液压支架底座和立柱的结构设计【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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摘 要

　　　液压支架是以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。它能实现支撑、切顶、自移和推溜等工序，与大功率采煤机、大运量的可弯曲刮板输送机组成回采工作面的综合机械化设备。

　　　本次设计的内容是液压支架底座和立柱的结构设计，即主要针对该液压支架底座和立柱的机械结构部分设计。设计过程中首先，通过对液压支架结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对底座和立柱进行了设计与校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了液压支架底座和立柱装配图及主要零部件图。

　　　通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。

　　　关键词：液压支架；底座；立柱；结构设计；

Abstract

　　　The hydraulic support is powered by a high pressure liquid, which is composed of a metal member and a plurality of hydraulic components. It can realize the supporting, cutting, self moving and pushing and so on, and the large power shearer, large volume of the flexible scraper conveyor consisting of the working face of the comprehensive mechanized equipment. 

　　　 The content of this design is the structure design of hydraulic support base and column, which is mainly aimed at the mechanical structure of the hydraulic support base and the column. In the process of design first, based on the structure and the principle of hydraulic support analysis, this analysis is proposed based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated to select; then, on the base and column were designed and checked. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn hydraulic bracket base and column assembly and major parts of the map. 

　　　 Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance.

　　　Keywords: Hydraulic support; base; column; structure design;

目 录

摘 要 1

Abstract 2

第1章 绪 论 5

1.1课题研究背景及意义 5

1.2国内外研究现状 5

1.3液压支架概述 6

1.3.1液压支架的组成 7

1.3.2液压支架的分类 8

1.3.3液压支架的工作原理 10

第2章 总体方案及参数确定 13

2.1液压支架选型 13

2.1.1支撑式支架 13

2.1.2掩护式支架 13

2.1.3支撑掩护式支架 13

2.2液压支架的基本要求 14

2.3支架总体参数的确定 14

2.3.1 支架高度 14

2.3.2 支架伸缩比 14

2.3.3 支架间距 15

2.3.4 支架宽度 15

2.3.5 底座长度 15

2.3.6 顶梁长度 15

2.3.7 支架工作阻力 16

2.3.8四连杆机构设计 17

第3章 底座及支柱结构设计 23

3.1底座结构尺寸设计 23

3.1.1底座设计要求 23

3.1.2底座的选型 23

3.1.3确定底座结构尺寸 24

3.2立柱的结构尺寸设计 25

3.2.1立柱的基本组成与特点 26

3.2.2工作阻力的确定 27

3.2.3立柱结构尺寸的确定 29

第4章 底座及立柱强度校核 32

4.1底座的受力分析 32

4.1.1受力分析 32

4.2 底座的强度校核 33

4.3立柱受力分析 38

4.3.1活柱受力分析 38

4.3.2 中缸受力分析 39

4.3.3 外缸受力分析 41

4.4立柱校核计算 41

4.4.1立柱刚度校核 41

4.4.2稳定性校核 42

4.4.3立柱强度验算 44

结 论 47

参考文献 48

致 谢 49

第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

　　　经过对比我国的液压支架和国外液压支架的现状可以看出，两者之间存在着很大的区别。国外的支架主要的研究热点及发展方向是高强度，自动化。而我国的液压支架的发展方向主要是多品种，高适应性。这主要是由我国煤炭的赋存状况决定的。

　　　我国目前存在大量3. 5～5 .5ｍ厚煤层,特别是中小矿井,希望有一种结构简单、轻型、适应能力强的放顶煤液压支架来开采这类煤层。目前,国内用于厚煤层的重型放顶煤液压支架技术趋于成熟,但因其重量大、成本高，并不适合中小煤矿广泛使用，而轻型低位放顶煤液压支架还存在一些普遍的问题，主要表现在①采用四连杆机构,结构复杂,后部空间小,重量较大，承受水平力能力弱;②当顶梁上部压力的合力作用点前移至前立柱之前时,则会使后立柱受拉,而后立柱又是单作用油缸,只能承受压力,因而后立柱的作用往往失效,致使顶梁有低头前倾趋势;③目前,常用放顶煤液压支架掩护梁形式易造成较薄顶煤的混矸,而且安装于掩护梁上的长尾梁机构的尾梁两侧也易混煤混矸;④前探梁容易产生伸缩卡阻。针对上述普遍问题,经过大量调研,在吸取了现有许多支架在设计使用中的经验教训的基础上,研制了新型轻型导向放顶煤液压支架。在架型设计上,针对大多数放顶煤工作面顶板压力不大、煤质较松软、要求的工作阻力很小,以及许多中小矿井井筒和巷道运输断面较小的特点,要求支架结构简单、重量轻、体积小、工作可靠,搬运灵活的情况,吸收了国内外现有放顶煤液压支架的优点,特别是考虑厚煤层的放顶煤开采地质、矿压特点,设计了该轻型导向放顶煤液压支架。与同类支架相比,具有强度高,支撑力大,稳定性好,抗水平力能力强。对不同条件适用性强,特别适用于中小矿井厚煤层的放顶煤开采。

