液压支架的总体及液压系统设计【说明书+CAD】
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XX大学 本科毕业设计（论文）中期检查表指导教师： 职称： 所在系部：机械与动力工程学院 教研室： 机械制造系 题 目液压支架总体设计及液压系统设计学生姓名 专业班级 学号 一、选题质量所选的题目与书本学习知识联系紧密,比较贴近生产实际情况，比较有代表性;中批量生产，具有非常大的发挥空间和巧活多样的设计思路，对于本科机设专业的学生来说，题目难度适中; 课题对学生的专业素质要求较高，并且该题目由该同学单独完成，具有较高的工作量;选题完全符合专业培养目标，并属于先进制造工艺的一种,对即将毕业的学生的再学习有较好的指引作用,综合训练的要求也得到充分的体现。二、开题报告完成情况开题报告已经完成。从适合实际工作环境出发，确定了明确的课题设计方向；对液压支架的结构及液压系统的工作过程已经有了一定的认识了解。已经对课题进行了设计、分析，并有了突破性的进展。同时，已完成了对相关资料的查阅，对课题有了总体的分析，开题报告完成质量较高。三、阶段性成果1、本次设计的开题报告已经完成，总体布置方案和主要结构参数已确定，并完成一些标准件的选型及和大多数零部件的设计计算工作。2、部分零件图的绘制已经基本完成，设计说明书已经开始整理。3、英文翻译工作已经基本完成，现在正对一些结构设计进行校核。四、存在主要问题由于专业基础知识学习不够深入，设计经验欠缺，参考资料收集有限，设计主题思路把握不够，简单问题解决不够灵活；另外没有仿真软件的支持，无法确定设计是否有应有的设计效果，并且有较多的专业相关知识的综合运用，所遇需要进一步更多细致耐心的工作。 五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师： （签名） 年 月 日 XX大 学 毕业实习报告 专业（本）：机械设计制造及其自动化 年级班级： 学 号： 姓名： 指导教师： 实习单位： 时间： 目 录前言第一章、毕业实习的目的和任务 1.1、毕业实习目的 1.2、毕业实习任务第二章、毕业实习安排第三章、实习公司概况3.1、企业简介3.2 、企业历史背景第四章、课题背景第五章、实习所见所闻第六章、本次实习的体会第七章、总结 前言 毕业实习是理论与实践相结合的重要方式，是提高学生政治思想水平和动手能力的重要环节。毕业实习是我们机自专业知识结构中不可缺少的组成部分，并作为一个独立的项目列入专业教学计划中的。其目的在于通过实习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面；同时专业实习又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有吃苦耐劳的精神，也是学生接触社会、了解产业状况、了解国情的一个重要途径，逐步实现由学生到社会的转变，培养我们初步担任技术工作的能力、初步了解企业管理的基本方法和技能；体验企业工作的内容和方法。这些实际知识，对我们学习后面的课程乃至以后的工作，都是十分必要的基础。在毕业实习的过程中得到了老师的耐心指导和厂里工程师的亲切讲解,在这里表示感谢。通过毕业实习使我们了解到，真正要做好一件产品，是离不开工程实践的，要理论加实践才能出成果。这也为我们以后工作和学习提供了经验。一、毕业实习的目的和任务毕业实习对我们的毕业设计的关系非常重大，为此，我们首先必须首先要明白：在实习中我们的目的和任务，也就能为毕业设计带来真正而又完美的开幕。1.1、毕业实习目的1、巩固、联系、充实、加深、扩大所学知识基础理论和专业知识。2、提高运用所学知识，解决实际问题的能力。3、敢于创新，并能正确地将独创精神与科学态度相结合。4、初步掌握专业设计工作的流程和方法。5、熟练运用计算机等工具提高工作效率。6、养成严肃认真、刻苦钻研、实事求是的工作作风。1.2、毕业实习任务1、搜集资料毕业实习中的一项重要工作是收集相关资料，我们得充分利用各种渠道、方法和工具（如工具书、工程图、网络、刊物、实际测量、动手实验、工程参观、调查采访等）在资料搜集过程中，应注意做到“有的放矢”，即要根据自己的设计题目，有针对性地选择资料。