液压支架终毕业设计论文.doc

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 液压支架终毕业设计论文 目录 摘要摘要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 目录目录 1 1 1 1 绪绪 论论 1 1 1 1 前言 1 1 2 本课题的研究目的和意义 2 2 2 液压支架基本理论分析液压支架基本理论分析 4 4 2 1 液压支架的工作原理 4 2 1 1 支架推移 4 2 1 2 支架升降 5 2 1 3 支架承载过程 5 2 2 液压支架的类型和结构 7 2 2 1 掩护式支架 7 2 2 2 支撑式支架 8 2 2 3 支撑掩护式支架 8 2 2 4 特种液压支架 9 2 3 对液压支架的基本要求 9 2 4 支架的选型设计 10 2 4 1 设计的原始条件 10 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 2 4 2 支架的支护性能与外载荷 10 2 4 3 影响架型选择的因素 11 2 4 4 支架架型的确定 12 3 3 液压支架的整体结构设计液压支架的整体结构设计 1 14 4 3 1 支架高度 中心距的确定 14 3 1 1 支架高度 14 3 1 2 支架伸缩比 14 3 1 3 支架间距 14 3 2 底座长度的确定 15 3 2 1 底座长度 15 3 2 2 底座宽度 15 4 4 支架主要部件的设计支架主要部件的设计 1 16 6 4 1 支架主要部件的设计要求 16 4 2 底座的设计 17 4 2 1 液压支架的底座 17 4 2 2 底座接触比压 17 4 3 千斤顶技术参数的确定 18 4 3 1 推移千斤顶 18 5 5 支架受力分析与计算支架受力分析与计算 2 20 0 5 1 支架工作状态 20 5 1 1 顶板状态 20 5 1 2 支架工作状态 20 5 1 3 支架受力 21 5 2 受力计算 21 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 6 6 液压系统设计液压系统设计 2 25 5 6 1 液压支架的液压系统特点 25 6 2 液压系统的设计方法 26 6 3 千斤顶系统 26 6 3 1 推移千斤顶系统 27 6 4 乳化液泵站系统 28 6 4 1 乳化液泵站 28 6 4 2 泵站液压系统 29 6 4 3 乳化液泵站的元部件 32 7 7 技术经济分析技术经济分析 3 35 5 8 8 结论结论 3 36 6 致谢致谢 3 37 7 参参 考考 文文 献献 3 38 8 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 1 绪 论 1 1 前言 时光如梭 四年大学学习生活马上就要结束 毕业设计是对我们四 年大学生活的一个总结 它要求我们应用所掌握的基本理论和专业知识 去解决现实中的一些问题 是实现学与用 理论实践相结合的重要环节 进而提高我们各方面的能力 如 收集加工各种信息的能力 发现问题 的能力 独立分析和解决实际问题的能力 获取新知识的能力以及创新 意识和严肃认真的科学作风 综合运用所学知识和技能的能力 为了更好的完成本次毕业设计 毕业设计工作展开前夕我们进行了 毕业实习 我们先后参观了焦作重型机器制造有限公司 焦作工学院机 械厂 华科液压机械制造有限公司 通过在以上工厂的实习 我们在对 液压支架理论认识的基础上又增加了很多感性认识 重点了解了液压支 架的基本结构和基本工作原理 从而为顺利完成毕业设计奠定了坚实的 基础 我毕业设计的课题是液压支架底座及千斤顶的设计 液压支架是一 种复杂的煤矿机械 它与滚筒采煤机 刮板输送机 装 转 载机和乳化 液泵站等配套使用 实现采煤综合机械化 在回采工程中 为了防止顶板 早落 维持一个不定期的工作空间 保证工人安全和各种作业的正常工作 必 须对顶板进行支护 而液压支架能够可靠有效地支撑和控制 这次设计 主要是对其底座重点设计 包括一些常规性的强度刚度及稳定性的设计 从而达到初步具备设计液压支架重要部件的基本能力 为以后的设计或 选用液压支架奠定一定的基础 回顾四年以来的学习生活 毕业在即 我希望通过自己的努力设计 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 出一份合格的作品 为自己四年的大学学习画上一个完满的句号 1 2 本课题的研究目的和意义 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 为了满足对煤炭增长的日益需要 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 由于采煤工作面的底顶板 条件 煤层厚度 煤层的物理机械性质等的不同 对液压支架的要求也 不同 为了有效的支护和控制顶板 必须设计出不同类型和不同结构尺 寸的液压支架 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很大的 