超前支护实验平台液压系统设计（全套含CAD图纸）
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购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396毕 业 设 计(论 文)题 目： 超前支护实验平台液压系统设计 作 者：指导教师：专 业：时 间：购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396中文题目：超前支护实验平台液压系统设计外文题目：The Hydraul System Design Of Advanced Supporting Experimental Platform 毕业设计（论文）共 58 页（其中：外文文献及译文 8 页） 图纸共 4 张 完成日期 2015 年 6 月 答辩日期 2015 年 6 月 本科毕业设计（论文）学生诚信承诺保证书本人郑重承诺： 毕业设计（论文）的内容真实、可靠，系本人在 指导教师的指导下，独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担全部责任。学生签名：年 月 日本科毕业设计（论文）指导教师诚信承诺保证书本人郑重承诺：我已按学校相关规定对 同学的毕业设计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，确认由该生独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担指导教师相关责任。指导教师签名：年 月 日购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396摘要综掘迎头和巷道冒顶事故经常发生，这使得掘进效率低，采用临时支护设备能够及时有效的对迎头顶板进行支护、优化掘进工艺、使掘支锚可以并行作业是煤矿机械迫待解决的技术问题。论文在查阅和调研大量现有理论和资料基础上。论文通过对超前支护实验样机简介，对超前支护试验样机的技术参数和实验环境进行了确定，详细分析了其前进和支撑的工况特性，通过对工况分析对液压回路的控制方式进行确定，对其回路进行设计，并对立柱油缸、加载油缸、推移油缸进行设计计算并校核，经过各个厂家液压元件的优缺点对比，合理的完成液压系统所需的主要液压元件的选型，最终设计出一套液压系统。此外，通过对超前支护实验样机液压系统进行分析与设计，明确液压系统在整体控制中的作用以及相互联系，并对所设计的样机进行试验，以此做为真机系统设计依据。主要研究内容包括：（1） 通过收集查阅文献，总结出超前支护设备的研究现状与已有的超前支护设备和现有技术；（2）对超前支护液压实验平台进行工况分析；（3）对超前支护实验平台液压回路进行设计，其中包括立柱支撑回路、推移回路和加载回路；（4）根据计算结果对超前支护元件进行选型和设计；（5） 对设计的样机进行试验，为真机的设计提供依据。关键词：超前支护； 工况分析； 回路设计； 元件选型AbstractHead-on and comprehensive tunneling roadway roof accidents often occur, which makes the drivage efficiency is low, the temporary support equipment can timely and effective for head-on roof bolting, optimization of excavating process, make the digging anchor was forced coal mine machinery can parallel job to solve technical problems. Papers on consulting and research on the basis of a large number of existing theory and data, the main research Paper by forepole experimental prototype