　　　这种轻型导向放顶煤液压支架是专门为中小煤矿开发设计的一种支护产品，它打了传统支架的设计理念，采用柔性导杆结构代替传统的四连杆或单摆杆结构，克服了四连杆机构、单摆杆机构支架在支护高度发生变化时，由于内力大而造成的支架易损坏的潜在因素，稳定性好，支护强度大，重量轻，工作面许用运动空间大；采用分体顶梁来代替整体顶梁，减轻了重量，结构更加紧凑；为中小矿井机采放顶煤工作面支护提供了一个很好的选择。

　　　这便是我们做这次设计的初衷，期待着我国的煤炭产量更上一层楼，同时也希望我国的煤矿工人的生活更加美好！

1.2国内外研究现状

　　　综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志。80年代末以来，世界主要产煤国家高产高效综采技术迅速发展，特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非发展最快。综采工作面高产高效纪录不断刷新，综采装备新技术层出不穷。

　　　均年产145．4万t洗精煤，平均工效274t／(工*d)，工作面搬家(包括设备安装)时间平均684人工/面。工作面平均长度240 m，最大长度335m。 1994年平均班产进一步提高，其中，前10个工作面年平均班产达到5998t洗精煤，相当于年产400万t以上的水平。沙莫罗克公司(SHAMR0CK)的被克佛克矿在123个小班中产煤166万t，相当于月产83万t;塞普路斯阿马克斯煤炭公司卡姆博兰德矿1995年6月达到月产洗精煤57．3万t的纪录，阿科煤炭公司的西皮庇矿1994年11月创造了日产4.5万t的世界纪录,当月产量50余万t。美国1994年共有80个长壁工作面，其中有70个工作面是电液控制的工作面，占87．5％，使用两柱掩护式支架73套，四柱支撑掩护式支架7套，两柱掩护式支架占91．25％，支架工作阻力大部分在7000—8000 kN，最大的两柱掩护式支架工作阻力达到9800kN。普遍装备大功率电牵引重型采煤机组和大功率、大运量、高可靠性刮板输送机。

　　　澳大利亚近10年来综采发展很快，综采工作面数量从1980年的3个增加到1994年的25个，井工效率达到17．71t／工。科迪尔克斯矿和巴波尼矿的综采工作面年产量已超过300万t。为使综采产量持续增长，近几年来澳大利亚采取了一系列措施，包括改革劳动制度，采用各种新设备、新技术，综采工作面优选世界各国最先进的重型高效装备，实现一井一面，集中化生产。    

　　　英国和德国是世界上综采技术装备最先进的国家，由于受其自然煤层赋存条件的限制，其高产高效工作面的纪录不如美国和澳大利亚，但世界著名的采煤机械公司主要集中在德国和英国。近年来，由于国际采矿业市场的不景气和激烈竞争，导致各公司的相互兼并，形成几个大跨国公司。为占领市场，各公司不断开发新技术、新产品。1.3.2国内研究现状

　　　我国在五十年代开始从国外引进注浆泵,直到二十世纪八十年代,才较大范围的推广使用注浆泵"目前,国内注浆泵生产企业有十余家,总生产能力600辆,主要集中在中联重工三一重工、辽宁海诺、安徽星马、上海普斯特5个企业,产量占全行业的95%泵车的型号也有多种,泵送高度从20多米到50多米,国内目前生产的注浆泵车多集中在37m以下“我国虽然起步较晚,但发展相当迅速,借鉴欧洲技术自主开发”目前国内占主导地位的泵送液压系统有3种,一种是主要由三一重工所采用全液压液控换向系统;第二种是采用电信号换向,主要为中联重科采用；第三种是主要用在泵车上的闭式系统,换向冲击小,但成本比较高。

1.3液压支架概述

　　　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，保证工作人员的安全和各项作业的正常进行，必须对顶板进行支护。而用于煤矿回采工作面的支护设备，经历了木支柱，金属磨擦支柱，单体液压支柱，液压支架等几个发展阶段。目前使用较多的则是液压支架。