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 通过对液压支架的理论学习 完成液压支架的设计工作 加深对液 压支架工作原理 工作性能 工作环境及其结构的认识和了解 通过对 液压支架结构的分析 加深和巩固机械原理的相关内容 通过对液压支 架受力的分析和强度的校核 加深对专业基础课理论力学和材料力学及 专业课机械设计相关内容的巩固和理解 同样通过对液压支架的设计 能够更好的认识国内外液压支架的发展趋势和发现目前煤矿液压支架主 要存在的问题 从而为以后更深认的了解和设计液压支架打下良好的基 础 通过自己独立地完成指定的课程设计任务 提高理论联系实际 分 析问题和解决问题的能力 学会查阅参考书和工具书的方法 提高编写 技术文件的能力 进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练 为毕 业后成为一名出色的机械工程师打好基础 现代社会对人才提出了更高的要求 作为一名当代大学毕业生 不仅打好坚实的专业知识 还应具备工程技术人才应有的综合素质 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 为了适应这一发展趋势 我们应立足变传统的 僵化的 单纯的毕业 设计为培养主动学习 提高创新能力 树立团结协作精神 强化计算 机运用等多维兼容性毕业设计 同时通过完成毕业设计 锻炼学生解决 实际工程问题的能力 在整个毕业设计的过程中 以我们的主动学习 为主 教师适时指导为辅 将素质教育也毕业设计教学相融合 从根 本上提高毕业设计的质量和水平 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 2 液压支架基本理论分析 2 1 液压支架的工作原理 液压支架在工作过程中 不仅要可靠的支撑顶板 维护一定的安全 工作空间 而且要随工作面的推进 进行移架和推移输送机 因此 支 架要实现升 降 推 移四个基本动作 这些动作是利用泵站供给的高 压液体 通过工作面性质不同的几个液压缸来完成的 如图 2 1 所示 图 2 1 液压支架工作原理 1 顶梁 2 立柱 3 推移千斤顶 4 安全阀 5 单向筏 6 7 操纵阀 2 1 1 支架推移 支架的前移和推移输送机是通过操纵阀和推移千斤顶 3 来进行的 移架时 先使支架卸载下降 再把操纵阀置于移架位置 从乳化液泵站 来的高压液体进入推移千斤顶的前腔即活塞杆腔 后腔即活塞腔回液 这时 支架以输送机为支点前移 移架结束后 再把支架升起 使支架 撑紧顶板 若将操纵阀置于推溜位置 高压液体进入推移千斤顶后腔即 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 5 活塞腔 前腔即活塞杆腔回液 这时输送机以支架为支点被推向煤壁 2 1 2 支架升降 当操作阀处于升柱位置时 从乳化液泵站来得高压液体通过操纵阀 液控单向阀 5 进入立柱 2 的下腔 立柱上腔回液 支架升起 并撑紧顶 板 当操纵阀处于降柱位置时 工作液体进入立柱的上腔 同时打开液 控单向阀 立柱下腔回液 支架下降 2 1 3 支架承载过程 支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程 它包括 初撑 承载增阻和恒阻三个阶段 1 初撑阶段 在升架过程中 当支架的顶梁接触顶板 直到立柱下腔的液体压力 逐渐上升到泵站工作压力时 停止供液 液控单向阀 6 立即关闭 这一 过程为支架的初撑阶段 此时支架对顶板的支撑力为初撑力 2 承载增阻阶段 支架初撑结束后 随着顶板的下沉 立柱下腔的液体压力逐渐升高 支架对顶板的支撑力也随之增大 呈现增阻状态 这一过程为支架的承 载增阻阶段 3 恒阻阶段 随着顶板压力的进一步增加 立柱下腔的液体压力越来越高 当升 高到安全阀 5 的调定压力时 安全阀打开溢流 立柱下缩 液体压力随 之降低 当降到安全阀的调定压力时 安全阀关闭 随着顶板的继续下 沉 安全阀重复这一过程 由于安全阀的作用 支架的支撑力维持在某 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 6 一恒定数值上 这是支架的恒阻阶段 此时 支架对顶板的支撑力成为 工作阻力 它是由支架安全阀的调定压力决定的 对于掩护式和支撑掩 护式支架 其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素 图 2 2 支架的工作特性曲线 由上可知 支架工作时 其支撑力与时间的关系 可用支架工作特 性曲线表示 如图 所示 曲线上的 分别表示支架的初撑 增 0 t 1 t 3 t 阻 和恒阻阶段的时间 上述工作过程表明 支架在达到额定工作阻力以前具有增阻性 以 保证支架对顶板有效的支撑作用 当支架达到额定工作阻力以后 支架 能随顶板的下沉而下缩 即具有可缩性和恒阻性 支架的工作特性决定 于立柱 液控单向阀 安全阀和操纵阀的性能和密封的好坏 所以这些 元件是支架的关键液压元件 通常液控单向阀和安全阀组合在一起 称为控制阀 支架的工作阻 力是支架的一个重要参数 它表示支架支撑力的大小 但是 由于支架 的顶梁长短和间距大小不同 