【JX360】支撑掩护式液压支架设计[RW]【4A0】
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【JX360】支撑掩护式液压支架设计[RW]【4A0】,jx360,支撑,支持,掩护,液压,支架,设计,rw,a0
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中 国 矿 业 大 学 本科生毕业论 文 姓 名： 袁成健 学 号 ： 14030383 学 院： 应用技术学院 专 业： 机械工程及自动化 论文题目： 支撑掩护式液压支架设计 专 题： 基于 序的四连杆优化设计 指导教师： 杨寅威 职 称： 副教授 2007 年 6 月 徐州 中国矿业大学毕业论文任务书 学院 应用技术学院 专业年级 机械 03学生姓名 袁成健 任 务 下 达 日 期 ： 2007 年 1 月 1 日 毕业论文日期： 2007 年 3 月 25 日至 2007 年 6 月 20 日 毕业论文题目： 支撑掩护式液压支架设计 毕业论文专 题题目： 基于 序的四连杆优化设计 毕业论文主要内容和要求： 主要内容 ： 中厚煤层支撑掩护式液压支架 的 设计 ，其设计参数为： 1、液压支架的工作范围 基本要求： 1、 根据围岩性质、煤层赋存条件、初选配套设备的相关尺寸，确定支架基本架型及支架结构参数； 2、 优化四连杆机构的轨迹方案，完成各构件的 结构设计、 受力分析、强度计算； 3、 完成主要部件、组件及主要零件工作图的设计；编写完成整机设计计算说明 。 院长签字： 指导教师签字： 摘 要 我 课题的研究内容是支撑掩 护式液压支架的总体设计。 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。 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。 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，通过计算机软件 进行四连杆机构优化设计编程来确定支架的四连杆机构各杆系的长度；然后，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； 其 次，结合设计的支架，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、连接销轴进行强度效核 ,并画出所有的机械图。 关键词： 支撑掩护式支架；顶梁 ；四连杆 ；双纽线 ；强度 y on is a of at up a to of of a of is a of in a of As it of is a of in of in It or at on In of of by of of on is of of is by by 录 1 支撑掩护式液压支架概述 . 错误 !未定义书签。 压支架的用途 . 错误 !未定义书签。 压支架的工作原理 . 错误 !未定义书签。 架升降 . 错误 !未定义书签。 架移动和推移输送机 . 错误 !未定义书签。 压支架的组成 . 错误 !未定义书签。 梁 . 错误 !未定义书签。 座 . 错误 !未定义书签。 柱 . 错误 !未定义书签。 护梁 . 错误 !未定义书签。 动侧护板 . 错误 !未定义书签。 杆 . 错误 !未定义书签。 纵控制系统 . 错误 !未定义书签。 压支架的设计 . 错误 !未定义书签。 计目的 . 错误 !未定义书签。 液压支架的基本要求 . 错误 !未定义书签。 计液压支架必需的基本参数 . 错误 !未定义书签。 硬顶板的液压支架设计 . 错误 !未定义书签。 压支架的设计动向 . 错误 !未定义书签。 2 液压支架的结构设计 . 错误 !未定义书签。 压支架基本尺寸的确定 . 错误 !未定义书签。 架高度和伸缩比 . 错误 !未定义书签。 架中心距 . 错误 !未定义书签。 架的宽度 . 错误 !未定义书签。 架整体机构尺寸确定 . 错误 !未定义书签。 座长度 . 错误 !未定义书签。 定四连杆机构和掩 护梁长度 . 错误 !未定义书签。 连杆机构的作用 . 错误 !未定义书签。 连杆机构的几何特征 . 错误 !未定义书签。 连杆机构的几何作图法 . 错误 !未定义书签。 定顶梁的长度 . 错误 !未定义书签。 压支架的性能参数 . 错误 !未定义书签。 压支架的支护强度 . 错误 !未定义书签。 压支架的工作阻力 . 错误 !未定义书签。 压支架的初撑力 . 错误 !未定义书签。 压支架的移架力和推溜力 . 错误 !未定义书签。 柱布置 . 错误 !未定义书签。 架在工作面的通风断面积验算 . 错误 !未定义书签。 定立柱和千斤顶 . 错误 !未定义书签。 柱的尺寸 . 错误 !未定义书签。 柱的初撑力 . 错误 !未定义书签。 柱的工作阻力 . 错误 !未定义书签。 架千斤顶的尺寸 . 错误 !未定义书签。 架千斤顶的行程 . 错误 !未定义书签。 3 液压支架的受力分析及校核 . 错误 !未定义书签。 压支架的工作阻力 . 错误 !未定义书签。 支架前连杆的受力 . 错误 !未定义书签。 架后连杆的受力 . 错误 !