号，再计算截面积后计算截面形心距tY) 5 2 0 0308402 211 )5221 y 图 4梁结构受力分析图 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 40 页 ) 5 2 0 02201 6 3 0212 22 )02203022 12 ) 4 4 0 04402154 2533 )123 )3 0 0022522050022 23114 X)002460202302 22 11124 X)76002304602 2235 )002302152023022 23125 X )0 6 0025522050022 24116 X图 4面图 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 41 页 )0046 )60020330 2147 )10402303852023022 514127 )320040330 2548 )752403852023022 54128 X) 0 0 020100 2159 )1079 ) 2 5 0 0255 0 0 23110 )802500302210 则： y =1010998877665544332211 yyyyy0987654321 FFFFFFFF04 （ 每个零件中心到截面形心的距离 1 1y 204 15=189 （ 2 2y 204 40=164 （ 3 3y 204 （ 4 4y 204 300= 96 （ 5 5y 204 300= 96 （ 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 42 页 6 6y 204 300= 96 （ 7 7y 204 510= 306 （ 8 8y 204 475= 271 （ 9 9y 204 510= 306 10 10y 204 280= 76 （ 计算截面中心主惯性矩 123式中 b 截面宽度 ； h 截面高度。 计算每个零件对截面形心的惯性矩 9020592002520018912 3084012 231213211 z (17753525365200)164(12 2016302122 232223122 z (28744 06634400)2 402154124 233233533 z ( 21316591 623000)96(122546021222 2342433114 J z (25643160 027600)96(12304602122 235253535 z ( 4 7 9 0 8 5 0 1 650600)96(125546021222 2362634116 J z 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 43 页 (61821 76006600)306(122033012 237273147 z (97118120 013200)271(12 4033012 238283548 z (1873386 672000)306(12 2010012 239293159 z (7285104212500)76(12 2550012 231021033110 z (1054321 9876 3906609560 (计算弯曲应力： 47)(m a a xm a xm a x 计算安全系数： a x 对比安全系数表 4 n n =全系数合格。 座强度校核 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 44 页 1a 3a A、 E 两点为底座最前部分与底板接触的一点和底座最后部分与底板接触的一点。假设底座两端铰支，则底座受力如图4 3。 图 4 3 中已知数据：58 7 3 2 k N , 8 9 0 k N ,= 8 3k N ,F =- 1a=341 0 , 6 6 , 8 5? ?。 （ 1） 底座受力情况 底座受力如图 4 3 所示。现在求支点 A 的反力，对 E 点取 0E = ，即 ( 1 . 0 8 1 1 . 1 2 5 0 . 1 6 ) + + +1c o s ( 1 1 . 1 2 5 0 . 1 6 ) + - 1 5 3s i n 0 . 3 2 s i n ( 1 . 1 2 5 0 . 1 6 )tP a F a?53c o s 1 64s 4c o s 0 以上数据代入上面的方程求得 5232 对各点求弯矩： 图 4座受力情况 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 45 页 0 g； 1 . 0 8 5 2 3 2 1 . 0 8 5 6 5 0 k N - ? - ? - g 11( 1 . 0 8 1 ) c o s 1 s i n 0 . 3 2C A t P a P a= - ? + ? ?5 2 3 2 ( 1 . 0 8 1 ) 8 7 3 2 c o s 1 0 1 8 7 3 2 s i n 1 0 0 . 3 2= - ? + 窗 ? 窗 ? 2768=- （ ( 1 . 0 8 1 1 . 1 2 5 )- ? + +1c o s (1 1 . 1 2 5 ) 3 5 3s i n 0 . 3 2 s i n 1 . 1 2 5 c o s 1 . 5tP a F a F a? ? ?5 2 3 2 (1 . 0 8 1= - ? +1 . 1 2 5 ) 8 7 3 2 c o s 1 0 ( 1 1 . 1 2 5 )+ 窗 ? 3 2 s i n 1 0 0 . 3 2窗 ? ( 8 9 0 ) s i n 6 6 1 . 1 2 5 ( 8 9 0 ) c o s 6 6 1 . 5- 窗 ?- 窗 ?= 431- (kN m)g 0 处的弯矩 5 6 5 0 k N - 按此处进行强度校核。 )3600206802 2211 )0221 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 46 页 ) 3 1 0 08 22212 RX ) 2 0222 2122 XH )7 6 0023046022 21223 X )502 23 ) 2 0 02301202 2134 )2036021202 434 则： y =44332211 yy321 FF50 （ 每个零件中心到截面形心的距离 1 1y 150 10=145 （ 2 2y 150 120=30 （ 3 3y 150 250= 100 （ 4 4y 150 420= 270 （ 计算截面中心主惯性矩 123式中 b 截面宽度； h 截面高度。 计算每个零件对截面形心的惯性矩 2868466661360014512 206802122 231213211 z ( 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 47 页 93100)30(43222432112 237396666 ( 27807000027600)100(123046021222 2332331223 J z (5254200007200)270(12 301202122 234243134 z (4321 =1327733332(计算弯曲应力： 148)(m a a xm a xm a x 计算安全系数： 3148450 对比安全系数表 4 n n = 所以底座强度合格。 梁上平衡 千斤顶 耳板的强度校核 耳板结构如图 4 5所示。 耳板受挤时，有 挤 g （ 6 22） 式中 z 耳板数量； 偏载系数，取 b 耳板厚度； d 销孔直径。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 48 页 B e 4 5 耳板结构简图 已知 1 3 4 8 k 推（平衡千斤顶推力）， ， 2z= ， ， ， ，代入式 (6 22)得 31 3 4 8 1 . 2 1 0 P a 1 7 2 M P . 0 5 0 . 0 9 4s 创=创耳板选取材料为 15度为 50400 M P 。 挤压安全系数 1 . 7 1 . 7 4 0 0 4172ns = = =挤 1可知，耳板许用安全系数 ，比较知 ，耳板设计合适。 护梁的强度校 核 掩护梁的受力如图 4 6 所示。 x ay 4 6 掩护梁受力 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 49 页 把所有力向掩护梁上投影则成图 6 4。 0P 8xL 01xyF 6yF 6xF 5xF 5yx ayx axy ayy 23L 12L 23P 8y4 7 掩护梁投影图 已知 0 1 2 30 . 8 m , 1 . 2 5 m ,12 m，1 1 15 0 , 8 5 , 6 6P Q y= ? ? ?， 2 1 1 k N , 2 6 6 k N ,568 9 0 k N , 3 8 3 k - = -，8 840 -（拉力）或 1348力），6 那么 1 1 11 8 0 1 8 0 5 0 6 6 6 4Y P Y = ? - = ? ? ? ?， 1 1 1Q Q P= + = 8 5 5 0 1 3 5? ? ?， 1 50 = ?， 19 0 9 0 5 0 4 0= ? = ? ? ?， 6 6 1c o s 3 8 3 c o s 1 3 5 2 7 1 Q = = - 窗 =-（ 6 6 1s i n 3 8 3 s i n 1 3 5 2 7 1 Q = = - 窗 =-（ 5 5 1c o Y = 8 9 0 c o s 6 4 3 9 0=- 窗 =-（ 5 5 1s i n 8 9 0 s i n 6 4 8 0 0 Y = = - 窗 =-（ 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 50 页 c o s c o sa x a x a a ay x y Y a x X ?- = 6 c o s 4 0= 窗 211-? co s 5 0 6 8? （ s i n s i na y a y a a a ay x y Y x X- = 6 s 0= 窗 211-? 按第 4 章中的要求对掩护梁进行强度校核。 取8 1348推,则 8 8 8c o s 1 3 4 8 c o s 5 P = 窗g 1343（ 8 8 8s i n 1 3 4 8 s i n 5 1 1 7 P = 窗 =（ （ 1） 自左向右对 3、 2、 1、 0 四个点求最大力矩： 3 点：3 0 kN g； 2 点：2 2 3( ) 9 . 3 5 1 . 2 5 1 1 . 6 8a y a yM y x L= - - = - ? 1 点：1 2 3 1 2 8 6 8 1 2( ) ( )a y a y x yM y x L L P L P L= - - + + +g g 3 5 (1 = - ?1 . 7 5 ) 1 3 4 3 0 . 3 7 1 1 7 1 . 7 5 6 7 4+ ? ?（ 0点：0 2 3 1 2 0 1 8 6 8 1 2 0 1 5 0 1( ) ( ) ( )a y a y x y yM y x L L L P L P L L F L ?= - - + + + + + -g g g 3 5 3 . 8 1 3 4 3 0 . 3 7 1 3 4 3 ( 1 . 7 5 0 . 8 )= - ? ? ?( 800)- - ? 526= （ 由以上可知， 0点受力最大，只对 0点进行强度校核。 0点处横截断面如图 4 8所示。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 51 页 14001933907008803252020 4301805430图 4 8 掩护梁最大受力处
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本文标题：二柱大采高掩护式液压支架设计【6张图/30000字】【优秀机械毕业设计论文】
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