一般毕业设计的资料可分成以下三类：(1)专业资料：包括专业参考文献、数据图表。这些资料可以从国内外有关刊物会议论文集等获得，也可以从生产单位中取得。(2)工具资料：主要是计算机应用程序等辅助设计用的资料，如绘草图工具等。(3)其它资料：包括研究题目的历史背景、国内外研究现状、法规、论文撰写技巧等方面。我们要注意的是：对于搜集来的资料，并不是每一个数据都可以成为支持设计结果的依据，应本着“去伪存真，弃粗取精”的原则，联系自己所学的知识来挑选有用的信息数据并对其可靠性、相关性进行验证，只有真实相关的信息才能成为最终的设计依据。这需要我们能够进一步熟悉和巩固所学的理论知识。2、参观考察实际工程对于毕业设计题目，我们需要深入工程实际参观考察，在有条件的情况下，还可以亲自参与实际产品的设计与制造工作。进行典型产品工作原理分析、典型产品生产制造工艺流程分析、典型设备工作原理分析，典型外观造型分析，典型专利品特有分析。同时，利用毕业实习时间，虚心向工人师傅学习，了解企业创业发展史，不懂的地方应该大胆的发问，弄清自己的所有疑问，也可以根据有关资料等自我解析。深入工程实际参观考察，我们会发现很多在学校学不到的知识，同时也解决了我们一直困扰的一切疑问。我们也能够明白到理论与实际的差距，在以后的设计中就能够更加联系现实。也为以后自己可能要从事的工作有一个切身的感受，同时也会做好所有的心理准备，到时候就不会手足无措了。3、设计初步方案我们深入工程实际参观考察后，对于自己的毕业设计题目，需要进行原理分析，建立可行的初步方案，建立相应的数学模型，并进行必要的计算与实验。这一项工作是艰巨而繁琐的，需要不断地修正设计结果，重新搜集资料，甚至推翻已建方案。初步方案的造型，是我的一个主要方面，需要从产品的安全性上作巨大的努力；在尺寸上面由人机工程学的角度深入分析确定；在美学角度上，从大众的审美观上进行探索；在外观造型上，改变通有的设计风格，要有大突破，有新意而又能够让大多数人接受和喜欢；在颜色环境上，能够保持协调，让人们看到他就是优美环境的一部分。4、撰写毕业设计开题报告毕业设计开题报告是学校对我们进行毕业设计所做工作的首次考查，旨在了解我们对所选课题的研究情况，了解我们毕业设计的深、广度和真实程度，了解我们查阅的资料、搜集与整理资料、分析与对设计方案研究的情况等。在毕业设计开题报告中，我们主要是归纳所收集的资料，提出完成毕业设计题目的初步方案、设计思路、设计内容以及预期成果。开题报告是我们的首次书面表达出我们的知识，设计和实际能力。包括我们到现在收集资料的情况，对资料的研究情况，对自己设计题目的了解情况，毕业实习对设计题目的影响，真正理论联系实际的能力以及创新设计的能力。通过开题报告，学校就能够提早发现我们的优点和缺点，能够及时地纠正我们的误区和设计思维等。这也是后面完成毕业设计的一个关键步骤，好的开题报告就即将诞生好的毕业设计作品。5、编写毕业实习报告做完上面的工作后，我们就需要及时的编写毕业实习报告。他是对实习工作的全面总结。毕业实习报告应有前言和目录，应有大小标题、层次、致谢、参考文献、附录等。内容应全面反映毕业实习工作，即反映资料搜集情况、工程实际参观考察情况、初步方案设计等。编写实习报告，我们能够重现自己的实习经历，能够重新汇总资料情况。正所谓温故而知新，就会带来我们的设计灵感。认认真真的完成了实习报告后，我们就会对自己的题目有了彻底新的理解，自己即将设计出的产品就会有一个大的轮廓了。后面的实际设计工作就会变得轻松了。二、毕业实习安排实习地点： 三、实习公司概况3.1、企业简介 郑州煤机综机设备有限公司始建于1979年，历经20余年的发展，在2004年6月28日股份制改造的基础上,作为现阶段郑州煤矿机械集团唯一控股的子公司，已经成为国内较大规模专业从事液压支架等煤矿综机设备、配件市场销售及服务的股份制企业，是中国煤炭机械工业协会考察认定的全国煤矿综机设备及配件主要定点生产单位。2008年实现产值8亿元，2009年产值已达9亿余元。综机设备有限公司技术力量雄厚。公司占地面积7万余平方米,厂房及其他建筑面积约3.5万平方米。