of the hydraulic system analysis and design, are analyzed in detail, its working condition characteristics by analyzing the working condition of the parameters on the components of each part of the calculation of the parameters are reasonable, comparative advantages and disadvantages of various hydraulic components manufacturer, reasonable needed to complete the hydraulic system of the main hydraulic components selection, to the performance of the system and checking calculation of the hydraulic system design, inspection and the rationality of the design of the hydraulic system, and further improve the deficiency in the design, final design a set of hydraulic system. In addition, through to the forepole experimental prototype of the hydraulic system analysis and design, a clear role in the overall control hydraulic system and connect with each other, provide the basis for real machine system design.(1) by collecting literature, summarizes the research status of forepole equipment with advanced supporting equipment and existing technology;(2) the forepole analysis of working condition of hydraulic experiment platform;(3) the forepole experiment platform hydraulic circuit design, including pillar support circuit, goes on circuit and load circuit;(4) according to the calculation results of forepole component selection and design.Key words: forepole; Analysis of working conditions; Circuit design; Component selection购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396目录前言 .11 绪论 .21.1 超前支护技术概述 .21.2 国内外超前支护技术的发展及研究现状 .31.2.1 综掘装备研究现状 .31.2.2 巷道支护装备研究现状 .51.3 选题意义 .61.4 论文的研究框架 .72 超前支护样机液压系统分析 .82.1 超前支护样机简介 .82.2 超前支护样机的技术参数 .82.3 超前支护样机的实验环境 .92.4 超前支护样机实验原理分析 .92.5 超前支护样机的液压系统组成及特点 .102.6 超前支护样机液压系统的实验工况分析 .112.6.1 迈步前进的工况分析 .112.6.2 支撑部的工况分析 .123 超前支护样机液压回路设计 .143.1 超前支护样机系统压力的确定 .143.2 液压系统的控制分析 .143.2.1 系统类型的选择 .143.2.2 执行元件类型的选择 .153.2.3 泵类型的选择 .153.2.4 调速方式的选择 .153.2.5 调压方式的选择 .153.3 超前支护样机液压系统基本回路设计 .163.3.1 立柱支撑回路 .163.3.2 推移回路 .173.3.3 模拟顶板加载回路 .184 油缸的参数计算 .184. 