【JX239】ZY32001434掩护式液压支架设计
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【JX239】ZY32001434掩护式液压支架设计,jx239,zy32001434,掩护,液压,支架,设计
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前 言 煤炭是工业的粮食，目前及在相当一段时期内，我国能源生产和消费结构中以煤炭为主的格局不会改变，且数量每年都在递增，只有依靠科技进步，依靠煤炭生产的机械化和自动化才能满足工业生产的这一需要。综合机械化采煤方法是高效安全的采煤方法，而液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。 液压支架在我国煤矿中的使用已有近三十年的历史。从消化先进设备开始，到我国能独立研究、设计的制作，我们已经积累了丰富的经验。通过在学院函授站的学习，使我对这一部分知识有了更加全面、更加系统的认识和了解，并利用毕业设计这个机会， 对我矿井下工作面所用的液压支架进行了选型和设计。由于自己的能力有限，经验不足，再加上时间较紧，有不妥之处，希望能得到有关专家和老师的指正。 摘 要 4/34 掩护式液压支架的设计，主要是针对冀中集团梧桐庄矿 22313工作面的煤层、围岩情况及其配套设备进行选型设计的一种实用液压支架，它包括以下几个部分： 通过介绍整个矿井的地质条件及工作面的实际情况，结合支架的发展情况及分类，对液压支架进行了选型，并确定其基本技术参数。 根据结构部件在整个液压支架中承载情况 及作用，详细对支架的顶梁、四连杆机构、侧护板、底座、立柱、各种千斤顶等部件进行了结构设计，确定了其整体结构尺寸。重点对立柱做了结构、技术参数说明，并根据其承载的工作阻力对立柱的稳定性，活塞杆和缸体的强度进行了校验。 介绍了该支架液压系统的特点，详细说明了立柱、各种千斤顶系统的基本控制回路及它们的工作原理，并对泵站液压元件、液压管路进行了选型。 关键词： 掩护式液压支架 结构部件 液压系统 he 4/34 is 2313 of is of a It of of of to in of in of on of of a of of of on a on of on of to of of of of a of 录 第一章 概论 6 井的概述 6 架的发展情况 6 液压支架在工作面的工作情况 液压支架的工作原理 .压支架的选型 7 掩护式支架的特点 .主要技术特征及配套设备 9 压支架基本参数的确定 10 套设备与要求 11 第二章 液压支架结构尺寸的设计 梁尺寸的确定 12 连杆机构的确定 座长度的确定 14 第三章 液压支架部件的设计 15 梁的设计 15 护梁的设计 15 连杆机构设计 16 护板的设计 16 座的设计 .移装置 18 帮装置 18 柱 . 19 斤顶 21 第四章 喷雾灭尘系统设计 . 23 系统的作用 系统的组成 五章 液压支架部件受力分析及强度验算 .支架的强度条件 立柱的强度校核 25 柱的稳定性验算 活塞杆强度验算 缸体的强度验算 .六章 液压 支架的液压系统设计 .压支架的液压系统简介 31 压支架的基本控制回路 32 站及各种液压元件的选型 35 结 论 38 参考文献 辞 40 液压支架的设计答辩内容 4/34 掩护式，主要是针对邢台矿业集团邢台矿 22313 工作面的煤层、围岩情况及其配套设备进行选型设计的一种实用液压支架，它包括以下几个部分： 1. 液压支架结构尺寸的设计 2. 液压支架部件的设计 3. 立柱的强度校核 4. 液压支架的液压系统设计 基本参数的确定 ： 1. 确定该支架支护强度， Q=5=，综合考虑掩护式液压支架的支撑效率可以确定支架的工作阻力为 3200 2. 一 般取初 撑力为 （ 倍的工 作阻力， 本支架 初撑力 确定为2600 3. 利用活塞式推移千斤顶移 架力可达 359溜力为 4. 支架最大高度确定为 3400小高度确定为 1400 5. 我国刮板输送机溜槽每节长度为 斤顶连接块位置在溜槽中长的中间，所以，支架间距一般为 第一部分 液压支架结构尺寸的设计 一、顶梁尺寸的确定 长度的确定：我矿井下采煤采用及时支护方式，综合考虑，支架要超前输送机一个步距； 要求顶梁前端距煤壁最小距离为 300空顶距；所有配套设备包括采煤机、输送机均要在顶梁掩护之下。 