拥有先进、配套完整的加工设备及雄厚的技术力量，同时作为郑州煤矿机械集团有限责任公司控股的子公司，在产品研发、关键的技术、设备以及铸、锻件、电镀等配套工序方面实现了资源共享，年生产能力已达9亿元。机构设置：下设市场营销、生产、供应、技术、质检、财务、企管、办公室等八个部门，机加工、板件、铆焊、总装、综合（含电镀、热处理、下料三个车间）等五个专业分厂。技术装备与生产能力：公司拥有制造液压支架的各类通用及专用设备600余台（套），主要有：4m、6m多头数控火焰切割机、龙门式数控坡口机、数控机器人坡口机、25mm剪板机、30mm钢板矫平机、315吨单臂压力机、4m8m预热（时效）炉、5m铣边机、6m龙门刨床、多头组合镗床、T612、T690卧式镗床等大型结构件加工设备30余台套，T2120、T2235、T2250A深孔钻镗床、M4130珩磨机、3m大型万能外圆磨床、半自动缸体焊接设备等液压支架立柱、千斤顶制造专用大中型关键设备50余台(套)，数控车床、铣床、钻床、磨床等通用机械加工设备300余台套，二氧化碳气体保护焊机180余台，液压试验台、材料试验机等大型检验检测设备10台套，具有设备齐全、配套完整的液压支架各种立柱、千斤顶（63mm400mm）、液压支架结构件及成套液压支架的加工制造能力，立柱、千斤顶月生产能力达3500余组，铆焊结构件月生产能力达3000余吨，液压支架年生产能力2000余架。主要产品：成套中端液压支架、液压支架等综机设备用各种立柱、千斤顶（63mm400mm）、结构件、液压阀，高压胶管等，并可承接成套液压支架的配套、大修及改造。同时我们积极主动以市场为导向，已开发出适应于地方煤矿中小工作面需求的轻型放顶煤液压支架、轻型薄煤层液压支架、薄煤层切顶支架、巷道掘进支护支架等新产品。其中，薄煤层切顶支架填补了国内同类产品的空白。质量保证体系：严格执行ISO9001质量标准体系。2005年11月,公司通过了“中国检验认证集团质量认证有限公司” ISO9001质量管理体系认证,严格遵循“以人品打造产品,以服务树立形象,追求零缺陷实现持续改进”的质量方针, 竭诚为用户提供优质的产品与服务。管理体系：随着企业的快速发展,企业的各项管理制度已趋完善；现代化的ERP企业资源管理系统在市场营销、产品设计、物资供应、生产管理、质量控制、财务管理、售后服务等部门的全面应用，已初步实现全厂产品设计和生产制造管理的电算化、网络化，为企业的长远发展奠定了坚实的基础。现在，按照郑煤机集团的发展战略部署，集团公司本部主要承担高端支架的生产制造任务，郑州煤机综机设备有限公司主要承担集团公司中端液压支架等设备的成套生产及高端结构件的生产配套，同时还承担郑煤机集团液压支架等成套设备的售后服务及配件生产供应工作。近几年来，经过我们不懈的努力，在液压支架等综机设备的研发、生产和服务中不断创新和发展, 针对市场需求特点，我们建立了一套短、平、快的高效率的生产组织体系，反应迅速、及时周到的售后服务体系，在国内煤机行业树立了良好的信誉。我们将以优质的产品、快捷的交货期、良好的售后服务回报广大用户多年来对我公司的厚爱。特别值得我们自豪的是，2007年5月1日，胡锦涛总书记到郑煤机进行视察，并作了三点重要指示：一、你们无论在国内、国际市场综采设备做的都非常成功，但还不能满足，让郑煤机的产品具有国际竞争力；二、一流的产品，一流的效益，还要创出世界名牌；三、要想办法把电液控制系统攻关下来，联合攻关也行，兼并国外企业也行。秉承胡锦涛总书记的重要指示，我们仍将继续努力，不断前进，以“质量第一、用户第一”为宗旨，争取2010年实现年产值10亿元，为打造“百亿郑煤机”，为煤炭事业的发展做出我们应有的贡献。四、课题背景 在面对一个设计题目时，我们必须要弄清课题的背景，只有了解了背景，才能够说明我们的设计是有的放矢。液压支架是用来控制采煤工作面矿山压力的结构物。采面矿压以外载的形式作用在液压支架上。在液压支架和采面围岩相互作用的力学系统中，若液压支架的各支承件合力与顶板作用在液压支架上的外载合力正好同一直线，则该液压支架对此采面围岩十分适应。液压支架是综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。 