所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能 力 因此 通常单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小 即支 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7 护强度来表示支架的支护性能 即 式 2 1 F P q 3 10 MPa 式中 支架的支护面积 F 2 m 2 2 液压支架的类型和结构 液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点的不同 分为支撑式 掩护式和支撑掩护式三种基本架型 2 2 1 掩护式支架 掩护式支架的结构特点是 有一个较宽的掩护梁以挡住采空区的矸 石进入作业空间 其掩护梁的上端与顶梁铰接 下端通过前后连杆与底 座连接 底座 前后连杆和掩护梁形成四连杆机构 以保持稳定的梁端 距和承受水平推力 立柱的支撑力间接作用于顶梁或直接作用于顶梁上 掩护式支架的立柱较少 除少数掩护式支架 1 根立柱外 一般都是一排 2 根立柱 这种支架的立柱都为倾斜布置 以增加支架的调高范围 支 架的两侧有活动侧护板 可以把架间密封 通常顶梁较短 一般为 3 0mm 左右 掩护式支架的支护性能是 支撑力较小 切顶性能差 但由于顶梁 短 支撑力集中在靠近煤壁的顶板上 所以支护强度较大 且均匀 掩 护性好 能承受较大的水平推力 对顶板反复支撑的次数少 能带压移 架 但由于顶梁短 立柱倾斜布置 故作业空间和通风断面小 由上可知 掩护式支架适用于顶板不稳定和中等稳定 老顶周期来 压不明显 瓦斯含量少的破碎顶板条件 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 2 2 2 支撑式支架 支撑式支架是出现最早的一种架型 按其结构和动作方式的不同 支撑式支架又分为垛式支架和节式支架两种结构型式 垛式支架每架为 一整体 与输送机联接并互为支点整体前移 节式支架由 2 3 个框节 组成 移架时 各节之间互为支点交替前移 输送机用与支架相连的推 移千斤顶推移 节式支架由于稳定性差 现已基本淘汰 支撑式支架的结构特点是 顶梁较长 其长度多在 4左右 而且m 立柱多 一般 4 6 根 且垂直支撑 支架后部设复位装置和挡矸装置 以平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内 支撑式支架的支护 性能是 支撑力大 且作用点在支架后部 故切顶性能好 对顶板重复 支撑的次数多 容易把本来完整的顶板压碎 抗水平载荷的能力差 稳 定性差 护矸能力差 矸石易窜入工作空间 支架的工作空间和通风断 面大 由上可知 支撑式支架适用于直接顶稳定 老顶有明显或强烈周期 来压 且水平力小的条件 2 2 3 支撑掩护式支架 支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上 发展起来的一种支架 因此 它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和 性能 可适用于各种顶底板条件 支撑掩护式支架的顶梁由前梁与主梁构成 四根立柱支撑在顶梁和 立柱之间 掩护梁的上端与顶梁铰接 下端用连杆与底座相连 这种支 架的优点是 支撑力大 切顶性能强 防护性能好 通风断面大 稳定 性好 应用范围广 它的主要缺点是 结构复杂 成本较高 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 支撑掩护式支架的立柱均为两排 立柱可前倾和后倾 也可倒八字 形布置和交叉布置 通常 两排立柱都直接支撑在顶梁上 个别情况下 也有后排立柱支撑在掩护梁上而前排立柱支撑在顶梁上 2 2 4 特种液压支架 特种液压支架是为满足某些特殊要求而发展起来的液压支架 在结 构型式仍属于上述某种基本架型 2 3 对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 以便有效地控制顶板 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左右 kN 移架力按煤层厚度而定 薄煤层一般为 100kN 150kN 中厚煤层一 般为 150kN 250kN 厚煤层一般为 250kN 400kN 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 稀释有毒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植 9 要求支架有足够的刚度 能够承受一定的不均匀载荷和冲击载荷 10 在满足强度条件下 尽可能减轻支架重量 11 要易于拆卸 结构要简单 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 12 液压元件要可靠 2 4 支架的选型设计 2 4 1 设计的原始条件 顶设条件老顶 II 级 直接顶 1 类 底板接触比压 0 9 MPa 工作 阻力 1600KN 推溜力 100KN 移架力 200KN 泵站压力 32MP 