未定义书签。 梁强度计算 . 错误 !未 定义书签。 梁受力情况 . 错误 !未定义书签。 梁强度计算 . 错误 !未定义书签。 护梁强度计算 . 错误 !未定义书签。 护梁受力情况 . 错误 !未定义书签。 护梁强度计算 . 错误 !未定义书签。 座强度计算 . 错误 !未定义书签。 座受力情况 . 错误 !未定义书签。 度计算 . 错误 !未定义书签。 座接触比压计算 . 错误 !未定义书签。 柱强度计算 . 错误 !未定义书签。 柱参数 . 错误 !未定义书签。 算重叠长度 . 错误 !未定义书签。 种系数的计算 . 错误 !未定义书签。 活柱的强度核算 . 错误 !未定义书签。 活柱的强度核算 . 错误 !未定义书签。 体强度核算 . 错误 !未定义书签。 柱的稳定裕量验算 . 错误 !未定义书签。 轴的设计 . 错误 !未定义书签。 4 液压支架的液压系统 . 错误 !未定义书签。 柱和千斤顶 . 错误 !未定义书签。 架液压阀 . 错误 !未定义书签。 控单向阀 . 错误 !未定义书签。 全阀 . 错误 !未定义书签。 纵阀 . 错误 !未定义书签。 压系统安装、调试 . 错误 !未定义书签。 装 . 错误 !未定义书签。 压管道的安装要求 . 错误 !未定义书签。 压件安装要求 . 错误 !未定义书签 。 试： . 错误 !未定义书签。 5 液压支架的操作和维护 . 错误 !未定义书签。 压支架的操作维护要求 . 错误 !未定义书签。 压支架的操作管理事项 . 错误 !未定义书签。 压支架维护和管理的具体内容 . 错误 !未定义书签。 结 论 . 错误 !未定义书签。 参考文献： . 错误 !未定义书签。 附录： . 错误 !未定义书签。 英文原文 . 错误 !未定义书签。 中文译文 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 1 页 1 支撑掩护式液压支架概述 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 液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。这些动作是利用乳化液泵站提供的高压液体，通过液压控制不同功能的液压缸来完成的。每架支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统，如图 1 1 所示，其中液控单向阀和安全阀设在架内，操纵阀可设在本架或邻架内，前者为本架操作，后者为邻架操作。 架升降 支架的升降依靠立柱 2的伸缩来实现，其工作过程 如下： 1、初撑 操纵阀 8处于升柱位置，由泵站输送来的高压液体经液控单向阀 6进入立柱的下腔，同时立柱的上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板。当顶梁接触顶板，立柱下腔的压力达到泵站的工作压力后，操纵阀置于中位，液控单向阀 6关闭，从而立柱下腔液体被封闭，这就是支架的初撑阶段。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 2 页 顶 梁 ； 2 立 柱 ； 3 输 送 机 ； 4 安 全 阀 ； 5 液 控 单 向 阀； 6 ， 7 操 纵 阀 ； 8 乳 化 液 泵 ； 9 推 移 液 压 缸 ； 1 0 底 座； 1 1 后 连 杆 ； 1 2 前 连 杆 ； 1 3 掩 护 梁图 1 1 液 压 支 架 工 作 原 理2、承载 支架初撑后，进入承载阶段。随着顶板的缓慢下沉，顶板对支架的压力不断增加，立柱下腔被封闭的液体压力将随之迅速升高，液压支架受到弹性压缩，并由于立柱缸壁的弹性变形而使缸径 产生弹性扩张，这一过程就是支架的增阻过程。当下腔液体的压力超过安全阀 5的动作压力时，高压液体经安全阀 5泻出，立柱下缩，直至立柱下腔的液体压力小于安全阀的动作压力 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 3 页 时，安全阀关闭，停止泄液，从而使立柱工作阻力保持恒定，这就是恒阻过程。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。 3、卸载 当操纵阀 8 处于降架位置时，高压液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀 6，立柱下腔排液，于是立柱卸载下降。 图 1 2 液 压 支 架 工 作 特 性 曲 线由以上分析可以看出，支架工作 时的支撑力变化可分为三个阶段，如图1 2，即：开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段0t，初撑后至安全阀开启前的增阻阶段1t，以及安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段2t，这就是液压支架的阻力时间特性。