前梁长度确定为 2100柱上支点距顶梁与掩护梁铰点距离为 900梁总长为 3m。 顶梁的宽度：选定为 二、四连杆机构的确定 我们按要求所示方法，把硬纸板按 1： 10 比例剪成掩护梁和前后连杆三个板块，在根据前连杆下铰点 O 点的位置，前、后连杆长度，曲线最大宽度，曲线的形状以及角的要求，不断调整三个板块位置，确定一组四连杆尺寸，前连杆 1360连杆 1220护梁 2000 三、底座长度的确定 在设计支架的底座长度时，应考虑通常掩护式支架的底座长度取 4 倍的移架步距，即 第 二部分 液压支架部件的设计 一、顶梁的设计 该顶梁为铰接式，顶 梁为整体结构，顶梁后端直接与掩护梁铰接，用平衡千斤顶调节顶梁与顶板的接触面积，直接撑顶掩护式支架的顶梁稍长，采用变断面的整体箱形结构（如图），从柱窝中心向前直至顶梁前端逐渐变薄变窄。顶梁断面内有两个左右对称的的柱窝以接纳立柱球头，梁后端两侧耳板用来与掩护梁铰接，梁后部中心线处有平衡千斤顶的支承座，顶梁两侧各有数个圆孔，供安装弹簧筒和侧推千斤顶，左侧焊有固定侧护板，右侧装有埋伏式活动侧护板，一般在支架支撑时也能调节，顶梁相应部位留有吊装孔便于装卸。 二、掩护梁的设计 掩护梁为整体式箱形变断面结构，用钢板拼焊而 成没有柱窝，而有平衡千斤顶的承座，掩护梁左侧焊有固定侧护板，右侧装有活动侧护板，侧面圆孔是为了安装侧护板伸缩机构用的。 三、四连杆机构设计 为便于制造和安装方便，前、后连杆均为牙体式箱形结构，后连杆上焊接有翼板，它作为挡矸板，可以防止采空区矸石从支架后部窜入架内。同时它也增强了后连杆的抗扭能力。 顶梁、掩护梁（和后连杆）两侧都有侧护板，左侧固定，右侧则为活动的， 四、侧护板的设计 由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，侧护板通 常处于伸出状态，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板始终保持接触，增加了掩护性能。顶梁和掩护梁的侧护板是同时收回分别推出的，为了支架的运输方便，活动侧护板可发由千斤顶缩回，用螺栓固定。 五、底座的设计 支架底座采用整体箱形变断面结构（如图），它与底板的接触面积大。底座前端制成滑撬形，以减小支架的移架阻力，同时底座后部重量大于前部，避免移架时啃底。底座与立柱之间连接处用铸钢球面柱窝接触， 以免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销轴限位，防止立柱脱出柱窝。 六、推移装置 采用箱体式结构，用来推运输机和拉架，这是因为采用浮动活塞式推移千斤顶拉力大于推力。框架为箱形结构，除承受拉、压力外，还受侧向力，两端连接部位均考虑了导向和限位要求，并达到了强度和刚度要求 七、护帮装置 护帮装置是由护帮千斤顶、护帮板等组成，采煤机截煤后，护帮千斤顶抻出，帮板顶住煤壁，实现护帮作用，采煤机行至支架前方时，将护帮千斤顶缩回，把护帮板拉到收回装置。 八、立柱 本机采用带机械加长杆的单伸缩双作用立柱，扩大支架的支护高度范围，使支架的支撑高度满足了回采高度的变化要求，同时，结构简单，成本偏低，它由缸体 、活柱、导向套等主要部件组成。 九、千斤顶 该支架使用的千斤顶统计如下： 平衡千斤顶 2 组；推移千斤顶 1 组； 护帮千斤顶 1 组； 侧护千斤顶 6 组。 第三部分 喷雾灭尘系统设计 本支架所用的喷雾降尘系统由喷雾泵、主管路、控制阀、分支管路、自动喷雾控制系统及雾化装置等组成。 降尘喷雾装置安装在顶梁上，通过控制管路及操作阀与立柱的进回液相连，实现支架自动喷雾 。 第四部分 立柱的强度校核 立柱是支架的重要承压部件，在支架正常工作时，一直处于高压受力状态，它的工作性能直接影响整个支架的工作状态，因此在设计立柱时除要求具有合理的工作阻力和可靠的工作性能外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，并能适应支架的要求。 立柱强度验算包括稳定性验算，活塞杆和缸体的强度验算等内容。 