ZZ7200 23 38型液压支架

ZZ7200/23/38型液压支架摘要:液压支架主要由以下几个基本部分组成：顶梁，掩护梁和四连杆机构，侧护板，底座，立柱，千斤顶。设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。在支撑掩护式的设计过程中，底座、液压系统和立柱等结构件的设计是重点。本论文介绍了液压支架的结构，类型，工作原理，特点，目的及要求，对支撑掩护式液压支架作了详尽的分析和介绍，讲述了这种支架的方案和用途。关键词：液压支架，立柱，底座，四连杆机构ZZ7200/23/38typehydraulicsupportAbstract：Hydraulicsupportmajorfromsomefollowingbasicallypartialcompositions:Topbeam,screensbeamand4linkagemechanisms,sidefender,base,prop.Designtofollowprotectperformancegood,strengthisspeedhigh,moverapid,safelyreliableetc.principle.Inthedesigncoursethatthetypeofsupportscovertype,thedesignofcanopyandcavingshieldandpropsiskey.Thispaperhasintroducedrequirement,type,workingprinciple,characteristic,purposeandthestructureofhydraulicsupport,forscreeningtypehydraulicpressuresupporthavemadedetailedanalysisandintroduction,havenarrateduseandtheschemeofthiskindofsupport.Keywords:Hydraulicsupport,column,foundation,4linkagemechanisms目录1前言-12液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理-22.1液压支架的类型及基本特点-22.1.1支撑式液压支架-22.1.2掩护式液压支架-32.1.3支撑掩护式液压支架-42.1.4特殊用途的液压支架-52.2液压支架的选型-62.2.1工作面支架-62.3支撑掩护式液压支架工作原理-63液压支架的整体结构尺寸设计-83.1设计目的，要求及必要的基本参数-83.1.1设计目的-83.1.2设计要求-83.1.3设计液压支架必需的基本参数-93.1.4液压支架设计的原始条件-103.2液压支架的整体结构设计-103.2.1底座选择与设计-103.2.2顶梁的选择与设计-113.2.3推移装置的选择与设计-113.2.4立柱的选择与设计-123.3液压支架基本技术参数的确定-133.3.1支护高度-133.3.2支护面积-143.3.3支护强度-143.3.4底板平均接触比压-153.3.5立柱主要参数确定-153.3.6泵站压力的确定-173.4液压支架四连杆机构的确定-173.4.1四连杆机构的作用-17I3.4.2四连杆机构的几何作图法-203.4.3几何作图法作图过程-213.4.4四连杆机构的优选设计法-233.5支架的主要结构及其作用-243.6液压系统-253.6.1液压系统的主要特点-263.6.2液压系统的基本要求-263.7支架在设计中突出的特点-284液压支架的受力分析-284.1液压支架的受力分析与计算-294.1.1对顶梁进行受力分析-304.1.2对掩护梁进行受力分析-314.1.3顶梁载荷分布-324.1.4支护强度-334.1.5支护效率-334.2液压支架受力的影响因数-344.2.1立柱倾角对承载能力的影响-344.2.2tan值对支架承载能力的影响-344.2.3支架承载能力随高度的变化-354.2.4摩擦系数的影响-35结论-37参考文献-38致谢-3901前言综合机械化采煤是煤矿技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。实践证明大力发展综合机械化采煤，研制和使用液压支架是十分关键的。我国60年代初制造出支撑式液压支架，至今已能成批制造两柱掩护式和四柱支撑掩护式支架，这些系列化一般用于缓倾斜中厚煤层及厚煤层分层开采。我国煤矿中使有的支架类型很多，按照支架采煤工作面安装位置来划分有端头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上所的位置的支架。