1 立柱液压缸设计与参数计算 .184. 3 推移液压缸的设计与参数计算 .234. 3 加载液压缸的设计与参数计算 .285 超前支护样机液压系统的元件选型 .335.1 液压泵的选型 .335.2 泵站电机的选型 .355.3 液压控制阀的选型 .366 超前支护样机实验分析 .396.1 模拟顶板实验台静力学实验 .406.2 超前支护-顶板体系静力学实验 .416.3 全支撑超前支护-顶板体系静力学实验 .416.4 过渡支撑超前支护-顶板体系静力学实验 .437 技术与经济性分析 .468 总结 .47致谢 .48参考文献 .49附录 A.50附录 B.541前言煤矿是中国的重要能源和重要原料，占全国一次能源结构的 70%以上。中国煤矿分布区域十分广泛，地质条件变换多样，巷道围岩特性千差万别，是全球煤炭开采的典型区域。据世界能源委员会(WEC) 估计，世界煤炭可采的资源量达 4.84104 亿吨，占世界化石可采资源量的 66.8。因此，为了满足中国煤炭巨大的年产量及消耗量，必须提高综采、综掘的机械化程度和成套装备自动化程度。但是，目前煤矿采掘工作面采掘比基本维持在 1:3.1 左右，采掘比例失衡，综掘发展远远后于综采。据多地煤矿调研得知，影响综掘快速推进的主要原因之一就是掘进施工工艺（掘进、支护、锚钻等）不能最大限度的平行作业。从中国煤矿发展实际情况，在煤巷机械化掘进施工中，矿井作业方式一般采用悬臂式掘进机与单体锚杆钻机相互配合使用。如果掘进巷道顶板成形不好、深部厚顶煤强度较弱或者所处地应力水平较高，都会给迎头巷道支护带来困难，在施工上必须严格执行“一掘一锚”工艺，并缩短锚距。在巷道掘进成巷作业中，支护时间占总作业时间的 70%，这就造成掘进机频繁开进退出，开机效率较低，工人需来回搬运单体锚杆钻机，不仅占用人员多，辅助作业耗时间长，掘进效率低，而且工人劳动强度很大，生产安全性也较差。解决这一问题的一个重要方法是掘进迎头巷道支护设备与掘进装备及其配套设备之间相互适应和匹配。利用合理有效的巷道临时支护设备，使之与掘进和锚固工序相配套，达到掘、支、锚等多工序可以平行作业，这样可以有效保障巷道安全、高效、快速掘进。因此解决综掘工作面临时支护问题将对提高煤矿安全生产，实现快速掘进，促进经济建设有重要理论意义和实际应用价值。随着煤矿井下开采技术的发展，人们已逐渐认识到综掘工作面临时超前支护技术的重要性：在煤矿井下，浅部原岩大多处于弹性状态，而深部原岩处于潜塑性甚至塑性状态，巷道开挖后，由于巷道自由面一侧应力减为零，围岩由开挖前的三向应力状态调整为二向应力状态，如不及时有效地支护，表面围岩受到的压剪应力超过围岩强度，围岩很快由表及里发生大变形破裂碎裂整体失稳的过程。但在对超前支护装置长期的研制过程中，人们仅认识到该装置应满足巷道的超前支护需要并应能适应随工作面开采的围岩应力变化，但已取得的相关理论研究成果却很少，无法满足工程设计需求。因此设计了超前支护试验样机，其目的就是促进煤矿实现安全、高速生产具有重要的理论意义和工程实践意义. 超前支护实验平台液压系统设计21 绪论1.1 超前支护技术概述随着近几年的发展超前支护有以下几种形式：(1) 机载式超前支护机载式超前支护设备作为一种结构较为简单、可与掘进机配合使用的一种临时支护设备，得到了国内外众多专家学者的广泛关注与研究，并总结出了较多适用于煤矿井下的应用成果。机载式超前支护液压系统通常与掘进机共用泵站，少数自备泵站，这就需要对泵站油路进行改造，通过安装二位三通阀使掘进机和支护设备互锁，使二者不能同时工作、互相干扰。在对顶板进行支护时，通过操纵操作阀使高压油液从掘进机自身的泵站中泵出，经液压分流阀对高压油液进行分流，使得超前支护在液压油缸的作用下实现提升，当顶梁接触顶板并起到支撑作用时，操纵阀换向，高压油液停止向液压油缸输送油液，完成超前支护的支护动作。