近年来，我国液压支架的研制工作发展很快，从基本上依靠进口，发展到自行设计、自行制造，而品种繁多、功能齐全、质量可靠。 液压支架的分类液压支架的型式很多。具体如下 按架型结构与围岩关系分： 1.掩护式 （1）支撑掩护式；（2）支顶掩护式。 2.支撑掩护式 （1）支顶支掩支撑掩护式；（2）支顶支撑掩护式。 3.支撑式 （1）节式支架；（2）垛式支架。 按适用煤层倾角分： 1.一般工作面支架 2.大倾角支架 按适用采高分： 1.薄煤层支架 2.中厚煤层支架 3.大采高支架 按适用采煤方法分： 1.一次采全高支架 2.放顶煤支架 （1）低位放顶煤液压支架；（2）中位放顶煤液压支架；（3）高位放顶煤液压支架 3.铺网支架 4.充填支架 按在工作面的位置分： 1.工作面支架 2.过渡支架（排头支架） 3.端头支架 按稳定机构分： 1.四连杆机构支架 2.单铰点机构支架 3.反四连杆机构支架 4.单摆杆式支架 5.机械限位支架（橡胶限位、弹簧钢板限位、千斤顶限位） 按组合方式分： 1.单架式支架 2.组合式支架 按控制方式分： 1.本架控制支架 2.邻架控制支架 3.成组控制支架 按控制原理分： 1.液压直接控制支架 2.液压先导控制支架 3.电液控制支架 除以上各种分类外，还有最新的超静定液压支架。 液压支架的工作原理（一）液压支架自动移设的原理：液压支架以高压液体为动力，通过各种动力油缸的伸缩，使支架完成升起、降落、行走和推移运输机等各种动作，以便支架随工作面不断推进而反复支撑、前移和调整。图13是一个最简单的液压支架的工作系统示意图。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作过程分别加以叙述。1.降柱：当旋转式操纵阀转到降柱位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀和油管，进入支柱活塞杆腔，同时也进入液控单向阀的控制管路，打开液控单向阀，支柱活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀，流回主回液管，支柱卸载下降。2.移架：液压支架卸载后，操纵阀转到移架位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀和油管进入到推压千斤顶的活塞杆腔，同时也进入液控油路，打开液控单向阀，而活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶收缩，以运输机为支点，拉架前移。运输机靠相邻的推移千斤顶来固定，千斤顶由液控单项阀紧锁。3升柱:液压支架移到新的位置后，应及时升柱，以支撑新暴露的顶板。操纵阀转到升柱位置，打开供液阀，高压液体由主进液管进入，经操纵阀到液控单向阀，进入到推移千斤顶的活塞杆腔，支柱活塞矸腔的油液，同时也进入液控油路，经油管和操纵阀流回主回液管，活塞和顶梁升起，支撑顶板。4.推移运输机:当液压支架前移并重新支撑后，操纵阀转到推移位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀、液控单向阀进入到推压千斤顶的活塞杆腔，活塞杆腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶的活塞杆伸出，以液压支架为支点，把运输机推移到新的工作位置。在实际生产中，对于具体支架的动作，根据该支架的结构和需要来确定。3. （二）液压支架的支撑承载能力：液压支架的支撑承载能力是指液压支架与顶板之间相互力学原理，它包括初撑增阻、承载增阻和恒阻三个工作阶段。1. 初撑增阻阶段：在升柱过程中，从顶梁接触顶板起，至支柱活塞腔的油液压力达到泵站的工作压力时，松开手把，停止供液，液控单向阀立即关闭，阀球封闭了支柱活塞腔的油液，这就是支架的初撑阶段。此时支柱和支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。支柱初撑力：支架初撑力：式中：泵站的工作压力（公斤/l厘米2）D支柱缸体径经（厘米）n每架支架的支柱数支撑效率（垜式支架1）支架初撑力的大小，取决于泵站的工作压力，支架支柱数和支柱缸体的内径以及架型等。