它表明液压支架在低于额定工作阻力下工作时，具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用，在达到额定工作阻力时，具有恒阻性；为使支架恒定在此最大支撑力，又具有可缩性，即支 架在保持恒 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 4 页 定工作阻力下，能随顶板下沉而下缩。增阻性主要取决于液控单向 立柱的密封性能，恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现，因此安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。 架移动和推移输送机 支架和输送机的前移，由底座 3 上的推移液压缸 4来完成。 需要移架时，先降柱卸载，然后通过操纵阀使高压液体进入推移液压缸4 的活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁。 需要推移输送机时，支架支撑顶板，高压液体进入推移活塞缸 4 的活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把 输送机推向煤壁。 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 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 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 5 页 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。 压支架的组成 液压支架由以下六个主要部分组成： 顶梁、底座、立柱、掩护梁、活动侧护板、推移机构、操纵控制系统 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。 要求： 1、顶梁应有足够的强度，即使在接触应力分布不均匀的情况下也不致被压坏； 2、 顶梁应有足够的刚度，以承受扭力； 3、顶梁对顶板的覆盖率高； 4、顶梁能适应顶板的起伏变化。 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； 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 6 页 3、将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。 要求： 1、底座应有足够的强度和刚度； 2、底座对底板的起伏变化适应性好； 3、底座与底板的 接触面积大，以减小底座对底板的接触比压，避免支架陷入底板； 4、底座应有足够的地方来安设立柱、推移装置以及液压控制装置； 5、底座要能把落入支架内的碎矸排弃到老塘中。 柱 用途： 1、支撑顶梁，承受载荷的作用； 2、调节支架的高度，使支架的高度满足工作面的要求； 3、立柱 设置有大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载较大。 护梁 用途： 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、消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止冒落的矸石进入支护空间； 2、作为支架移架过程中的导向板； 3、防止支架降落后倾倒； 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 7 页 4、调整支架的间距。 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。其四连杆机构的作用： 1、通过四连杆机构，使支架顶梁端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使用使支架前端头离煤距离大大减小，提高了管理顶板性能； 2、能承受较大的水平力。 纵控制系统 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。 对于液压支架的操纵控制系统传动装置，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。 压支架的设计 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， 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 8 页 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；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为 100 150中厚煤层一般为150 250厚煤层一般为 300 400 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。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 9 页 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。 