目前使用的液压支架分为三类。即：支撑式液压支架、掩护式液压支架、支撑掩护式液压支架。从架型的结构特点来看，由于架型的不同，它的支撑力分布和作用也不同；从顶板条件来看，由于直接类别和老顶级别的不同，支架所承受的载荷也不同，所以为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力承载力的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。本设计论文：巷道高度度在2.6米到3.5米，老顶级别为、级，直接顶类别为一类的支撑掩护式液压支架的设计。其架型特点支柱两排，每排2根，多呈倾斜布置，装有掩护梁和四连杆机构。安的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定。12液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理2.1液压支架的类型及基本特点迄今为止，全国使用的液压支架已有几百种型号，但其基本型式是相同或相似的。对液压支架型式的分类应把握其本质特征，按照不同的分类原则进行分类。这些分类原则互相联系又存在矛盾，同一个支架按照不同的分类原则可划分在不同类，把这些不同分类结果，按照一定的主次关系联系起来，就能较全面的反映该支架的基本特征。液压支架可按适用的煤层厚度、倾角和支架的控制方式来进行分类，但这些分类法均未反应出液压支架的基本特征。因此，目前国内外均按架型结构与围岩关系，将液压支架分为支撑式、掩护式、支撑掩护式三大类。2.1.1支撑式液压支架(a)节式支架(b)垛式支架图2.1支撑式液压支架(1)基本特点支撑式支架是早期发展的液压支架架型。其中又分为节式支架(图a)和垛式支架(图b)。这种支架的基本特点是:立柱靠简单的复位装置垂直支撑于支架的顶梁与底座之间，支撑效率高。支架是一个不稳定机构，基本不能承受顶板的水平力，支架的稳定性差。设有完善的掩护防漏研装置。支撑力的集中作用点离煤壁较远，支架切顶力强。2结构简单，重量轻，成本低。(2)适应范围采高小于2m-2.5m直接顶稳定(3类)或坚硬(4类)，老顶来压明显(II级)或强烈(III级)。工作面倾角l5,1010,1515配制液压支架用乳化液的水质应符合下列条件:无色、无臭、无悬物和机械杂质；PH值在69范围内；氯离子含量不大于5.726毫克当量/升;硫酸根离子的含量不大于8.3毫克当量/升。3.6.2液压系统的基本要求对于液压支架的传动系统应具有以下基本要求：(1)采用结构比较简单，设备外形尺寸比较小，能远距离的传递大的能量；(2)能承受较大的载荷；没有复杂的传动机构；(3)再有爆炸危险和含尘的空气里保证工作安全；(4)动作迅速；(5)操作、调节简单；(6)过载及损坏保护简单；针对我们本次设计的液压支架，其液压系统有以下两部分系统组成：即立柱系统和千斤顶系统。本设计的液压系统图：27主主主主主pQ主主图3.7ZZ7200/23/38液压支架的液压系统3.7支架在设计中突出的特点支架在设计中突出了以下特点：(1)支架工作阻力大，对顶板的支撑效果好；(2)采用优化设计，确定支架的总体参数和主要部件的结构尺寸，并利用计算机模拟试验进行受力分析和强度校核，以提高支架的可靠性；(3)本支架四连杆参数经过计算机优化设计，受力较小，空顶距变化较小；(4)顶梁为整顶梁相对较长，支架通风断面大，操作空间大；28(5)支架底座为整体式刚性底座，底座比压小，强度高；(6)液压系统采用400升大流量操纵阀，提高了支架工作循环时间。4液压支架的受力分析由液压支架的工作状态可知，支架承受的外载荷是顶板下沉形成的。在顶板下沉过程中，支架顶梁与顶板有相对滑动现象，支架不仅受有垂直于顶梁的力，还受平行顶梁的力。为了设计方便，要对支架的载荷和支架本身进行简化，现概述如下：(1)把支架简化成一个平面杆系结构，为了偏于安全，计算时把外载荷视为集中载荷。(2)金属结构件按直梁理论计算。(3)顶梁、底座与顶板被认为均匀接触，载荷沿支架长度方向接线规律分布，沿宽度方向均匀分布。(4)通过分析和计算可知，掩护梁顶矸石的作用为只能使支架实际支护阻力降底，所以在受力计算时不计使掩护梁偏于安全。(5)立柱和短柱按最大工作阻力计算。(6)产生作用在顶梁水平力的情况有两种：一种是由于支架让压回缩，顶梁前端运动轨迹为近似双纽线，顶梁与顶板在产生相对位移，顶板给予顶梁水平摩擦力；另一种是由于顶板向采空区方向移动，使支架顶梁受指向采空区的水平摩擦力。顶梁和顶板的静摩擦系数W一般取0.150.3。(7)按不同支护高度时各部件最大受力值进行强度校核。