实际上支柱初撑后，活塞腔的油液压力由于阻力损失、操作情况和阀的灵敏度等原因，往往低于泵站工作压力。2. 承载增阻阶段：支架初撑后，随顶板的下沉，支柱活塞腔被封闭的油液受到压缩，油液压力继续升高，呈现承载增阻状态。这时由于支柱缸径增大，油液被压缩而体积缩小，即使乳化液没有任何漏损，安全阀并未动作卸载，支柱总长度也降缩短。这个缩短量可用下式计算：式中：支柱由初撑力起到达工作阻力时，支柱内压力得增值（公斤/l厘米2）乳化液的体积压缩系数，近似取水的压缩系数0.0000475支柱内壁压缩液柱的高度（厘米）钢材的弹性系数（公斤/l厘米2）刚才的泊松比 0.28D支柱缸体外径（厘米）d支柱缸体内径（厘米）这个缩短量是有弹性的，如果作用在支柱上的载荷，反过来从工作阻力减小到初撑力时，支柱仍会恢复到原来的长度。因此，这个支柱长度上的缩短量，称为支柱的弹性可缩量。根据开滦局井下实测，在各种不同的初撑力、工作阻力喝才高的情况下，MZ-1928型支柱的弹性可缩量在610mm范围内。这个弹性可缩量会使支柱工作还未达到工作阻力之前，就造成顶板的下沉，有可能使岩石离层，对顶板管理是不利的。经试验证明，减小支柱的弹性可缩量，对改善顶板管理起着重要的作用。具体措施是，使用高压乳化液泵，提高支柱初撑力；改善单向阀的质量，要能及时关闭也路；注意操作方法，使支柱下腔尽可能达到泵站的工作压力。3. 恒阻阶段：支架承载后，如果完全支撑住顶板，不允许顶板下沉，需要有强大的支撑力。在实际生产中，由于顶板压力有时相当巨大，想设计出能抗住巨大顶板压力，而一点也不让压的支架是及困难的，实际上也没有这种必要。 都使支架能随顶板下沉时，有一定的可缩量，但又保持一定的支撑力不敢于使顶板任意下沉而造成破坏冒落。要求支架即具有一定的支撑力，又具有可缩性。液压支架的这种特性，是由支柱的安全阀来控制的。在顶板压力增大时，支柱活塞腔被封闭的油液压力就迅速升高，当压力值超过安全阀的动作压力时，支柱活塞腔的高压液体经安全阀泄出，支柱降缩，支柱活塞腔的液体压力减小，这就是支架的“让压” 特性；当压力小于安全阀的动作压力时，安全阀又关闭，停止卸液，支柱活塞腔的液体又被封闭，支架恢复正常工作。由于安全阀动作压力的限制，支柱呈现出恒阻特性，此时支柱和支架承受的最大载荷称为工作阻力。支柱工作阻力： 支架工作阻力： 式中：安全阀的动作压力（公斤/厘米2）支架的工作阻力取决于安全阀的动作压力、支架支柱数、支柱缸体内径和架型等。安全阀使支柱具有恒定的设计工作阻力，同时又使支柱在承受大于设计工作阻力的顶板压力时，可随顶板的下沉而下缩，这就是液压支架的恒阻性和可缩性。未防止安全阀频繁动作而失效，应使支架的工作阻力大于正常的顶板压力，也就是说，在工作生产过程中，支架还没有达到设计工作阻力之前，就已前移到新的支撑位置。工作阻力是液压支架的一个基本参数，用来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，并不能完全反应支架对顶板的支撑力，因此常采用表示单位面积顶板上所受支架工作阻力值大小的支护强度参数，来比较支架的支护性能。图1.4 支架的支撑承载过程支架支护强度： 式中：A支架的支护面积（米2）由上可知，支柱或支架工作时，其支撑力随时间的变化是，支架升起，顶梁开始接触顶板至液控单向阀关闭时的初撑增阻阶段to，初撑结束至安全阀卸载前的承载增阻阶段t1和安全阀出现重复卸载时的恒定阶段t2。这种变化过程反应了支架的支撑力和时间之间的关系（图14）。图中虚线表示，有些支架的支柱并未达到额定的工作阻力值就已降柱前移，支架前移后按原过程重新支撑。上述工作过程表明：液压支架在额定工作阻力值以下工作时，具有增阻性，以保证支架顶板的有效支撑作用；当支架支撑力超过额定工作阻力值时，支架随顶板下沉而下缩，使支架保持恒定的工作阻力，即具有可缩性和恒阻性。支架本身的增阻性取决于液控单向阀和支柱的密封性能，可缩性和恒阻性则由安全阀的溢流性能决定。因此，液控安全阀、单向阀、支柱这三个部件，是保证支架性能的关键元件。通过上述，对液压支架的工结构和工作原理的分析，可初步确定液压支架。液压支架的分类一、按支架和围岩的相互作用，液压支架可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。