坚硬顶板工作面顶板不易冒落，直接顶或基本顶悬顶时间长。一但冒落，瞬间顶板压力显著增大，支架立柱安全阀来不及释放，立柱可能遭破坏。因此，对坚硬顶板液压支架设计的要求是： 1、根据直接顶和基本顶的岩性、分类级别、截高及配套设备，确定支护强度和工作阻力，支架要有足够切顶能力。 2、应尽量减小掩护梁长度，增大掩护梁与水平夹角，减小掩护梁在水平线上的投影长度。如有的支架在低位状态时，掩护梁与垂线夹角仍有 300 左右，相当于一般支架在高位状态时的掩护梁夹角。如果在工作高度时，掩护梁大部分都能 被顶梁所遮盖是较为理想的。另外，掩护梁结构设计，除保证必要的强度和刚度之外，还要具有抗冲击能力。 3、支架掩护梁间的密封可严些，顶梁架间密封要求不十分严格，因为顶梁间漏矸的可能性较小。 4、支架立柱应设置大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 10 页 较大。为此，安全阀流量的选择应考虑立柱缸径、冲击载荷来压程度。对于有冲击载荷的顶板，如不采取顶板处理措施，立柱应安设置一大一小两个安全阀以确保支架的安全 5、考虑冲击载荷 影响，支架结构件安全系数应提高，至少应比通常支架安全系数提高 20%。 6、应考虑支架可能承受的水平方向冲击力。支架结构件设计时，摩擦系数取值应考虑 f= 压支架的设计动向 21 世纪是以网络信息为代表高科技迅猛发展的新时期，也是是煤矿以高效集约化生产为特征的新时期 ， 为了满足高产综采工作面生产发展的需要 ， 就煤炭综采而言 ， 国外主要产煤国家从未停止过依靠更大的技术投入取得采煤更高经济效益的努力。我们也必须抓紧研制和推广电液控制系统。液压支架实现自动控制后 ， 就可有效地克服上述 缺点 ， 实现对支架的电液控制 ，而且有多种控制方式可供选择 ， 人员可在较安全的地方集中对整个工作面的支架进行远程控制或程序控制。现在世界上已经有 70 多个电液自动化控制工作面。工作面的技术设备又正在以迅猛之势向前发展。我们不能依赖老实进口 ， 我们要自己研制，否则和我国产煤大国的地位也是极不相称的。 我国液压支架经过 20 多年的发展 ， 尽管取得了显著成绩 ， 在双高矿井建设中出现过日产万吨、甚至班产超万吨的记录 ， 但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一定差距。在支架架型功能上我国与国外相差无几 ， 有些地方特别是特厚煤层用 的放顶煤支架、铺网支架、两硬煤层的强力支架、端头支架还有独到之处 ， 但国产液压支架技术含量偏低 ， 电液控制阀可靠性差 ， 所用钢材一般为 16 最好的屈服极限才 700， 液压系统压力在 35以下 ， 流量在 200 /以内 ， 供液管 25 32， 回液管 25 50， 最快移架速度 10 12 /s 架 (井下实际应用有时在20s 以上 ) ， 工作阻力更是相对较低。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 11 页 今后 10 年 ， 我国的液压支架将朝技术含量大、钢板强度高、移架速度快 (6 8 /s 架 ) 和电液控制阀的方向发展 ， 对有破碎带和断层的工作面将加大支架的移架力 ， 尽量采用整体可靠推杆和抬底座机构 ， 并减少千斤顶的数量。另外 ， 将普遍采用额定压力为 40、额定流量为 400 /的高压大流量乳化液泵站 ， 以适应快速移架的需要 ； 系统采用环形或双向供液 ， 保证支架有足够的压力达到初撑力 ， 保证支架接顶位置准确。 柱掩护式支架的比重将大大增加 ， 缸径将增至 360， 端头支架、轻放多用途支架将被广泛使用。所以 ， 今后除应继续针对我国国情和煤层具体条件 ， 开发一些新架型、新品种外 ， 还应在改进支架控制系统和提 高支架的工作可靠性方面下功夫。 作为一种回采工作面的支护设备，液压支架的架型、结构与相关参数，必须与回采工作面的顶、底板条件和煤层条件相适应，才能取得良好的支护效果。由于地下开采条件的复杂性和多样性，因此，尽管国内外对液压支架己经过了近半个世纪的研究和应用，出现了数十种不同的结构架型，但至今为止，也仅能在缓倾斜中厚以下煤层中获得了较为成功的应用，对于倾斜、急倾斜或厚煤层中的液压支架尚处在研究和试验阶段。即使对于缓倾斜中厚煤层的液压支架，其结构、性能与控制方式如何更适应不同的生产条件，仍需不断的改进和研究。目 前，液压支架设计研究取得重要进展，主要在以下方面： 1、 设计理论和方法有了突破。煤炭科学研究总院北京开采研究所对支架力学持性进行了深入的研究，提出了液压支架三维力学模型的计算方法，克服了传统平面力系计算方法的缺陷，提出了液压支架总体结构参数优化设计方法，开发出液压支架设计计算通用软件系统，并广泛应用，使我国液压支架设计计算提高到一个新水平。 2、 完成液压支架计算机模拟试验的研究。把有限元方法成功地用于液压支架的研究，建立了液压支架整体有限元模型，开发出 压支架 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 12 页 模拟试验计算机仿真软件系统，大大 提高了液压支架设计的可靠性，广泛应用于液压支架设计研究，达到国际先进水平， 为我国液压支架打入国际市场发挥了重要作用。 