液压支架 型号 ZFS1600 16 24 工作面配套设备 采煤机 刮板输送170 3 MLS 机 SGZ W 764 400 煤层倾斜角小于 15 度 2 4 2 支架的支护性能与外载荷 由液压支架的工作状态知 支架承受的外载荷是顶板下沉形成的 在顶板下沉过程中 支架的顶梁与顶板有相对滑动的现象 支架不仅受 有垂直于顶梁的力 还受有平行于顶梁的摩擦力 垂直于顶梁的力由支 架的工作阻力来平衡 在支架承载过程中 支架底座承受工作面底板反 作用力 为了设计计算方便 要对支架的外载荷和支架本身进行简化 概述 如下 把支架简化成一个平面杆系结构 为偏于安全 在计算时把外载荷 视为集中载荷 金属结构件按直梁理论计算 顶梁 底座与顶底板被认 为均匀接触 载荷沿支架长度方向按线性规律分布 沿支架宽度方向为 均布 通过分析和计算可知 掩护梁上矸石的作用力 只能使支架实际 支护阻力降低所以 在进行强度计算时不计 使掩护梁偏于安全 立柱 和短柱按最大工作阻力计算 产生作用在顶梁上的水平力的情况有两种 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 是由于支架让压回缩 顶梁前端点运动轨迹为近似双纽线 顶梁与顶 板间产生相对位移 顶板给予顶梁水平摩擦力 另一种是由于顶柜向采 空区方向移动 使支架顶梁受一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 15 0 3 按不同支护高度时各部件最大受力值进行强度校核 2 4 3 影响架型选择的因素 1 煤层倾角 煤层倾角主要影响支架的稳定性 倾角大时易发生倾倒 下滑象 当煤层倾角大于 10 15 时 应设防滑和调架装置 当倾角超过 18 时 应同时具有防滑防倒装置 2 煤层厚度 煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力 而且还影响到支 架的稳定性 当煤层厚度大于 2 5 2 8m 软煤取下限 硬煤取上限 时 应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架 当 煤层厚度变化较大时 应选用调高范围大的支架 3 底板性质 底板承受支架的全部载荷 对支架的底板影响较大 底板的软硬和 平整性 基本上决定了支架底座的结构和支承面积 选型时 要验算底 座对底板的接触比压 其值要小于底板的允许比压 对于砂岩底板 允 许比压为 1 96 2 16MPa 软底板为 0 98MPa 左右 4 瓦斯涌出量 对于瓦斯涌出量大的工作面 支架的通风断面应满足通风的要求 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 选型时要进行验算 5 设备成本 在满足要求的前提下 应选用价格便宜的支架 6 地质构造 地质构造十分复杂 煤层厚度变化又较大 顶板允许暴露面积和时 间分别在 5 8和 20min 以下时 暂不宜采用液压支架 2 m 2 4 4 支架架型的确定 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 由于直接顶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 采煤高度与承载的关系进行分析 使支架的支撑力能适应顶板 载荷的要求 煤质条件老顶 II 级 直接顶 1 类 底板平整 无影响支架通过的 断层 根据表 2 1 初步选定为掩护式两柱液压支架 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 表 2 1 支架架型的选择 注 括号内的数字是掩护式支架的支护强度 表中所列支护强度在选用时 可 根据本矿情况允许有 的波动范围 5 表中 1 3 1 6 2 分别为 级老顶的分级增压系数 级老顶给 出最低值 2 选用时可根据本矿实际确定适宜值 老顶级别 直接顶类别 12312312344 支撑式 采高小 于 2 5m 时 支架类型 掩 护 式 掩 护 式 支 撑 式 掩 护 式 掩 护 或 支 撑 掩 护 式 支 撑 式 支 撑 掩 护 式 支 撑 掩 护 式 掩 护 或 支 撑 掩 护 式 掩 护 或 支 撑 掩 护 式 支撑掩 护式 采高大 于 2 5m 时 10 2941 30 294 1 60 294 20 249 2 0 343 0 245 1 30 343 0 245 1 60 343 20 343 3 0 441 0 343 1 30 441 0 343 1 60 441 20 441 支架 支护 强度 MPa 采 高 m 4 0 539 0 441 1 30 539 0 441 1 60 539 20 539 应结合 深孔爆 破 软 化顶板 等措施 处理采 空区 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 3 液压支架的整体结构设计 3 1 支架高度 中心距的确定 3 1 1 支架高度 其最大与最小高度为 Hm 2400mm 支架最大高度 Hn 1600mm 支架最小高度 3 1 2 支架伸缩比 支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值为 