第 五 部分 液压支架的液压系统设计 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。 液压支架的液压传动，采用容积式液压传动，液压支架是以单节支架为单元的，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。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，可以单独控制。 该支架液压系统由泵站、工作机构，控制机构和管路四大部分组成泵站：由高压柱塞泵，电机，油箱等组成。 执行机构：由立柱，各种千斤顶组成。 控制机构：由控制阀组，双向锁、单向锁、操纵阀组等组成。 管路：包括各种高压软管，各类直通、三通、四通、弯头、 U 形卡等。 （二）千斤顶的基本控制回路系统 平衡千斤顶的基本控制回路为双向锁紧限压回路。如图所示。 它由一片操纵阀控制两个平衡千斤顶，每个千斤顶回 路中设两个液控单向阀，分别控制千斤顶的前后两腔，因两腔油路都有可能成为承载腔，它推顶梁或拉顶梁，使顶梁停留在需要的位置以调节支撑力的作用位置，来适应不同的顶板条件。两个安全阀用以限压。 将操纵阀置于上阀位，高压液体分别经液控单向阀进入千斤顶下腔，同时，打开上腔的单向阀，使之与回液管相通，千斤顶伸出，顶梁顶紧。操纵阀置于下阀位时，则相反，上腔进液，下腔回液，千斤顶缩回。当管路中的液体压力值大于安全阀调定压力时，安全阀开启溢流，保持千斤顶两腔压力值不变，对千斤顶起保护作用， 三、泵站及各种液压元件的选型 泵站， 操纵阀，液控单向阀，双向锁，安全阀，截止阀，回液断路器，过滤器，高压软管和其相配的弯头、直通、三通、四通、中间接头、 U 形卡及其O 形密封圈、档圈等均已标准系列化可按所要的规格任意选用。 本人水平有限，经验不足，难免有疏漏之处，恳请老师和同仁指正，对吴老师、魏老师、王老师在此一并表示衷心的感谢。 河北工程大学毕业设计 1 前 言 煤炭是工业的粮食，目前及在相当一段时期内，我国能源生产和消费结构中以煤炭为主的格局不会改变，且数量每年都在递增，只有依靠科技进步，依靠煤炭生产的机械化和自动化才能满足工业生产的这一需要。综合机械化采煤方法是高效安全的采煤方法，而液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。 液压支架在我国煤矿中的使用已有近三十年的历史。从消化先进设备开始，到我国能独立研究、设计的制作，我们已经积累了丰富的经验。通过在学院函授站的学习，使我对这一部分知识有了更加全面、更加系统的认识和了解，并利用毕业设计这个机会， 对我矿井下工作面所用的液压支架进行了选型和设计。由于自己的能力有限，经验不足，再加上时间较紧，有不妥之处，希望能得到有关专家和老师的指正。 河北工程大学毕业设计 2 摘 要 4/34 掩护式液压支架的设计，主要是针对冀中集团梧桐庄矿 22313 工作面的煤层、围岩情况及其配套设备进行选型设计的一种实用液压支架，它包括以下几个部分： 通过介绍整个矿井的地质条件及工作面的实际情况，结合支架的发展情况及分类，对液压支架进行了选型，并确定其基本技术参数。 根据结构部件在整个液压支架中承载情况 及作用，详细对支架的顶梁、四连杆机构、侧护板、底座、立柱、各种千斤顶等部件进行了结构设计，确定了其整体结构尺寸。重点对立柱做了结构、技术参数说明，并根据其承载的工作阻力对立柱的稳定性，活塞杆和缸体的强度进行了校验。 介绍了该支架液压系统的特点，详细说明了立柱、各种千斤顶系统的基本控制回路及它们的工作原理，并对泵站液压元件、液压管路进行了选型。 关键词： 掩护式液压支架 结构部件 液压系统 河北工程大学毕业设计 3 he 4/34 is 2313 of is of a It of of of to in of in of on of of a of of of on a on of on of to of of of of a of 北工程大学毕业设计 4 目 录 第一章 概论 6 井的概述 6 架的发展情况 6 液压支架在工作面的工作情况 液压支架的工作原理 .压支架的选型 7 掩护式支架的特点 .