3、 技术规范和标淮化建设取得重要进展。我们已先后制定液压支架系列技术标准 17 项，成为国际上液压支架标准较完善的国家之一，促进了液压支架技术的发展。 4、 计算机辅助设计 (了较大发展。开发了 作站和微机 成了较完整的液压支架数据库和通用件国库，并正在逐步实现支架设计 5、液压支架控制系统有了重大进步。根据我国国情研制的全液压手动控制快速移架系统的广 泛应用，使支架降、移、升速度大幅度提高，由过去的 20 30 /s 架 ，提高到 9 12 /s 架 。 6、 新架型研制成绩显著，架型结构进一步完善。新型高可靠性支架，反向四连杆高产高效低位放顶煤支架，适应中小煤矿的单一煤层开采用轻型支架和轻型单摆杆放顶煤支架均取得成功。 基于以上进展，液压支架的研究与发展方向是： 1、 在己有支架设计与应用经验的基础上，研究支架的智能化设计方法和结构与参数的优化，进一步提高支架设计的科 学性、可靠性和结构性能的优化性。 2、 研究特殊煤层使用的液压支架，以适应不同的开采条件。 3、 研究新型元件与材质，以减轻支架重量，提高支架的性能和使用寿命。 4、 研究支架的遥控、程序控制和性能自动监测，为回采工作面的半自动化与自动化创造条件。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 13 页 2 液压支架的结构设计 压支架基本尺寸的确定 架高度和伸缩比 支架高度的确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定，其最大和最小高度为： 1m a xm a x m i nm i n 式中 支架最大高度， 支架最小高度 煤层最大高度， 4300m h 煤层最小高度， 2200h 1s 考虑伪顶，煤皮冒落后，仍有可靠初撑力所需要的支撑力高度，一般最 200 300取 2001 s 2s 顶板最大下沉量，一般 100 200 1002 s a 移架时支架的最大可缩量，一般取 50a 浮矸石，浮煤厚度，一般取 50 1m a xm a x 3004200 4500 m i nm i n 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 14 页 50501002 2 0 0 2000 支架伸缩比 0 0 2 0 0 04 5 0 0m i nm i nm a x H 一般 7.0k 范围内采用单伸缩立柱， 所以应采用双伸缩立柱。 架中心距 考虑液压支 架配套使用 64 型刮板输送机，该刮板运输机溜槽每节长度为 因此，取中心距为 架的宽度 支架的宽度应考虑支架的运输，安装和调架要求，支架顶梁上装有活动侧护板，侧护板的行程一般为 170 200取 200 支架的最小宽度，一般为 1400 1430取 1400 支架的最大宽度，一般为 1570 1600取 1600 架整体机构尺寸确定 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 2900 定四连杆机构和掩护梁长度 连杆机构的作用 1、通过四连杆机构，使支架顶梁端点的运动轨迹呈近似双曲线，从而 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 15 页 使支架顶梁前端的端头离煤壁距离大大减小，提高了管理顶板的性能。 2、能承受较大的水平力。 连杆机构的几何特征 1、支架从最高高度降到最低高度时，如图 2 1所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度 70e 最好为 30下。2、支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角 ，如图 2 1所示，应满足以下要 求： 支架在最高位置时， P 52o 62o ， Q 75o 85o ；支架在最低位置时，考虑矸石便于下滑，以防矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知， ,如果按钢和矸石的摩擦系数为 ,即： ,；为了安全可靠在最低工作位置时，应使 25为宜，而 部 距底板要有一定的距离，防止支架后部冒落的岩石卡住后连 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 16 页 杆，使支架 不能降下来，一般取 2 5 3 0 。 3、由图 2知，掩护梁与顶梁铰点 E 和瞬时中心 ，设计时，要使 范围内，主要原因是 Q 角直接影响附加力 4、支架工作段要求曲线向前凸的一段，如图 2 1所示的 原因为当顶板来压时，立柱让压而下缩，使顶梁有前移的趋势防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向老塘，同 时底板阴止底座向后移；使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了前梁端部的支护力，防止顶梁前端顶板冒落又可以使底座前端比压减小，可防止啃底，有利移架，再则减少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由掩护梁来地 克服，所以减轻了掩护梁的受力。 