图1.5 支撑式支架（一）支撑式支架：图15是一种典型的支撑式支架，它有较长的顶梁，较多的支柱，并呈垂直布置，支架的稳定性由支柱的复位机构来保证，因此有坚固的箱式底座。它靠支柱与顶梁的支撑作用，控制工作面的顶板，维护工作空间，而顶板岩石则在顶梁后部切断跨落。这种类型的支架具有交大的支撑能力和良好的切顶性能，因此适应于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，底板也较硬的煤层中。（二）掩护式支架：图16是掩护式支架的典型结构之一，它的顶梁较短，支柱一排，一般仅12根，多呈倾斜布置与掩护梁连接或直接与顶梁相连接。它靠支柱和顶梁支撑顶板，而掩护梁只与冒落矸石相接触，防止矸石涌入工作面，以维护一定的工作空间。这种类型的支架，有良好的防矸掩护性能，主要适用于顶板中等稳定和破碎，底板也较软的煤层中。（三）支撑掩护式支架：支撑掩护式支架是介于支撑式和掩护式之间的一种架型。它的特点是，支柱两排，每排12根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构（见图12）。这类支架靠支撑和掩护作用来维护工作空间，兼有支撑式和掩护式支架的优点，适用于顶板稳定和中等稳定，有较明显的周期压力，底板中等稳定的煤层中。支撑式、掩护式和支撑掩护式等三类支架中，对照采煤工艺对支架的要求来看，掩护式支架具有很多特点和较广的适用范围。虽然掩护式支架单位工作面长度上的支撑能力不如其余两种，但由于控顶距小单位面积上的支撑力较大，能对顶板进行有效的支撑；还有有效的挡矸装置，能更好的适应破碎顶板的支护需要；支架本身为一定的运动机构，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的结构和液压系数简单，操作简便，管理维修容易；支架调高范围较大，对煤层厚度变化的适应性强。所以，掩护式支架在使用中已取的良好的经济效果，使用范围正在扩大。二、按移动方式，液压支架可分为整体自移式和迈进式两类。（一）整体自移式：支架成整体结构，因而整体移动。掩护式，和部分支撑式支架，均采用这种移架方式。图1.6 掩护式支架（二）迈进式：迈进式支架又可分为交互前移式和提步前移式两种。1.交互前移式支架，是利用主副架护为着力点交互推拉前移的方式，架间安装推移千斤顶和导向装置。一般节式支架常用这种移架方式。2.提步前移式支架，是采取顶梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，苏2M-81型支撑掩护式支架，移架时沿着支撑柱顶板的临架顶梁推移。还有一种是滑行顶梁式支架，移架时本架顶梁在内部滑移。三、根据使用地点的不同，液压支架又可分为工作面支架和端头支架两类。上述各类支架均为工作面支架，用来支护工作面的顶板。端头支架，则用在工作面两端与顺槽的连接处，由于此处的机械设备较多，需要占有的工作空间大，同时又是人员的安全出口，要求端头支架能很好的和各设备相配合，达到有效的支护悬露面积较大的顶板。因此，端头支架在结构上具有特殊性。1.9采煤工作面对液压支架的设计要求 为了满足长臂工作面的生产要求对液压支架提出了以下要求：1.能有效的控制顶板。具体有这些要求：能适应顶板下沉、来压及冒落的特性；能防支架前方与上方冒顶；不应出现陷底而影响性能与移架。2.保证安全的工作空间。具体要求如下：有宽敞的工作空间；能很好的防矸、排矸；能良好的通风、照明、通讯、防尘、防火。3.应该适应煤层地址条件变化。要求支架有足够的调高范围；适应不平顶底板、台阶和断层等条件；适应煤层倾角变化。4.能够保证正常的生产循环。也就是说应保证正常移架、推溜；能与采煤、运输等工艺准确配合；运输，安装，搬家方便；还得便于维修。5.最后对于投资者来说，应该保证初期投资低、维修费用低。本文做的主要工作：毕业设计名称：放顶煤液压支架设计。参数如下：（1）要求工作阻力500t；（2）最大采高4.5m。本次设计主要工作如下：四连杆机构的设计、主要结构件的结构设计、液压支架整体受力分析、各主要结构件的受力分析及强度校核。