主要技术特征及配套设备 9 压支架基本参数的确定 10 套设备与要求 11 第二章 液压支架结构尺寸的设计 梁尺寸的确定 12 连杆机构的确定 座长度的确定 14 第三章 液压支架部件的设计 15 梁的设计 15 护梁的设计 15 连杆机构设计 16 护板的设计 16 座的设计 .移装置 18 帮装置 18 柱 . 19 斤顶 21 第四章 喷雾灭尘系统设计 . 23 系统的作用 系统的组成 五章 液压支架部件受力分析及强度验算 .北工程大学毕业设计 5 支架的强度条件 立柱的强度校核 25 柱的稳定性验算 活塞杆强度验算 缸体的强度验算 .六章 液压 支架的液压系统设计 .压支架的液压系统简介 31 压支架的基本控制回路 32 站及各种液压元件的选型 35 结 论 38 参考文献 辞 40 河北工程大学毕业设计 6 第一章 概论 井的概述 冀中能源梧桐庄矿是一座年产 180 万吨的大型机械化矿井，生产装备先进，技术力量雄厚，采、掘机械化程度达到 100%，井田含煤地层时代为 厚 210 米，其中有 19 层煤，煤层总厚 21 米，含煤系数 10%，可采和部分可采煤层 8 层，厚 ，可采含煤系数 为 架的发展情况 在煤矿开采的过程中，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。目前回采工作面使用的支护设备有金属摩擦支柱，单体液压支柱和自移式液压支架，前二者统称单体支护设备，与金属铰接顶梁配套使用，支撤和移动都靠人工操作，故劳动强度大，安全性较差，支撤速度慢，工作面产量和效率较低，随着采煤机械化程度的提高，促使了支护设备的迅速发展， 1954 年，英国首先装备了世界上第一个使用液压支架的综采工作面，把回采工作面的支护技术推进到一个新的阶段 。 液压支架是以高压乳化液为动力，使支架的支撑、切顶、移架和推移输送机等工序全部实现了机械化，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、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。 液压支架在工作面的工作情况 为了及时支护，采用先移架后推溜的工作方式，一个工作循环包括降柱、移架、升柱、推溜等四个动作，随着采煤机的推进，按次序搬动操纵阀，使顶梁下降、支架前移，到达预定位置 后，顶梁升起，支护顶板，再通过支架的推移千斤顶，又将输送机推向煤壁。 液压支架的工作原理 河北工程大学毕业设计 7 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。作都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。 液压支架的选型 22313 工作面是北高南低的单斜构造，倾角 5 度左右。老顶为细砂岩结构，厚 15 米，直接顶伪顶为粉砂岩结构，较破碎，易垮落厚 接顶为粉砂岩结构厚 。直接顶属中等稳定类，老顶属于来压明显级，直接顶初次跨落步距一般不小于 15 米，老顶 初次来压步距一般不小于 30 米，周期来压步距一般为 10 米左右。在正常回采阶段，直接顶一般无悬顶或悬顶很小，随放顶能够及时垮落，且垮落后矸石基本能够充满采空区，因此，本工作面采用全部垮落管理顶板。 根据老顶级别和直接顶类型， 查液压支架设计表 2定架型为支顶掩护式支架，二立柱支在顶梁上，平衡千斤顶设在顶梁和掩护梁之间。如图所示。 掩护式支架是利用支柱、顶梁和掩护梁来支护顶板和防止岩石冒落进工作面，掩护式支架都有一个宽大的掩护梁将作业空间与采空区冒落的矸石隔绝，掩护梁下端一般用前、后连杆与 河北工程大学毕业设计 8 底座相连，以保持较稳定的梁间距和承受水平推力，少数调高范围小的支架也有掩护梁直接铰接在底座上的，掩护梁上端用直接铰接的方式与顶梁连接，立柱的支撑力通过掩护梁间接作用于顶梁或直接作用于顶梁，掩护式支架的立柱只有一排，且倾斜支撑，以增大支架的调高范围，架间则通过活动侧护板互相靠拢，间密封，通常顶梁较短，一般在 3m 左右。 这种支架的性能特点是：支撑力小，切顶性能强，但支撑力集中作用于机道上方的顶板上，故支护强度较大，且均匀，对顶板的重复支撑次数少，密封掩护性好，能承受较大的水平力，且允许带压移架。由于 立柱倾斜布置，且顶梁又较短，所以工作空间和通风断面较小。 