2 掩 护 梁 和 后 连 杆 构 成 的 曲 柄 滑 块 机 构 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 17 页 从以上分析得知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的曲线运动轨迹时，应尽量使支架的工作段要取曲线向前凸的一段，所以当已知掩护和后连杆的长度后，从这个观点出发，在设计时，只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄 滑块机构，进行作图计算就可以了，其掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构如图 2 2所示。 从图 2 2 可以看出，当掩护梁和后连杆已知，只要找到前连杆的长度和位置就可以了，其具体作法是顺时针转动后连杆，使支架最高位置时的 E点向下作近似直线运动，在掩护梁上定有一点在运动中有一段近似圆弧轨迹。只要找到这个圆弧轨迹的曲率半径和曲率中心，就可以找到前连杆的位置和长度了。从这个观点出发，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩护梁上前连杆上铰点所作的运动轨迹上，任找几点，把掩护梁上前连杆上铰点连线的 垂直平分线所交的点为前连杆的 下铰点，这样四连杆机构就可以确定了 连杆机构的几何作图法 首先用解析法确定掩护梁和后连杆的长度，如图 2 3所示。 L 掩护梁长度 ； 1L 后连杆长度； 2L E点垂直线到后连杆下铰点之距 ； 1h 支架最高位置时的计算高度 ； 1 4 5 0 0 2 5 0 4 2 5 0h 2h 支架最低位置时的计算高度； 2 2 0 0 0 2 5 0 1 7 5 0h 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 18 页 图 2 3 掩 护 梁 和 后 连 杆 计 算 图E从几何关系可以列出 : 2111 c 2212 c o sc o s 将以上两式联立解得： 12121 co s co s 按四连杆机构的几何特征所要求的角度， 选定： 21 ； 21 ； 52 ； 52 。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 19 页 21121 co s co s 支架在最高位置时的值为： 1111 s 因此掩护梁的长度为： 1111s 2s 5 0 2583 取： 2600L 后连杆长度为： 11 2002 取：1 2000L 前后连杆上铰点之间的距 离 L为： 一般， 0 . 2 5 2 6 0 0 6 5 0L 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 20 页 具体作图步骤如下： 图 2 4 四 连 杆 几 何 作 图 法 原 理 图L A AA B E EP 1Q 1定后连杆下铰点 它大体比底座略高，一般为 200250考虑太低国 安装销子困难，太高底座又笨重。 2、过 3、过 平线 H Q 。 4、以 1L 为半径作圆，与该直线相交于 为后连杆与掩护梁的上铰点。 5、过 P 。 6、 以 该直线相交于 E 点，即为掩护梁、与顶梁的铰点。 7、过 E 点作一条直线与水平线 H H h，即为液压支架最高位置的计算高度。 8、 以 心，以 为半径作圆，即为前连杆的上铰点。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 21 页 9、过 E 点作 F 设在液压支架升降过程中， E 点近似在此直线上滑动。 10、在垂线上作液压支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点为E 。 11、取 EE 中点为 E 点，为液压支架在降到中间位置时，掩护梁与顶梁的铰点。 12、 以 1L 为半径作圆弧。 13、 以 E点为圆心，以掩护梁长 圆弧相交于 A 点，此点为液压支架在降到中间位置时，掩护梁与后连杆的铰点。 14、以 E点为圆心，以掩护梁长 圆弧相交于 A点，此点为液压支架在最高位置时，掩护梁与后连杆的铰点。 15、。并以 A 点为圆心，以 的 E A 相交于B 点。以 A 点为圆心，以 的 E A 相交于 B 点。即 B、 B 、 B 三个点为液压支架在三个位置时的前连杆的上铰点。 16、连接 AO 、 A O，为液压支架降到中间位置和最低位置时，后连杆的位置。 17、分别作 和 BB 的垂直平分线交于 为前连杆的下铰点， 16、过点 C 向 H H 线作垂线，交于 D 点。则 液压支架的四连杆机构。 按以上步骤作图，结果如图 2示。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 22 页 BAEE880840192020006502600图 2 - 5 四 连 杆 机 构 的 作 图 结 使用 序模拟顶梁的双纽线运动轨迹。