式 n m H H m 3 代入数据得 m 1 5 3 1 3 支架间距 所谓支架间距 就是相邻两支架中心线间的距离 按下式计算 式 3 3cm bBn C 式中 支架间距 支架中心距 c b 每架支架顶梁总长度 m B 相邻支架 或框架 顶梁之间的间隙 3 C 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 n 每架所包含的组架的组数或框架数 整体自移式支架 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 c b 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 长度及帮槽上千斤顶连结块的位置来确定 我国刮板输送机溜槽每节长 度为 1 5m 千斤顶连结块位置在溜槽中长的中间 所以除节式和迈步式 支架外 支架间距一般为 1 5m 本次设计取支架的中心距为 1 5m 3 2 底座长度的确定 3 2 1 底座长度 底座是将板压力传递到底板和稳固支架的部件 在设计支架的底座 长度时 应考虑如下诸方面 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 液压控制控制装置 推移装置和其他辅助 装置 使于人员操作相行走 保证支架的稳定性等 通常 掩护式支架 的底座长度职 3 5 倍的移架步距 一个移架步距为 0 65m 即 2 275m 左右 支撑掩护式支架的底座长度取 4 倍移架步距 即 2 6m 左右 本 次设计取底座长 2 5m 3 2 2 底座宽度 支架底座宽度一般为 1 1 1 2m 为提高横向稳定性和减小对底板 比压 厚煤层支架可加大到 1 3m 左右 放顶煤支架为 1 3 1 4m 底 座中间安装推移装置的槽子宽度与推移装置的结构和千斤顶缸径有关 一般为 300 380mm 宽度取 1430mm 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 4 支架主要部件的设计 4 1 支架主要部件的设计要求 各部件设计要求要满足总体配套的要求 就是应满足采煤机 双输 送机和支架配套的空间要求 各部件设计的基本要求 1 四连杆机构应进行优化设计 使支架梁端距变化小 支架受 力状态最佳 结构上既满足工作空间要求 又能承受足够的纵向 横向 力及扭矩 2 前梁由前梁千斤顶控制 可上下摆动 15 与顶板保持良好 的接触 维护机道上方顶板 挑梁是和前梁铰接的可翻转支护板 由防 片帮千斤顶控制 可及时支护 并超过水平线上挑 3 5 拉架时 收回 还可在移架后支护煤壁 以防止片帮 3 顶梁 顶梁是支架主要承受顶板压力的部件 并起切顶作用 它可多次反复支撑顶煤 以利于放煤 顶梁装有侧护板 活动侧装有千 斤顶和弹簧 防止架间漏煤 矸及调节支架间距 4 掩护梁受扭力和横向载荷力大 是十分重要的部件 5 底座 底座是将支架承受的顶板压力和侧向力传至底板 它 既要有足够的强度和刚度 又应满足底板比压不超限 保证支架整体稳 定性的关键是在底座上铰接四连杆机构 在底座中间设置有推移装置 侧面设置拉后输送机的千斤顶和推移杆 6 推移装置 此机构关系到支架能否正常推移 由千斤顶和推 移杆组成 推移杆结构有长推杆或是由两部分短推移杆组成 7 液压控制系统及立柱 千斤顶 液压系统由各液压件 管路 系统组成 它应保证立柱 千斤顶完成支架要求的各种性能 并达到设 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 计技术参数 4 2 底座的设计 4 2 1 液压支架的底座 图 4 2 四连杆机构的底座 底座为整体式刚性底座 四连杆机构铰接在底座前部 有的铰接在 中部或后部 有两个球面柱窝与立柱缸底相连 底座中间布置有推移 装置 侧面有拉后输送机千斤顶固定耳座 该底座整体性强 稳定性好 与底板接触面积大 比压小 由于四连杆机构在中部连接 使底座受力 状态不好 上连杆与底座的铰接座为两突出的内主筋形成的箱体结构 应合理设计 使突变过渡处强度足够 呈圆弧状过渡 以免损坏 4 2 2 底座接触比压 顶板对支架的巨大载荷有整台支架传到底板 在支架底座与底板接 触处将具有一定的比压 由于底板岩性不同 含水量不同等因素 使底 板具有不同的抗压强度 则在设计支架时 应验算底板的比压 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 式 4 9 bL p q A j 则平均接触比压为 式 4 10 59 0 21001300 101600 3 j q 式中 平均接触比压 j q 支架工作阻力 A p B 底座与底板的接触宽度 L 底座与底板的接触长度 结论 该底座比压在允许范围内 4 3 千斤顶技术参数的确定 4 3 1 推移千斤顶 推移千斤顶选用框架推移方式 则其缸体内径为 mm 式 4 12 b t P F D 移 4 式中 推移千斤顶的移架力 200kN 移 F 200 kN 代入公式得推移千斤顶缸体内径为 移 F 100 95mm 2514 3 2000004 t D 由以上计算出来的推移千斤顶的缸体内径 