(8)各结构件的强度校核，除按理论支护阻力校核危险断面外，还要按原煤炭部标准MT86-84液压支架型式试验技术规范的各种加载方式，以支架的额定工作阻力逐一核，超过额定工作阻力10%的超载试验，将由安全系数来保证强度。4.1液压支架的受力分析与计算当支架撑牢在顶底板之间时，取其整体或某一部件为分离体，皆处于平衡状态，据此，把支架简化成平面杆系进行受力分析和计算。支架整体受力如图3.1所示29PbaFmwF1w21R21HHm图4.1支撑掩护式整体受力304.1.1对顶梁进行受力分析对顶梁进行受力分析如图所示。PbaFm21eXY图4.2顶梁受力(式4.1）12sinsiapwFXbame(式4.2）21cocoY式中：后梁所受水平集中力KNe后梁所受垂直集中力KN顶梁千斤顶板摩擦系数，=0.3前排立柱的合力=3600（KN）aPaPP后排立柱的合力，P=3600（KN）bb由式(4-1)和(4-2)联立，求Fm=tan=eXY1221sinsicoapwFbam整理得:(式t)sisi(costan12121babpwFm4.3）式中：瞬心角（度）代入公式（4-3）得31Fm=3600cos3-3600cos4+（3600sin3-16tan3.03600sin4)tan15=4854.5(KN)由式(式4.1）得Xe=6854.50.3+3600sin4-3600sin3=2098.56(KN)由式(式4.2）得Ye=6854.5-3600cos3-3600cos4=563.64(KN)4.1.2对掩护梁进行受力分析取掩护梁为分离体进行受力分析。如图所示。写出连杆受力F,的表达式。56OL7a43hF65YeX图4.3掩护梁分离体受力(式4.4）4436sincotanaYXFe式中：F后连杆力，KN6a后连杆与水平的夹角；度4a前连杆与水平面的夹角；度332的反作用力。eYX,e,代入公式(式4.4）得=-4665.93(KN)6F00063sinco51tan4.5.298(式4.5）465/siaYe式中：F前连杆力，KN5代入公式(式4.5）得=4139.28(KN)50051sin63si)9.4(顶梁载荷分布在把顶梁所受顶板的载荷求出后，就可以进一步计算出载荷在顶梁上面的分布情况。由于顶板与顶梁接触情况不同，载荷实际分布很复杂。为计算方便，假设顶梁与顶板均匀接触且载荷为线性分布。设顶梁长为Lg顶板的集中载荷为Fm,其作用点距顶梁一端为X。Fmq3q2Lg3q2FLg图4.4顶梁三角形载荷分布图4.5顶梁梯形载荷分布a)当Lg/3时，载荷分布为三角形，如图3.4所示X顶梁前端比压为零，后端比压为:2q3q10(式4.6）mXBF3式中：顶梁后端比压,Mpa3B顶梁宽度，B=1460mmm33代入公式(式4.6）得=10-3=2.21mpa3q14605.82b)当Lg/2XLg/3时,载荷呈梯形分布，顶梁前端比压为：2q10(式4.7）mBXF.lgl)(223式中：顶梁前端比压,mpaLg顶梁长度mmB顶梁宽度，B=1460mm2qmm代入公式(式4.6）得=0.58Mpa2q1460)23(5.68顶梁后端比压为3(式4.8）32lg)(mBXLF式中：顶梁后端比压,Mpa3q代入公式(式4.8）得=10=3.82Mpa31460)2(5.684234.1.4支护强度支架的结构设计结束，其结构尺寸已定。再经受力分析，其外载荷也已确定。于是可求出支架实际支护强度如下式：(式4.9）310).(mBLgFq式中：Lg顶梁长度mmB顶梁宽度，顶梁前端至煤壁的距离，mm代入公式(式4.9）得：0.831Mpa3CF32.85644.1.5支护效率整台支架的工作阻力是由立柱工作阻力产生的。对于掩护式支架和支撑掩护式支架而言，两者并不相等。用支护效率来评价立柱工作阻力转为支架工作阻力的有效程度，支护效率按下式计算：34(式4.10）PFm式中:P支架的名义工作阻力,KN支护效率值与支架的架型、结构尺寸和支架高度有关，值过大或过小都不好。由于支架的工作阻力Fm由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩护梁和前、后连杆来承担，而立柱的工作阻力之和不变，当值过大时，说明掩护梁和前、后连杆受载增加，对掩护梁和前、后连杆不利；当值过小时，说明立柱工作阻力不能充分发挥。一般要求在支架工作段内，支撑掩护式支架由于立柱倾角较小，值应在95%105%之间；掩护式支架由于立柱倾角较大，值应大于90%以上；支撑式支架由于立柱垂直布置又无四连杆机构，所以值为100%。4.2液压支架受力的影响因数支撑掩护式支架在工作过程中，各主要部件的受力是变化的，其影响因素有诸多方面。