液压系统的主要特点是：1) 双向锁的应用使设备可以保持稳定的支护状态；2) 二位三通阀的运用使掘进机和支护设备液压系统互不干扰；3) 掘进机液压系统中均安装有多路阀液压元件，能够使得多路阀的中位机能起到阀组卸荷的作用，从而使超前支护的液压缸工作压力直接由多路阀中的溢流阀调定，起到安全保护作用。综上所述，机载式超前支护液压系统较多采用手动操作控制方式，使用电液控制的所占比例极低，无法实现程序化控制。(2) 自移式巷道支架随着超前支护设备的深入研究与发展，自移式超前支护得到了广泛关注和较大的发展。但就目前来看，尽管少数井下采煤工作面顺槽处应用了自移式巷道支架，但在掘进工作面处使用的自移式支架依然处于理论研究、样机研发及井下试验阶段，远远没有达到大规模应用的程度。同时，由于自移式巷道支架与综采液压支架在结构上较为相似，使得较多专家学者均以液压支架液压系统作为参考来展开对自移式超前支架液压系统的研究。在超前支护设备液压系统设计与研究方面，王永安对其展开了初步研究。在液压系统的设计环节基本上照搬了液压支架液压系统的基本回路，将自移式巷道支架视作液压3支架的一种特殊型号，并设计了液压系统。这说明了在对自移式巷道支架液压系统研究的初期，研究者缺乏现成设备参考，只能选择相似度较高的液压支架作为液压系统设计的蓝本，设计思想难以超越液压支架液压系统，导致液压系统的设计脱离了综掘工作面实际环境。作者提出用虚拟样机技术对液压系统进行设计来取代经验设计，但只是提出了这种思想，缺乏具体设计实例，其讨论过于空洞、宽泛。值得一提的是，文中提出利用双压回路来解决立柱和千斤顶需要液压力不同的问题，是一个很好的思路。总的来看，王永安对自移式巷道支架液压系统的研究没有突破液压支架液压系统，脱离了设备的具体应用环境，没有对液压系统特性进行缜密的分析，但这不失为一次有益的理论尝试。而在自移式超前支护液压系统设计与研究方面，倪继勇在回路设计、选型分析以及整体液压系统进行了较为深入的研究。在设计液压系统前详细分析了设备所处的环境，明确了设备的结构和动作原理，在此基础上进行基本回路的设计。主要包括供液回路、差动回路、连锁回路等。每一种回路都是根据设备所需而设计，如：连锁回路能防止不同换向阀分别控制的立柱同时降柱造成顶板冒落的风险，使设备始终有一组处于支护顶板状态；差动回路中采用交替逆止阀，提高了推移千斤顶活塞杆的推出速度；阻尼回路用于防倒千斤顶，使千斤顶具有一定的抗冲击能力；锁紧回路可使液压缸在任意需要的位置保持不动，适用于推移千斤顶等。倪继勇的研究在王永安的基础上取得了更大的进步，相比王永安论文的空洞、宽泛及设计上的缺乏依据，倪继勇紧密结合掘进迎头环境提出液压系统的设计依据，结合设备运动、支撑需要设计出基本回路，对液压系统和主要元件进行数学建模和仿真，这都是对自移式巷道支架液压系统研究的重大进步。但这个进步主要是在设计方法和数学建模仿真方面，在将先进技术（如负载敏感、恒功率控制）引入液压系统方面做得还很不够，这是由于产品没能试验投产、缺乏现场经验造成的。1.2 国内外超前支护技术的发展及研究现状1.2.1 综掘装备研究现状煤矿巷道的综掘方式主要分为两种：一种是以连续采煤机为核心的掘进方式，另一种是以综掘机为核心的掘进方式。掘进效率主要受施工水平、掘进设备配置、掘进工艺三个因素影响，其中掘进工艺为关键因素。目前，煤矿普遍存在掘进工艺不够完善的问题，主要原因是掘进过程中迎头围岩支护时间长，导致掘进和支护不能同步进行，因此 超前支护实验平台液压系统设计4掘进机开机率低，限制了综掘巷道的进尺水平，极大影响了施工与生产的连续发展。这样，煤矿综掘工作一直面临着如何实现优质高效掘进的问题。随着综合掘进自动化技术的崭露头角，综掘装备得到了快速更新，推动了综掘技术的进一步发展。初期的巷道掘进的主要方式为炮采或人工，之后随着人们对高效的掘进工艺的需求，逐渐展开了掘、钻、锚、支、运一体化理论的研究。这样，为了满足高效的综掘工作，形成以掘进机为主的几种类型的自动机械化掘进装备：一种为综合自动化机械掘进装备，主要掘进机械为悬臂式掘进机；一种是锚杆钻车和连续采煤机配套作业装备，主要掘进机械为连续采煤机；另外，一种是掘锚机组自动化技术化装备，主要的掘进机械为掘锚机组。