掩护式支架的特点 掩护式支架可分为插入掩护式、非插入掩护式和直接支撑掩护式支架。下面分述三种类型： 1、插入掩护式支架： 插入掩护式支架底座面积较大，对底板的比压小，适用于顶板破碎，底板松软的煤质条件，但是太高了运输机溜槽，加大了装煤高度，影响装配效果。 2、 非插入掩护式支架： 非插入掩护式支架由于底座没有插入运输机在下面，因而改善装煤效果，但底座较短，与底板的接触比压增大，稳定性较差。 3、 直接支撑掩护式支架： 这种支架把立柱设置在顶梁之 下，大大提高了支撑效率，同时底座加长，减小了与底板的接触比压，适用于松软及中等硬度的底板条件。直接支撑掩护式支架在结构上有以下特点： （ 1） 与插入式相比，顶梁较长。 （ 2） 立柱直接支撑在顶梁和立柱之间，又在顶梁和掩护梁之间设置了平衡千斤顶，使支架成了稳定结构，更加强了对机道上方的支护能力。 （ 3） 掩护梁和顶梁后端铰接，消灭了三角区，有利于顶梁和顶板的结合。 通过上述论断直接支撑掩护式更适合本次设计的应用，直接提高了工作面，工作时间的利用率和生产能力支护性能完善，所以本次设计的架型选为： 4/34型掩护式液压支架 。 河北工程大学毕业设计 9 主要技术特征及配套设备 一、技术特征 （ 1） 支架 型号 4/34 支架高度 （ m） 架宽度 ( 14201600 支架中心距 (m) 架初撑力 ( 2658 支架工作阻力 ( 3200 支护强度 ( 底比压 ( 站供液压力 ( 32 活动侧护板 双侧直角式 控制方式 邻架控制 （ 2） 立柱 型式 双伸 缩 缸径 (级（二级） 230（ 180） 工作阻力 ( 1600 初撑力 ( 大缸 1330 小缸 814 （ 3） 推移装置千斤顶 型式 浮动活塞式 缸径 ( 110 杆径 ( 80 行程 ( 700 推力 ( 300 拉力 ( 120 二、配套设备 根据原始条件和所选架型 根据综采液压支架图册所选配套设备是： 采煤机： 双滚筒采煤机 输送机： 00 河北工程大学毕业设计 10 采煤技术特征： 采高 m 深 630 滚筒直径 1600 牵引方式 液压锚链牵引 牵引力 27 牵引速度 m/ 0 筒中心距 11196 发动机台数 2 发动机电压 1140 冷却方式 水冷 运输机技术特征 机型 中双链 适应倾角 15 运输能力 t/m 900 链速 m/s 厂长度（ m） 200 链条中心距 100 刮板中心距 920 压支架基本参数的确定 一、支护强度和工作阻力 顶板所需的支护强度取决于顶板的等级和煤层厚度，由 22313 工作面老顶级别和采高为 3 米时可确定该支架支护强度， Q=5= 综合考虑掩护式液压支架的支撑效率可以确定支架的工作阻力为3200 二、初撑力 初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大影响，较大的初撑力能使支架较快的达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性，但对乳化液泵站和液压元 件的耐压要求也将提高，一般取初撑力为河北工程大学毕业设计 11 （ 的工作阻力，本支架初撑力确定为 2600 三、移架力和推溜力 移架力与支架的结构、质量、煤层厚度、顶板性质有关，一般中厚煤层液压支架移架力为 150 300们利用活塞式推移千斤顶移架力可达 359溜力为 四、支架高度 考虑到顶板有伪顶冒落，或可能局部冒落，支架的最大高度应是煤层最大开采高度再加 200 300小高度应为煤层最小开采高度减去顶板周期来压时的最大下沉量，移架时支架的下降量和顶梁架上、底座下的浮矸厚度等之 和，本支架最大高度确定为 3400小高度确定为1400 五、支架间距 支架间距要根据支架型式来确定，但由于每架支架的推移千斤顶都与工作面输送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块的位置来确定，斤顶连接块位置在溜槽中长的中间，所以，支架间距一般为 配套设备与要求 一 、乳化液泵站 : 压力 P= 流量 Q 751/ 、采煤机 : 采用国产 双滚筒采煤机，要求采高 深 600底托架（加高）。 