按煤矿支护手册 ISBN 7 5020 0694 X TD 639 表 4 3 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 表 4 3 普通千斤顶主要技术特征 额定承载能力连接尺寸规格 缸径 柱 径 代号推力拉力工作 压力 杆头 孔径 缸底适用范围 140 85 Q140 85N Q140 85W 4853064242 125 70 Q125 70W 3862653434 100 70Q100 70W245158 用于液压支架推 移千斤顶 平衡 千斤顶伸缩梁千 斤顶等 80 45Q80 45W158108 3232 63 45Q63 45W9848 31 5 2121 用于伸缩梁 护 帮 侧护板推移 复位等千斤顶 经查表 选用标准缸径为 100mm 推移千斤顶的行程与推移步距有关 当推移步距为 600mm 时 推移 千斤顶的行程为 700 750mm 按液压缸行程系列表选用 700mm 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 5 支架受力分析与计算 5 1 支架工作状态 5 1 1 顶板状态 在采煤工作面中 当煤被采出后 就会出现一定的空间 由于受上 部岩层压力 出现离层和裂隙 如果不及时支护 顶板就要冒落 不支 护的时间越长 危险就越大 而顶板冒落是有一定过程的 一般可分为 三个阶段 开始顶板处于无压状态 此时顶板较完整 而且没有下沉 称为无压状态 但经一定时间后 顶板就会下沉 通常称为老顶来压 此时顶板并不破裂 而且这种下沉带有一定的周期性 所以称为老顶周 期来压状态 如果不及时支护 顶板就会破裂而冒落 此时叫冒落状态 5 1 2 支架工作状态 支架在这三种状态下是这样工作的 开始支架以初撑力支撑顶板 此时为无压状态 当周期来压时 顶板下沉 使立柱下腔压力增大 当 增大到大于安全阀调正压力时 安全阀被打开 使立柱下腔压力下降 称为立柱让压状态 使支架以工作阻力支护顶板 如果继续来压 就要 不断让压 所以立柱要有一定的向下行程 如没有向下行程 称为压死 状态 这是在设计和使用中必须注意避免的现象 当支架前移后 此时 顶板处于无支护状态 顶板就要冒落 这就是液压支架在工作过程中的 三种状态 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 21 5 1 3 支架受力 支架在工作面受力是由于顶板下沉 同时又有向采空区移动的趋势 使顶梁受合力和底座受底板反力 其中顶板合力的垂直分力 由支架F 工作阻力来克服 所以在计算支架的工作载荷时按支架的工作阻力来F 确定 5 2 受力计算 该支架整体受力如图 5 1 所示 图中和为已知 需求 t P 8 P 1 F 及作用点位置 1 F 图 5 1 铰接式顶梁支架受力 首先取顶梁为分离体 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 22 图 5 2 顶梁分离体受力 各力对点取矩 可写出作用点的位置的表达式 a 1 Fx 1 111212111728228 sin cos cossin F WhFhhPLLPhhPLP x tt 式 5 1 再取顶梁和掩护梁为分离体 如图 5 3 所示 对点取矩 可求得的表达式 将此式与上式联O 1 F 立 解出如下 1 F WhLx hhPLLPhhPLLLp F tt 3 183282321 56cos 56sin 15sin 15cos 1 式 5 2 再把此式代回上式 可解出 x 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 23 F1 F1W h2 Pt L3 h6 P5 P6 a x h1 o L1 L2 a1 图 5 3 顶梁和掩护梁分离体 所以 在验算顶梁强度时 按平衡千斤顶受拉且 0 3 时进行计W 算 若这个条件强度计算能满足 其他条件都能满足 将 1600 kN t P 8 P 158kN 0 15 15 56 253mm 921mm 280 W 1 2 2 l 3 l 1 h 230 325mm 代入公式得为 2 h 7 h 1 F 代入数据算得 1426kN 1 F 将值代入公式得作用点的位置为 1 F 1 Fx 706mmx 再取掩护梁为分离体如图 5 4 所示 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 24 图 5 4 掩护梁分离体 由顶梁分离体写出力系平衡方程 再由此解出顶梁与掩护梁铰点的 内力 式 5 3 WFPPx ta1281 cossin 式 5 4 1281 sincosFPPy ta 从这两式中可以看出平衡千斤顶受推力时 有最大值 掩护梁受力 最大 前后连杆受力也最大 所以 演算掩护梁和前后连杆强度时 用 这种情况进行 计算得416kN 15 0 142656cos38615sin1600 a x 439kN 142656sin38615cos1600 a y 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 25 6 液压系统设计 