(1) 综合自动化机械掘进装备悬臂式掘进机依靠截割部的摆动和截割头的旋转进行共同作用来破岩而形成整个巷道断面。中国目前使用的掘进机大多为普通型掘进机，主要用于煤巷或硬度在 f=5 以下的巷道。综合自动化机械掘进装备所配套的支护包括临时支护和永久支护。随着中国对整机稳定性、截割断面成形控制技术和矿岩物料装运机构等问题的深入研究，现代悬臂式掘进机朝着自动化、智能化、信息化和无人化发展方向。提高悬臂掘进机的自动化和智能化水平是国内外采煤行业探求的目标，中国对此也极为重视，并设立了 863 重点项目“煤矿井下采掘装备遥控关键技术” ，其中“掘进机远程控制技术及监测系统”课题以掘进机远程监测和控制的关键技术为核心9，例如截割断面成形控制技术，可以利用断面自动成形控制系统可获得规整的断面形状尺寸，减少无用的掘进量和充填量，提高掘进效率，降低巷道掘进成本；同时通过检测截割头空间位置，利用 PLC控制截割头按设计工艺路径准确截割，获得规整断面，避免了超挖和欠挖现象。德国艾柯夫公司研制的微机轮廓和导向及机器运行状况监测系统于 1983 年开始在 ET-160 和 ET-110 掘进机上使用。综合自动化机械掘进装备可采用不同的运输方式，目前有皮带机连续转载运输、岩石仓缓冲运输、梭式矿车运输等方式，也可采用这几种运输方式的结合。(2) 锚杆钻车和连续采煤机配套作业装备连续采煤机是一种既可用于巷道掘进又可用于开采煤炭的综合机械化开采设备，在国外已被广泛使用。深入研究发现，连续采煤机除截割机构以外，其它机构的结构和工作原理基本与部分断面掘进机大致相同，因此，借助于掘进机的结构设计有利于连续采煤机的研发。同时，连续采煤机的结构和工作原理既不同于滚筒式采煤机，也有别于部5分断面掘进机。中国对于滚筒式采煤机和部分断面掘进机的研究无论从工作机构的载荷性质、破岩原理、截割控制，还是对整机工作稳定性和可靠性等方面都取得了很多成果。而且，近年来国内在连续采煤机方面也进行了大量的基础性研究，获得了一系列的研究成果。连采机掘进技术的机械化程度很高，每月掘进深度可达 1000m 以上。20 世纪 70 年代中国开始引进连续采煤机配套作业装备，大体经历了单机和成套设备引进两个阶段。目前，中国神东公司、陕煤集团、晋城煤业等矿区使用连续采煤机 200 余台。连采机掘进时，锚杆钻车和连续采煤机采用平行作业和交叉换位的方式。连续采煤机在运输巷道掘进时，锚杆钻车在回风巷道中进行锚杆支护作业。当连续采煤机完成一个掘进循环时，标志着它与锚杆钻车交叉换位。为了满足运输和机器调动的要求，两条巷道之间每隔50m 掘一条联络巷道。由于实现了掘进和支护的平行作业，掘进速度大幅提高，但这种工艺适应范围有限且对地质条件的要求非常严格，一般控顶距需要为 20m，而且只适合于多巷掘进。连采机在巷道中掘进，截割下的煤岩由连采机的运输部转载给紧跟其后的运煤车或无轨梭车。运煤车或梭车装满后离开连采机，此外空载的运煤车或梭车移动至连采机身后继续装煤，而满载的车辆会将煤运输至破碎机，破碎机破碎后转载给皮带运输机，最后由皮带机将煤运至地面。卸完料的梭车再次返回连采机处，等待下一循环的运输。(3) 掘锚机组自动化技术化装备掘锚机组是在悬臂式掘进机和连续采煤机的基础上发展的一种新型掘进机型。掘锚机组按作业方式不同可分为两类，即同时实现掘锚作业的掘锚机组和先截割后支护的掘锚机组。中国于 2003 年引进的 ABM20 型掘锚机组为同时实现掘锚作业的掘锚机组，在晋城煤业公司成庄矿使用。目前，国内已有 22 台掘锚机组。掘锚机组在中国的试验取得了初步成功，月进尺可达 1200m。由于对巷道条件要求高及适应范围较小等原因，目前还处于推广应用阶段。掘进和支护技术是煤矿巷道掘进过程中最主要的工艺技术之一，为满足在不同矿质条件下完成掘进工作的系统自动化，有必要研究出适合中国煤层条件的掘进自动化技术。掘锚机组自动化技术，可完成掘进过程中掘进、装载、运输、支护等工艺条件下的自动化作业，能够达到加强煤帮和顶板的支护和快速掘进截割的目的，确保掘进工作的稳定进行。 超前支护实验平台液压系统设计61.2.2 巷道支护装备研究现状“高产、高效”是中国综掘装备的设计要求，也是目前综掘装备的发展趋势。