2.1支架主要尺寸的确定2.1.1支架的高度7一般首先确定支架适用煤层的平均采高，然后确定支架高度。支架的最大高度与最小高度的之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架的适用范围越广，但过大的调高范围会给支架结构设计造成困难，可靠性降低。 (mm) (2-1) (mm) (2-2)式中：支架最大高度（mm）； 支架最小高度（mm）； 最大采高（mm）； 最小采高（mm）；S1考虑伪顶冒落的最大厚度。大采高支架取200400 mm，中厚煤层支架取200300mm，薄煤层支架取100200mm；S2考虑周期来压时的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、底板下的浮矸之和。薄煤层支架取150250mm，中厚煤层支架取300400mm。本设计最大采高4500mm,取支架最大高度:45002004700mm （2-3）由于此次设计对最小采高无具体限制，并且放顶煤液压支架的调高范围无需太大，取支架的调高范围为1500mm,则支架的最小高度:470015003200mm （2-4）确定支架的最小高度时还应考虑井下的允许运输高度。2.1.2支架的伸缩比支架的伸缩比系指其最大高度与最小高度之比值。即： （2-5）Ks反映支架对煤层厚度的适应能力，采用单伸缩立柱Ks值一般为1.6左右；若进一步提高伸缩比，需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱，Ks值一般为2.5左右。2.1.3支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离。用bc表示。支架间距bc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，因此目前主要根据刮板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，我国刮板运输机溜槽每节长度通常为1.5 m，千斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5米，本设计取bc=1.5 m2.1.4支架宽度 支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为150200mm。其中宽面顶梁一般为1200mm1500mm，节式支架一般为400mm600mm。本次设计取支架顶梁的最小宽度为1380mm,最大宽度为1550mm,亦即顶梁侧护板侧推千斤顶的行程取170mm。2.1.5底座长度所谓底座，就是将顶板压力传递到底板的稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑以下几个方面：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；保证支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座长度取3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撑掩护式支架对底座长度取4倍的移架步距，即2.4m左右。考虑本支架用四立柱，本次设计底座为3230mm。2.2支架四连杆机构的确定2.2.1四连杆机构的作用101梁端护顶 鉴于四连杆机构可使托梁铰接点呈双纽线运动，故可选定双纽线的近似直线部分作为托梁铰接点适应采高的变化范围。这样可使托梁铰接点运动时与煤壁接近于保持等距，当梁端距处于允许值范围之内时，借此可以保证梁端顶板维护良好。2挡矸 鉴于组成四连杆机构的掩护梁既是连接件，又是承载件8，为了承受采空区内破碎岩石所赋予的载荷，掩护梁一般做成整体箱形结构，具有一定强度。由于它处在隔离采空区的位置，故可以起到良好的挡矸作用。3抵抗水平力 观测表明：综采面给予支架的外载，不但有垂直于煤层顶板的分力，而且还有沿岩层层面指向采空区方向（或指向煤壁方向）的分力，这个水平推力由液压支架的四连杆机构承受，从而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱弯曲变形。