6 1 液压支架的液压系统特点 液压支架由不同数量的立柱合千斤顶组成 采用不同的操纵阀以实 现升柱 降柱 移架 推溜等功作 虽然支架的液压缸 立柱和千斤顶 种类 数量很多 但其液压系统都采用多执行元件的并联系统 液压支架的液压传动 与其它机械的容积式液压传动有很大的区别 其特点加下 工作液的压力高 管路内的压力达 20 40MPa 立柱内的压力达 30 70MPa 流量大 35 140l min 在液压系统种 采用粘度低和容 量大的液体作为工作介质 液压缸 操纵阀 其它调节和控制装置等总 的数量大 高压泵 1 6 台 液压缸 300 1500 个 安全阀 150 300 个 还有同样数量的液控单向阀 泵 液压缸传动系统的换算弹性模数较低 根据支架的数目改变液 流的参数 所有支架在结构上都有着相同的液压缸 液压装置以及它们 之间都有相同的连接方式 相同的液压系统 每节支架都重复着相同的 工序 这些工序的总和构成液压支架的基本工序 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 这些特点体现了液压传动元件以及整个系统在结构上的特点 即 液压支架是以单节支架为单元的 这就决定了液压系统的构成 即工作 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 此外 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独立的功能 在改善液压传动或者制定新的方 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 26 案时 一般都可以单独地加以研究 6 2 液压系统的设计方法 根据液压系统的架型和结构设计 确定立柱和千斤顶数目 并拟定 液压系统 带压移架回路如图 6 1 所示 在立柱控制阀前面装设一个由移架液 路控制的支撑保持阀和一个与立柱活塞杆腔液路相通的截流阀 可时支 架带压移架 设计时应考虑在移架时 支架对顶板的支撑力应大于 10KN m 2 图 6 1 带压移架回路 1 输送机 2 支架 3 推移千斤顶 4 立柱 5 安全阀 6 液控单向阀 7 制成保持阀 8 节流阀 6 3 千斤顶系统 千斤顶系统包括前梁 平衡 侧推 推移 护帮 防倒 防滑和调 架千斤顶 这类千斤顶控制系统一般由油缸上加一些必要的液压阀构成 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 27 常用的千斤顶控制回路有如下形式 6 3 1 推移千斤顶系统 推移千斤顶系统如下图所示 a 为单向锁紧回路 b 为差动回路 c 为千斤顶定压回路 用于辅助移架千斤顶的推力限制在一定范围 在该 千斤顶的活塞腔一侧液路上增设一个定压开关阀 当操纵操纵阀时 压 力液经分流阀后分成两路 一路去推移千斤顶 另一路经定压开关阀去 辅助移架千斤顶 当液压力超过定压关闭阀的调整压力时 该阀关闭 切断液路 保证辅助移架千斤顶的推力不超过调定值 根据支架的工作原理 做出液压系统如下图 6 5 所示 图 6 5 液压系统图 1 立柱 2 推移千斤顶 3 护帮千斤顶 4 前梁千斤顶 5 平衡千斤顶 6 顶梁侧推千斤顶 7 掩护梁侧推千斤顶 8 后连杆侧推千斤顶 9 调整千斤顶 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 28 6 4 乳化液泵站系统 6 4 1 乳化液泵站 乳化液泵站是采煤工作面文护设备及推移装置的动力源 主要由乳 化液泵组 乳化液箔组组成 还包括必要的控制 保护 监视等元件及 联接管路 泵站的布设分为固定式和移动式两种 供液的方式为单一工作面供 掖和集中对多个工作面供液 表 6 1 泵站供液方式 方式布设地点与配置供给地点与输送 集中 供液 在采区或矿井硐室中 配置多台泵组和大 容量液箱 通过大管径金属管道向 去全采区或矿井的各个 采煤工作面供液 固定 式泵 站单一 供液 在工作面顺槽端部硐室内 配两台泵组和 一台乳化液箱组 通过大管径硬管或高压 软管向本工作面供液 移动 式泵 站 单一 供液 在距采煤面 30 50m 的顺槽内布设两台泵 组 一台箱组 随工作面的推进而移动 也可安装于动力列车上 通过高压软管于工作面 主供液管连接供液 泵站主要多数应满足采煤工作面供液需要 同时要有合理的管路和 阀类配套 泵站公称压力取决于立柱初撑压力和杏千斤顶的 t 作压力 在此基 础上考虑一定的富裕系数 以补偿系统沿程的压力损失 泵站的液箱容积应能保证系统正常循环时液体的充分沉淀和排气 洒温不要超出 0 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 29 能容纳由于顶板下沉等原因回流的液体 一胜液箱容积不少于泵公称流 量的 6 倍 为了验证泵站系统组配的合理性 可用液压支架液压系统优化程序 进行检验 6 4 2 泵站液压系统 乳化液泵站系统应符合以下基本要求 1 系统及其元件应能满足工作面支护设备和推移设备的要求 2 控制系统中 应配有各自独立的两台泵组 3 应有完善的过滤装置及磁过滤 4 必须有两级压刀保护装置 固定泵站应有失压保护 5 应设有压力指示 