三 、工作面运输机： 采用国产 00 双链刮板输送机，支架与运输机直接相连，因此要求溜槽连接部位能承受 30t 的拉力，生产能力为 400t/h 四 、顺槽运输机： 要求与工作面运输机、转载机运输能力相适应，不能小于 350t/h,采用 伸缩胶带输送机。 河北工程大学毕业设计 12 第二章 液压支架结构尺寸的设计 顶梁尺寸的确定 一、 长度的确定 顶梁的长度与支架工作方式、配套尺寸等有直接关系。我矿井下采煤采用及时支护方式，先移架后推溜，支架要超前输送机一个步距 ，以便采煤机过后，支架能及时前移，支控新暴露的顶板，因此，顶梁的长度要比先推溜后移架时长一个步距，为 600时考虑到采煤机截割时不一定把煤壁截割成一个垂直平面，所以在设计时，要求顶梁前端距煤壁最小距离为 300空顶距，为了防止采煤机截割煤 壁 不 齐 ， 给 推 移 输 送 机 铲 煤 板 前 留 有 一 定 的 距 离 ， 一 般 为135上所有配套设备包括采煤机、输送机均要在顶梁掩护之下，综合考虑，前梁长度确定为 2100柱上支点距顶梁与掩护梁铰点距离为 900梁总长为 3m。 二、 顶梁的宽度 顶梁的宽度应根据顶梁的 性质来确定，宽度大，虽可加快移架速度，提高支架的稳定性，但对顶板适应性差，架间距为 支架 ,顶梁体宽度一般不小于 定为 四连杆机构的确定 掩护梁通过两个连杆与底座联接，形成四连杆机构。因掩护式支架设计四连杆机构是为了当支架由高到低变化时使支架顶梁前端点与煤壁间距离变化减小，同时使支架能承受较大的水平力，这就决定四连杆机构动作过程具有如下特征： 1、 支架高度在最大和最小范围内变化时，如图所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度 e 应小于或等于 70好为 30下。 2、支架在最 高位置和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角 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， P =52 62度， O =75 85 度；支架在最低位置时， P =25 度， O =25 30 度。 河北工程大学毕业设计 13 四连杆结构的几何特征 3、 掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心 O 的连线与水平线的夹角 ，要使立柱的强度校核 立柱是支架的重要承压部件 ，在支架正常工作时，一直处于高压受力状态，它的工作性能直接影响整个支架的工作状态，因此在设计立柱时除要求具有合理的工作阻力和可靠的工作性能外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，并能适应支架的要求。 立柱强度验算包括稳定性验算，活塞杆和缸体的强度验算等内容。 柱的稳定性验算 一、立柱稳定性条件 因立柱为单伸缩带机械加长杆油缸，验算稳定性时，假定加长杆与一河北工程大学毕业设计 26 级缸全部伸出，立柱在承受最大同心载荷时，把加长杆与一级缸的当量惯性矩相当于单伸缩中活柱 的惯性矩来计算，再用单伸缩求立柱稳定性的方法进行验算： 立柱 稳定性条件为： 2 式中： 立柱的稳定极限力 ; P： 立柱的最大工作阻力 加长杆与中缸当量惯性距 二、立柱稳定性验算 设： 别为加长杆，中缸、外缸的断面惯性矩； 别为加长杆直径及活塞杆的内、外径； 别为外径的外径、内径； 加长杆与中缸的当量惯性矩； 则： 1808 2202 18081= 273 230=231= 4=84/64=2= (64=22464=3= (64=64=12=(+)/(+) + 式中： ：加长杆全部伸出时，其端部销孔至加长杆与中缸连接处间距； ：中缸全部伸出时，加长杆与中缸连接处至中缸与外 缸连接处间距； 长杆端部销孔至最大挠度处间距。 已知： =77072 =961： +=77+12=(2/=(77+(77/5770 河北工程大学毕业设计 27 12=770=3 / 中缸全部伸出，中缸与外径连接处至缸底销孔之距 ； 已知 根据： 12 及 12 查放顶煤开采技术与放顶煤液压支架图2限力计算图可得： 18 ( 2825770=1869480220 则：立柱稳定性符合条件，满足要求。 