4.2.1立柱倾角对承载能力的影响由于掩护式和支撑掩护式支架的立柱大部分是倾斜布置的，倾角又随着支架的高度变化，所以支架的承载能力的大小也随着支架的高度而变化。现在对承载能力的影响。立柱支撑在顶梁，当立柱的工作阻力为，倾角为时，显然支架的承载能力BP与COS有直接的关系。因为COS1，因此立柱倾斜布置将使支架的承载能力BP降低。角和COS之间的关系表示在右图中。当0.95，支架的承载能力降低值不等大于。当26时，COS0.90，所以支架承载能力将显著的减小。因此丛支架承载能力的角度看，立柱倾角不要大于18。但是，有些支架为了使高度变化的范围增大，角往往大于30。4.2.2tan值对支架承载能力的影响在以上各式中有多项公式包含tan，分析如下：O点是瞬时中心，随着支架高度的变化，O点的位置也发生变化，tan也跟着发生变化。当O点在顶梁上方时，tan取正值。当O点在顶梁下方时tan取负值。35tan值增加，附加力增加。当摩擦系数W0.3，tan=0.1时，附加力可达支架名义工作阻力的30。所以tan值过大对支架受力不利。在支架的工作高度范围内，一般把tan值控制在0.35以下，从而把附加力控制在支架名义工作阻力的10范围内。（详细分析间液压支架课本张家鉴主编此处不再赘述）最后，必须指出，tan不仅对承载能力有影响，而且对各受力部件有影响，并相当复杂，因此tan是大是小，由具体情况而定。4.2.3支架承载能力随高度的变化由支架载荷Pm的计算式直到，其中a、h7是随高度而变化的，因此支架的支撑力也就随着高度而变化。在调高范围内，支架的承载能力在两侧的高度内比较小。一般情况下，掩护式支架常用加大立柱的倾角来扩大支架的调高范围。而a角越大，支架的承载能力越小。所以支架的调高范围越大，承载力变化越大。但是支架在设计中一般都要按可能的最大承载力来设计，显然这就使支架不能发挥应有的作用，在很大的一段承载范围内就要大材小用。所以设计掩护式或支撑掩护式支架时，应特别注意使支架承载力在整范围内的变化尽量小。另外指出，支撑式支架的支护高度对支架受力没有影响，而掩护式和支撑掩护式支架，由于支护高度的变化，使立柱的支撑角度、平衡千斤顶的角度、尾梁和四连杆机构的角度等的不同，使受力也不同。在进行强度计算时，要以顶梁承受最大负荷时的支护高度为依据，按此时的工况进行受力分析。4.2.4摩擦系数的影响(1)对支架承载能力的影响摩擦系数对支架承载能力的影响表现在项tan1w中。产生水平载荷的原因很多，所以它的大小和方向也是根据具体情况而变化。但是，它的极限值却可以用顶梁和顶板支间产生相对滑动时的极限摩擦力求得。即壁系数断裂极限值等于顶梁和顶板的摩擦系数。所以此值的大小在0范围内maxfmaxf变化。水平载荷的方向可以只考虑向后作用，也就是从煤壁向老塘的方向作用。假如36顶梁上受向前的水平载荷，很容易使支架向前倾倒，这种趋势使顶梁对于顶板向前滑动，则水平载荷又变成向后作用。值在中随承载能力有很大影响。只ftan1w有tan值很小时，tan才能忽略不计。f(2)对连杆受力影响由连杆受力P5和P6的计算式可以看出，摩擦力对连杆受力的影响表现在fP5sina3和fP6sina4项中。当支架升高时，a3和a4就逐渐增大，sina3和sina4也就逐渐变大。因此，随着支架的高度，摩擦力对连杆的影响逐渐增大。37结论这次设计包括了液压支架的选型；主要参数的计算；立柱、底座、立柱及液压系统的设计。通过对这部分的设计，使我对设计有了个粗略的了解，而ZZ7200/23/38型支撑掩护式液压支架这个专题的设计，提高了我们分析解决问题的能力，使我们明白科研成果来之不易，从而增加了我们对老师及广大科研工作者的理解和敬佩。38参考文献1丁绍南.液压支架设计M.北京:世界图书出版社,19952赵宏珠.综采面矿压与液压支架设计M.徐州：中国矿业学院出版社19873朱真才、韩振铎.采掘机械与液压传动M.徐州：中国矿业大学出版社20004戴绍诚.高效高产综采机械化采煤技术与装备M.北京：煤炭工业出版社19975李昌熙、乔石.矿山机械液压传动M.北京：煤炭工业出版社19856王国发.液压支架技术M.北京：煤碳工业出版社19997（苏）K波诺马连科等著，林延中等译.液压支架液压传动的计算与设计M.北京：煤炭工业出版社19858成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社19999张家鉴、陈享文、伊长德.液压支架M.北京：煤炭工业出版社198510陶驰东.采掘机械M.北京：煤炭工业出版社198111邢富康、蔡站、刘玉堂等.煤矿支护手册.北京：煤炭工业出版社199112贾悦谦.综采技术手册（上、下）.北京：煤炭工业出版社200013综采技术手册编委会.综采技术手册K.北京:煤炭工业出版社200114I