6 应有消除系统脉动和补能的蓄能器 由于工作面支架的立柱和千斤顶所需要的压力不同 就需要泵站共 给不同的压力液 一般情况下 立柱要达到较高的初撑力 就需要高压 液 要求推力较小的千斤顶 例如侧推千斤顶等就要较低的压力液 由 此 本次设计选用高压 低压泵液压系统 工作面同时需要高压和低压 时 可以设置一套高压泵 一套低压泵 组成整套乳化液泵站 其原理 系统图表示如图 6 6 示 高低压泵可以用一台电机拖动 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 30 图 6 6 泵站液压系统 1 低压蓄能器 2 低压单向阀 3 低压卸载阀 4 低压手动卸载阀 5 低压安全阀 6 油箱 7 低压泵 8 高压泵 9 高压安全阀 10 高压手动卸载阀 11 高压卸载阀 12 高压单向阀 13 高压蓄能器 1 乳化液泵 乳化液泵与电动机 机架等组成乳化液泵组 作为一个泵站组件 工作原理 机械化采煤工作面一般采用卧式三往塞往复式乳化液泵 它是由电动机驱动 将曲轴的转动经连杆 块沿机构带动柱塞作往复直 线运动 其工作原理如图 6 7 所示 当柱塞左行时 缸体腔容积增大形 成真空 液箱里的乳化液在大气压力下经吸液阀被吸入缸体 此时排液 阀在排液管内液压下关闭 当柱塞右行时 缸体腔逐渐缩小 液体受 压 推开排液阀 关闭吸液阀 将乳化液注入排液管路输入系统 柱塞 往复一次完成一个吸 排液循环 其排液量呈正弦规律变化 由于三个 柱塞运动互呈 120 度的相位角 泵的连续流量为三个柱塞排量总和 其 流量压力脉动为三条正弦曲线的叠加 如图 6 8 所示 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 31 图 6 7 乳化液泵工作原理 图 6 8 乳化液泵压力 流量脉动线 2 乳化液箱 乳化液箱是泵站系统中贮存 回收和过滤工作液的装置 具有较完 善的过滤系统和监控系统 有些还配有自动卸载阀 减压阀 蓄能器等 元部件 由液箱及装在其上的元件和连接胶管组成乳化液箱组 一般单 一供液的工作面泵站系统配一台液箱组和两台泵组 在必要时增设辅助 液箱组 乳化液箱的结构大体分为四个部分 1 沉淀室 2 过滤室 3 工作室 4 控制室 系统液流的循环如图 6 9 所示 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 32 新配制的乳化液 支架用液 支架供液 支架回液 乳化液泵 沉淀室去泡沫隔板磁性过滤器 吸液断路器工作室过滤网槽 卸载阀回液 图 6 9 乳化液循环方框图 6 4 3 乳化液泵站的元部件 1 过露装置 液箱的过滤装置包括吸液过滤器 装于吸液断路器上 过滤网槽 磁过滤器及高压过滤 2 自动即截阀 该阀是泵站的压力控制和过载保护元件 正常工作时泵排出的液体 流经卸载阀的单向阀进入供液系统 在系统异常或工作面不需供液 系 统压力超过卸载阀调定压力最高值并控制液流使卸载阀口自动打开 泵 排出的液体流回乳化液箱 使泵处于空载循环远行 在系统压力低于卸 载阀调它的恢复压力值时 卸载阀自动关闭 使泵恢复正常循环供液 自动卸载阀往往还联通一个手动卸载阀组成卸载阀组可以起三个作 用 1 保证泵组在排供液时 进入低压或空载运行 节省能量消耗 延长泵站使用寿命 2 在系统出现异常 压力超调时 起卸载保护作用 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 33 3 当起动时打开手动卸载阀 可零压起动 因此卸载阀在系统 中是一重要元件 并且呈频繁动作状态 要求性能稳定 可靠 卸载阀 的频繁动作给系统带来振动和冲击 一般应装于泵组上 与泵出口直接 连接 并配以较大的系统蓄能器 3 泵用安全阀 泵用安全阀是乳化浓泵的过载保护装置 安装于泵的高压排液口 当高压管路意外堵塞或系统自动卸载阀失灵时 泵压升高超道安全阀的 弹簧调定压力时 使安全阀开启 释放出高压液体 使泵卸载 4 减压阀 为满足两种或两种以上的工作面支护设备所需要的工作压力 采用 系统减压阀 使泵排出的高压液降到所需要的工作压力 同时供给使用 减压阀主要由主阀 调节装置及安全阀三部分组成 主阀通过间隙节流 产生压降 成为减压部分 调节装置是靠弹簧或蓄能器及调节活塞来调 定二次压力 并保持其压力稳定 安全阀起二次侧压力过压保护作用 5 自动配液装置 配液装置是混合乳化油与水溶液的装置 主要由阀体 喷嘴 内芯 节流螺杆及浸于乳化液中的断路阀等组成 装于乳化液箱上部 6 蓄能器 泵站系统由于工作介质近似于水 为保证密闭性 选用气囊式蓄能 器 按用途和安装位置分为两类 一类是用以减缓泵的脉动冲击 一般 安装于泵高压出口 容量约 4L 另一类是用以稳定系统压力 补充液 源 减少由于系统泄漏等原因造成泵的频繁工作 容量大 目前有 16L 25L 或 2xl6L 2x25L 一般安装于系统高压入口 即单向阀 交替单向阀之后 蓄能器充气压力应大于 等于系统最大工作压力的 25 或小于 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 34 等于最小工作压力的 90 对于不同泵站系统 一般以卸载阀恢复工 作压力为调定压力