活塞杆强度验算 一、活塞杆强度满足条件 安全系数 n： n= s/ 合 、活塞杆强度验算 在承受同心最大轴向载荷时，立柱的初始挠度 1 为： 1=（ 1+ 2） *3/2*3/2pl*式中： 1 活塞杆与导向套处的最大配合间距； 2 活塞与缸体处的最大配合间隙； a 活塞杆全部外伸时，导向套前端到活塞末端距离； L 加长杆全部伸出时，加长杆头部销孔至油缸尾部销孔的距离： L=2+ 立柱总重； 油缸轴线与水平面夹角。 已知： 1=1 2=112= =2+ =90 =68 G=585入上式： 1=（ * 2*20*+（ 585*北工程大学毕业设计 28 /（ 2*3200* =柱的最大挠度 ： 当 L/, 以缸体强度满足使用要求。 缸体的强度验算 一、缸体壁厚验算： 缸体壁厚： s=(2732=D/ s按中等壁厚的缸体公式计算。 由 s = +C 式中： 缸内工作压力。 C：计入管壁公差及侵蚀的附加厚度， 一般取 C= :强度系数。无缝钢管 =1 由上式得： =S*D/ =体材料为 27缝钢管时： b=980n一般取 全系数为： n= b/ =980/n 所以缸体壁厚满足使用要求。 二、 缸体与缸底焊缝强度按下式计算： 河北工程大学毕业设计 30 =10P/（ /4） *（ 式中： 形焊缝内径； 形焊缝外径； ：焊接效率，取 入数值： =10*3200*4/ *=缝抗拉强度 b=539全系数： n= b/ =539/n 所以焊缝强度满足使用要求。 河北工程大学毕业设计 31 第六章 液压支架的液压系统设计 液压支架的液压系统简介 一、 液压系统概述 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。 液压支架的液压传动，采用容积式液压传动，它具有如下特点：工作液的压力高（管路内的压力达 20 40柱内的压力达30量大（ 35在液压系统中采用粘度低，容量大的液体乳化液作为工作介质；液压缸，操纵阀， 其它调节和控制装置等总的数量大；很长的液压管路（ 200性管， 500泵和液压缸传动系统的换算弹性模数较低；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联接方式即相同的液压系统，为了保证系统具有较高的容积效率实现无故障作业及工作人员的安全，液压系统的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 液压支架是以单节支架为单元的，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。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，可以单独控制。 二、液压系统的组成部分 该支架液压系统由泵站、工作机构，控制机构和管路四大部分组成： 泵站：由高压柱塞泵，电机，油箱等组成。 执行机构：由立柱，各种千斤顶组成。 控制机构：由控制阀组，双向锁、单向锁、操纵阀组等组成。 管路：包括各种高压软管，各类直通、三通、四通、弯头、 U 形卡等。 三、液压系统的主要特点 河北工程大学毕业设计 32 1、邻架控制，管理简单，操作安全，维护方便。 2、采用统一的高压供液系统，工作压力为 大提高了支架的初撑力，有利于管理顶板，同时缩小了千斤顶的缸径，结构紧 凑并有利于结构设计，还减轻了重量。 3、为了简化系统，推移千斤顶不设单向阀。但为了避免移架时输送机被往回拉，移架时可将邻架操纵阀手把板到推溜位置。 4、管路联接均采用快速接头结构，规格有 32 、 25 、 19、 13、 10 五种。 5、工作液为 3%化油和 97%中硬以下水的乳化液。 液压支架的基本控制回路 一、立柱的基本控制回路系统 液压支架的升降是依靠立柱来实现的，支架的立柱分别由两片操纵阀分别控制，为单柱控制回路。如图所示。该回路中设一个液控单向阀、一个安全阀，一个操纵阀，用以 控制与操作立柱的升、降动作，并保证立柱的闭锁限压特性。 将操纵阀置于上阀位（升架位置），由乳化液泵站来的高压液经操纵阀和液控单向阀进入立柱下腔，立柱上腔回液，支架升起接顶，操纵阀移河北工程大学毕业设计 33 到中间位，液控单向阀关闭，立柱下腔液体被封闭，随着顶板的下沉，立柱下腔内的液体压力逐渐升高，当升至安全阀的调定压力时，安全阀开启溢流，使立柱下腔内液体压力保持定值，从而支架对顶板的支撑力不变。 