然而，煤炭生产过程中存在着诸多难题，例如煤矿巷道支护时间影响掘进机掘进速度、掘进迎头安全问题、作业面工作人员的安全问题、掘进装备维护等。煤矿顶板事故不仅会造成掘进工作停止，而且会引起工作人员的伤亡。影响煤矿顶板事故的因素之一便是巷道支护形式，因此如何选取合适的支护装备是保障巷道作业安全生产的关键问题。煤矿的巷道支护包括永久支护、临时支护和超前支护。其中，在掘进工作面迎头，可临时支护迎头空顶处的顶板、戴帽点柱和悬顶梁的支护装备称为掘进工作面超前支护装备。超前支护是避免作业人员在空顶区作业的有效支护形式。而且，在综掘巷道迎头采用临时支护的支护方式，可减小综掘机械工作时的扰动、锚杆支护时的应力变化和顶板自身压力变化对巷道围岩变形、位移和破裂的影响。1.3 选题意义随着国民经济快速的发展，电力、能源日趋紧张。由于我国的电力行业大部分是火力发电，所以对煤炭的需求量日益增加。为了加强安全生产，国家关闭了小煤窑，扶持大煤矿，加大煤矿开采的的现代化设备，从政策上带动煤矿机械的大发展。超前支护样机是结合先进技术，超前支护样机具有如下特点：1) 节约时间；2) 可以行走；3) 为掘进机提供了安全保障。液压超前支护装备主要应用于综掘迎头巷道的临时支护。通过分布式支撑顶梁连接，能够在掘进成巷过程中及时有效支护掘进迎头顶板保持顶板稳定。随着掘进机截割前移，超前支护装备也随之移动。通过超前支护装备的两组支撑装置，可以进行单组和双组交替支撑，以保证顶板始终处于支撑状态，可以避免因反复支撑对顶板造成破坏。使用超前支护装备可以使工作面临时支护范围延长至掘进机机身位置或者机尾处，工人可以在相对安全位置进行集中锚固作业，有效提高煤矿安全生产和掘进效率，同时推进了综掘工作面自动化成套装备的发展。提供一种新超前支护的方式，可以使实现“多掘一锚”工艺，使掘进、支护、锚固并行作业。7图 1.1 超前支护装备工作示意1.4 论文的研究框架超前支护液压试验平台液压系统设计超前支护液压试验平台液压系统设计查阅文献及相关资料对样机的相关参数进行设计进行试验 、 完善理论成果液压回路设计对液压元件进行选型系统性能验算设计超前支护样机的实验环境对其进行工况分析对液压缸进行设计否是 超前支护实验平台液压系统设计82 超前支护样机液压系统分析2.1 超前支护样机简介液压超前支护装备属于综掘巷道临时支护设备，如图 2.1，主要用于煤矿井下综掘工作面巷道的临时支护。超前支护可以与掘进机和锚杆钻机配套使用，形成新的掘进工艺。整体采用框架式结构，独特的龙门式结构使其在支护作业时整体跨“骑”在掘进机上方，将操作人员与掘进机等设备保护在支护体内。这种跨“骑”结构有效利用了掘进工作面的作业空间，给其他综掘配套设备留下更多的布置空间，便于设备操作和搬运。操作人员可以掘进机机身位置或机尾处进行集中多排锚固工作，切实可行的解决了掘、支、锚并行作业问题。图 2.1 超前支护结构模型在掘进机截割时，超前支护两组共同支撑迎头顶板和侧帮。当开挖空顶距接近巷道许用空顶距时，超前支护采取单组支撑顶板，另一组下降卸载，由推移机构向前推移，实现迈步，然后上升加载，支撑顶板。接下来处于支撑状态那一组重复上述操作，实现交替迈步前行，直到超前支护接近截割头且不与之作业空间干涉为止。超前支护由机械系统、液压系统以及电控系统组成，各部分相互协调工作，完成超前支护的支撑作业任务。2.2 超前支护样机的技术参数根据所具有的条件，定下超前支护样机的尺寸表 2-1 超前支护样机技术参数表名称 参数外形尺寸/mm 1800(长 )1480(宽)1088(高)重量/kg 15949整机参数 油缸伸出的最大支撑高度/mm 1128油缸缩回最小高度/mm 1048推移距离/mm 150支撑油缸最大移动速度/mm/s 8加载油缸最大移动速度/mm/s 2推移油缸的最大移动速度/mm/s 22.3 超前支护样机的实验环境为了对超前支护装备试验样机的力学特性进行试验，需对设计的顶板试验台进行加载实验，并检测顶板试验台在不同加载方式和加载力作用下，顶板试验台的受力和位移变化情况，以确定顶板试验台设计合理性。通过顶板试验台框架上的液压缸组分别施加不同的载荷，检测模拟顶板的应力和位移变化情况，将实验数据进与与理论研究结果进行对比由于试验样机是真机的小型模拟，没有真实环境。