使用不同的参数，得到相应的 e，取最优的解 。 模拟程序见附录。 定顶梁的长度 顶梁长度： 1 1 1c o s c o L A G P C e 式中： B 液压支架的配套尺寸； 液压支架的配套设备有： 300 型采煤机， 64 型刮板输送机。其配套尺寸如图 2 6所示。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 23 页 图 2 - 6 液 压 支 架 与 配 套 设 备 的 关 系 图1 3 5 2 5 0 7 6 4 4 4 3 8 5 03 0 02 4 4 2850443764250135 B A 后连杆长度， 2000A G 掩护梁长度， 2600G e 支架由高到低顶梁前端最大位移量， 50e C 梁端距， 考虑由于工作面顶板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，为避免割顶梁而留的安全距。中厚煤层液压支架梁端距在 280 340取 300C 1Q 液压支架在最高位置时，后连杆与水平面的夹角。 由前面知，1 821P 液压支架在最高位置时，掩护梁与水平面的夹角。 由前面知，1 62 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 24 页 111 c 503 0 062c o 0 082c o 0 02 9 0 02 4 4 2 取 4050L 压支架的性能参数 支护强度： 510q K M 式中： K 作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般为 5 8。 取 8K M 截割高度， m。取最大截割高度， m 岩石密度，一般取 0 3Kg m 510 53 支架支撑顶板的有效工作阻力为： 310R 式中： 支架的支护面积， 2m F c L C B K 2m 式中： L 支架顶梁长度， m ； 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 25 页 C 梁端距， m ； B 支架顶梁宽度， m ； K 架间距， m 。 2m 310 初撑力的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提高。一般取初撑力为（ 的工作阻力。 取 初撑力为 ： 2 9 1 24 1 6 R 移架力与支架结构、质量、煤层厚度、顶板性 质等有关。一般中厚煤层支架的为移架力 150 300 取移架力为 250 ； 推溜力一般为 100 150 取推溜力为 150 。 柱布置 该液压支架采用双伸缩立柱，立柱数目为 4。 立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为：有 利于操作、行人和部件合理布置。支撑式支架和支撑掩 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 26 页 护式支架的立柱间距为 1 本支架立柱间距选 1m 。 对于支撑掩护式支架，前柱窝一般近似在顶梁后部三分之二处，而下柱窝的位置根据立柱的角度来确定，一般立柱与底座垂线的夹角 角要小于其具体位置如图 2 图 2 7 立 柱 定 位 简 图 17504250620 1000 400 880EE005架在工作面的 通风断面 积验 算 采煤工作面的过风量 与 采煤工作面的通风断面积 相关，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 5 / 采煤工作面风速： 601 A /式中 ： V 工作面风速， / 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 27 页 1A 支架在采煤工作面的通风断面积 ， 12A 2m ； Q 采煤工作面所需风量 ， 式中： K 通风不均系数，一般取 K = 保 安规程允许的朝气含量，一般取 %1 沼 气涌出量所需要的风量， 式中： 6024 T 日产量， T =3000 T； q 每 分钟产生一吨煤沼气涌出量，一般取0， 则有 : 6024 03000 %1 3120 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 28 页 601 A / 5 /这样支架在工作面的通风 断面积满足要求 。 定立柱和千斤顶 寸 立柱采用双伸缩液压缸 立柱的缸体内径： co 式中： F 支架承受的理论总载荷力， F N ； n 每架支架立柱数， n=4； 安全阀调整压力 ， 0 立柱最大倾角，（支架降到最低位置时 角最大）， =05 。 4000c o a 1 14 0 0 0 参考表 2 1 取 一级 缸 /柱径： 230/220 二级 缸 /柱径： 180/160 公称承载力： 1800 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 29 页 表 2伸缩立柱
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