当采煤机截煤过后，欲将支架移到新的位置，需将操纵阀置于下阀位（降架位置），高压液进入立柱上腔，同时，打开液控单 向阀。立柱下腔与回液管连通，支架下降。 二 、千斤顶的基本控制回路系统 1、 平衡千斤顶 平衡千斤顶的基本控制回路为双向锁紧限压回路。如图所示。 它由一片操纵阀控制两个平衡千斤顶，每个千斤顶回路中设两个液控单向阀，分别控制千斤顶的前后两腔，因两腔油路都有可能成为承载腔，它推顶梁或拉顶梁，使顶梁停留在需要的位置以调节支撑力的作用位置，来适应不同的顶板条件。两个安全阀用以限压。 将操纵阀置于上阀位，高压液体分别经液控单向阀进入千斤顶下腔，同时，打开上腔的单向阀，使之与回液管相通，千 斤顶伸出，顶梁顶紧。操纵阀置于下阀位时，则相反，上腔进液，下腔回液，千斤顶缩回。当管路中的液体压力值大于安全阀调定压力时，安全阀开启溢流，保持千斤顶两腔压力值不变，对千斤顶起保护作用， 河北工程大学毕业设计 34 3、 护帮千斤顶 护帮千斤顶亦装有双向液压锁，一个安全阀，单向阀锁紧护帮板，使护帮板保持在紧贴煤壁上不动，不经操作护帮板不能自动下降。安全阀用以限压。 3、推移千斤顶 1、作用 推移千斤顶是用于推移输送机和拉支架的千斤顶。 2、组成 推移千斤顶由一片操纵阀控制来实现推移输送机和支架的移动。移架时，先使支 架卸载，立柱下腔回液，再将操纵阀置于下阀位（移架位置），工作液体进入推移千斤顶活塞杆腔，后腔回液，此时，支架以输送机为支点前移，此后，再把支架撑紧在顶底板之间，将操纵阀置于上阀位（推溜位置），工作液体进入活塞腔，前腔回液，此时，以支架为支点就将输送机推向煤壁。 4、 顶梁千斤顶 1、作用 顶梁千斤顶是控制顶梁的位置，使之与顶板接触良好。 2、组成 两个顶梁千斤顶由一片操纵阀控制，两个掩护梁侧护千斤顶和两个后河北工程大学毕业设计 35 连杆侧护千斤顶由一片操纵阀统一控制。侧护千斤顶和弹簧筒共同支撑活动侧护板。 站及各种液压元件 的选型 一、 泵站 1、作用 泵站是液压系统最重要的组成部分，它向液压系统输送高压乳化液，从而保证液压支架所有液压执行机构的功能。 2、组成 液压系统重要的组成部分，它向液压系统输送高压乳化泵，从而保证液压支架所有执行机构的功能。高压泵是泵站的核心，本工作面选用的乳化液泵为 压力为 量 200L/了使泵站正常工作，设有安全阀、蓄能器、截止阀等。 二、 操纵阀 1、 作用 操纵阀是改变工作液体流动方向的装置。升降立柱、伸缩侧护千斤顶、推移千斤顶、收、放护帮千斤顶等支架 的所有动作都是由操纵阀来控制实现的。 2、组成 操纵阀是一个配液阀，它可以把高压液体分配到需要的部位完成升柱、降柱、推溜或移架等动作。该系统采用 A）型和 0大流量组合操纵阀，由多片组成。本支架操纵阀由 9 片和配液板组成。其中 3 片为大流量阀，每片都有两个工作腔。每个工作腔内的阀柱、缸球，阀座、阀垫等液压元件都是相同的，每片的操纵手把都有两个可自锁的工作位置，一个零位。 组合操纵阀的特点是能同时操作两片以上的阀片，可以满足实现复合动作的要求，此阀操作灵活，方便，移架迅速，制作容易。 三、 液控 单向阀 1、作用 液控单向阀是通过高压液体来控制液体流动方向的控制元件，它和立柱及千斤顶的工作腔直接相连，操纵阀供液通过它出入立柱、千斤顶工作腔，并在关闭后，河北工程大学毕业设计 36 严密封闭工作腔的液体，因此，液控单向阀要求必须动作灵活、密封可靠。 2、 组成 在液压系统中，只能使工作液一个方向流动，不能逆流，用以闭锁液压缸中的液体，使之承载。我们采用国产定型的 0A 球型液控单向阀。此阀由阀体、顶杆、阀套、阀座及减震阀等组成。短堵有 5螺孔，用于外接安全阀，特点是结构简单，动作灵活，耐高压等。 四、 双向锁 在结 构上是由两个液控单向锁组合而成，可以闭锁千斤顶的两个工作腔，使之承载。本机选用 液控双向锁，其内部零件除顶杆和阀体外，其余均采用 型液控单向阀的零件，便于更换零件和检修。 五、 安全阀 1、作用 可使立柱保持恒定工作阻力；当顶板压力超过支架工作阻力时，使立柱工作腔的液体释放，不仅保证恒定工作阻力，同时起过载保护作用；液
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