需要设计一个实验环境，用于对样机进行实验，对于超前支护样机的实验环境，设计了 4 个液压油缸这 4 个油缸产生的负载为 5t。2.4 超前支护样机实验原理分析超前支护在功能、结构等方面与液压支架相似，可以借鉴部分液压支架的液压系统设计理论来研究超前支护的液压系统。 超前支护作为临时支护主要用来完成单组支撑、双组支撑、推移（即主、副支撑架组移架迈步过程）等动作。完成这些动作主要液压控制系统分别操作立柱油缸、推移千斤顶等来完成。超前支护液压系统工作原理如下：(1) 单组支撑过程超前支护在液压系统的控制下，主支撑组（或副支撑组）立柱油缸同步伸出。 (2) 双组支撑过程超前支护处于双组支撑状态时，主、副支撑组立柱油缸全部伸出，使支撑组纵梁与顶板接触并用初撑力值来支撑顶板。随着顶板变形不断增大，主、副顶部支撑液压缸逐渐达到工作阻力值。若顶板出现极端现象：顶板压力大于超前支护支撑的工作阻力值，立柱油缸开始降压并缩回；当顶板顶板压力达到超前支护承受的最大值时，主、副支撑组立柱停止缩回，并与机械系统“合为一体” ，将顶板压力完全传递给机械部件形成刚性支撑，以保护在突发极端现象时操作人员与掘进设备的安全。 超前支护实验平台液压系统设计10(3) 推移过程推移过程主要包括主支撑架组移架和副支撑架组移架两个过程。依据现场实际需求选择两组移架动作的先后，实现交替移架动作。1) 主支撑组移架过程主支撑组移架时，副支撑架组保持支撑状态。主支撑架组通过控制立柱缩回，当主支撑纵梁下落至副支撑横梁上时，副支撑横梁阻止主支撑纵梁继续下落，立柱继续缩回将使底部滑靴上提至脱离地面一定位置处。在推移油缸用下，主支撑架组被向前推移一个步长，推移动作完成后，主支撑架组控制立柱伸出，当底部滑靴下落至巷道底面时，主支撑横梁、纵梁上升。当纵梁及阻尼体接触并有效支撑顶板，立柱油缸停止运行，此时主支撑架组移架动作完成。2) 副支撑组的移架过程副支撑组的移架过程与主支撑架组的移架过程基本一致。移架过程中，主、副支撑架组中的横梁及纵梁起到一定的限位作用。1 51236578 91 041 21 11 41 31.纵梁 2.侧护板 3.推移油缸 4.侧推油缸 5.平衡千斤顶 6.横梁 7.顶部阻尼体 8.副支撑组 9.掩护梁 10.底座 11.导向板 12.前连杆 13.后连杆 14.立柱 15.主支撑组图 2.2 超前支护设备结构示意2.5 超前支护样机的液压系统组成及特点超前支护液压系统是由 10 个油缸(包括：支撑油缸 8 个、推移油缸 2 个、) 、操纵台、泵站以及相互联接的配管等组成。整个液压系统主要完成机器的行走、向上支撑功能。泵站由电机驱动，通过定量泵、阀组，将压力油分别送到支撑油缸推移油缸的为防止执11行元件过负荷而造成的损坏，液压系统一般都有过载保护功能。由于设计的试验样机工作环境良好，为了完成所设计的动作，需要使超前支护设备具备以下几个特点：1) 支撑油缸需要同步支撑，保证速度同步；2) 支撑油缸和推移油缸速度可调； 2.6 超前支护样机液压系统的实验工况分析工况分析包括对样机的受力分析、速度变化、绘制负载和功率的分析，在设计时应满足机构的运动速度、动作配合和传动功率的合理有效。2.6.1 迈步前进的工况分析1）运动分析及运动循环图快退原位停止一组推移油缸向前移动二组推移油缸向前移动一组推移油缸向前移动一组推移油缸向后移动图 2.3 位移循环图超前支护设备的行走及转弯是通过推移千斤顶的伸出和收缩完成的，但与其他支护设备不同的是，本设备在迈步过程中，是通过立柱、顶梁等部件的共同作用，将底部滑履抬起的条件下，再进行超前支护设备的推移动作，不需要克服滑履与地面的摩擦力，仅需要克服主、副支架相互移动时产生的摩擦力。这样可以大大降低推移千斤顶所需的推力和拉力。因此，在计算推移千斤顶的缸径时，仅考虑支架自身重力所产生的摩擦力。在设计过程中，对本设备的整体重量进行了初步计算，设备总重共计 2t，则推移千斤顶需要克服的摩擦力为：(3-15)=FG摩式中： 推移千斤顶需要克服的推力， kN；F摩摩擦系数，取钢钢摩擦系数 0.15；设备的整体重量，则单组重量为 =1t。G根据上式计算得出，推移千斤顶需要克服的摩擦力为 0.15KN。=F摩为了保证本设备能够行走，使用 2 根推移千斤顶来完成迈步动作，因此，推移千斤 超前支护实验平台液压系统设计12顶需要满足的推力和拉力大小为 0.075kN。=2F摩推 拉2.6.2 支撑部的工况分析1）运动分析及运动循环图两组快进两组加载原位停止一组下落一组上升二组下落二组上升图 2.4 位移循环图立柱油缸支撑时，有可能是单组支撑，也有可能是单组支撑。对于单组支撑来说，有 4 个油缸，支撑 5t 的负载，每一个油缸所有力的大小为 1.25KN，对于全支撑来说 8 个油缸同时支撑负载，每一个油缸力的大小为 0.625KN。在超前支护设备在进行支护过程中，油液进入立柱无杆腔，立柱活塞杆在油液的作用下向上运动，当超前支护设备的顶梁接触到顶板时，立柱内部压力升高直至与定量泵压力相同时，控制换向阀停止供液，此过程为超前支护设备的初撑阶段，超前支护设备此时提供的力即为初撑力。则超前支护设备的初撑力为：(3-6)24aFDP立初根据上式计算可以得出超前支护设备的初撑力为 kN。7.9F初对于超前支护试验样机有以下几种工况情况：工况一：支撑油缸 1 组 支撑油缸 2 组 推移油缸 1 组 推移油缸 2组 加载油缸组原位 原位 原位 原位 加载此工况是使顶板发生变形。加载油缸组产生 5t 的负载。工况二：支撑油缸 1 组 支撑油缸 2组 推移油缸 1组 推移油缸 2组 加载油缸组上升 上升 不动 不动 保持加载此工况使顶板恢复变形，由两组油缸同时支撑负载。13工况三：支撑油缸 1 组 支撑油缸 2组 推移油缸 1组 推移油缸 2组 加载油缸组不动 快速下降 不动 不动 保持加载此工况主要研究由全支撑变为过渡支撑时，由于速度的变化对于支撑油缸的力的影响。工况四、五：支撑油缸 1 组 支撑油缸 2组 推移油缸 1组 推移油缸 2组 加载油缸组不动 中速下降 不动 不动 保持加载不动 慢速下降 不动 不动 保持加载这两个工况与三工况类似，全支撑变为过渡支撑时，由于速度的变化对于支撑油缸的力的影响。工况六：支撑油缸 1 组 支撑油缸 2组 推移油缸 1组 推移油缸 2组 加载油缸组不动 上升 不动 不动 保持加载此工况主要由过渡支撑变为全支撑。液压缸负载的变化。工况七：支撑油缸 1 组 支撑油缸 2组 推移油缸 1组 推移油缸 2组 加载油缸组下降 下降 不动 不动 不动此工况是表示缩回油缸时的变化。工况八十一：支撑油缸 1 组 支撑油缸 2组 推移油缸 1组 推移油缸 2组 加载油缸组不动 不动 伸出 不动 保持加载不动 不动 不动 伸出 保持加载不动 不动 缩回 不动 保持加载不动 不动 不动 缩回 保持加载这些工况表示在过渡支撑状态下，液压缸的迈步行走。 超前支护实验平台液压系统设计143 超前支护样机液压回路设计3.1 超前支护样机系统压力的确定液压系统压力的选择，关系到整个系统的合理程度。选择液压系统的压力主要考虑的是液压系统的重量和经济性之间的平衡，在系统功率已确定的前提下，如果系统工作压力选得比较低，则辅件的尺寸、液压元件和重量就增加，系统造价也增加；如果系统工作压力高，则液压执行元件液压缸的活塞面积(或液压马达的排量)小、重量轻，设备结构紧凑，系统造价会相应降低。同时执行元件油腔的容积减小，体积弹性模数增大，对提高系统的响应速度有好处。但如果系统的工作压力过高，则对接头、管路和元件的强度以及对制造液压元件、辅件的材质、密封、制造精度等要求也会大大提高，有时反而会导致液压设备重量和成本的增加以及系统效率和使用寿命的下降。同时，高压时，内泄漏量大，容积效率降低，系统发热和温升严重，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命缩短，维护也较困难。就目前的技术和材质情况，综合考虑重量和经济性指标，一般认为选取 35MPa 左右的工作压力是最经济的，但条件允许时，通常还是选用较低的供油压力( 常用的供油压力等级为 728)。设计时，可根据系统的具体要求和结构限制条件综合考虑更多的因素，选择适当的供油压力。通常液压系统执行元件的工作压力可以根据经验按照负载大小或主机的类型进行选择，推荐的选择方法如表表 3-1 所示。表 3-1 按主机类型选择液压执行元件的工作压力机床设备类型 磨床组合机床齿轮加工机床牛头
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