4提高支架稳定性 鉴于四连杆机构将液压支架连成一个重量较大的整体，在支架承载阶段，其稳定程度较高。2.2.2四连杆机构设计的要求1.支架高度在最大和最小范围内变化时，如图2.1所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度应小于或等于70mm，最好为30mm以下。2.支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角和后连杆与底平面的夹角，如图2.1所示，应满足如下要求：支架在最高位置时，5262，7585；支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求，如果钢和矸石的摩擦系数=0.3，则=16.7。为了安全可靠，最低工作位置应使25为宜。而角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降。一般取2530，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下铰点的高度。3.从图2.1中可知，掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心O之间的连线与水平线夹角为。设计时，要使角满足的范围，其原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。4.应取顶梁前端点运动轨迹双扭线向前凸的一段为支架工作段，如图2.1所示的h段。其原因为当顶板来压时，立柱让压下缩，使顶梁有向前移的趋势，可防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向采空区。同时底板阻止底座向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且使底座前端比压减小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外负荷。图2.1四连杆机构几何特征图从以上分析可知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量使值减小，取双扭线向前凸的一段为支架工作段。所以，当已知掩护梁和后连杆的长度后，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，运用作图法就可以了，如图2.2。图2.2掩护梁和后梁杆构成曲柄滑块机构23四连杆机构的设计12四连杆机构的设计的主要方法有：直接求解法、解析法、几何作图法等。本设计根据液压支架尺寸关系采用几何作图法进行计算，如图2.3。图2.3液压支架尺寸关系2.3.1掩护梁和后连杆长度的确定 用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图3-8所示。图2-4 掩护梁和后连杆计算图设： G掩护梁长度（mm）;A后连杆长度（mm）;其中：P1支架最高位置时，掩护梁与顶梁夹角(度);P2支架最低位置时，掩护梁与顶梁夹角(度);Q1支架最高位置时，后连杆与底平面夹角（度）;Q2支架最低位置时，后连杆与底平面夹角（度）;按四连杆机构的几何特征要求，选定，由于支架型式不同，对于掩护式支架,一般A/G的比值按以下范围来取：A/G=0.450.61,取A/G=0.58。支架在最高位置时有： （2-6）H1=4700-900-400=3400mm因此掩护梁长度为：=2522.255mm （2-7）后连杆长度为：A=G(A/G) = 1462.908 mm取整得： G=2522mm A=1463mm 2.3.2几何作图法作图过程用几何作图法确定四连杆机构的各部尺寸，具体作法如图2-5所示。具体作图步骤如下：1)确定后连杆下铰点O点的位置，使它比底座面略高9002)过O点作与底座面平行的水平线HH线。3)过O点作与HH线的夹角为Q1的斜线。4)在此斜线截取线段，长度等于A=1463mm,a点为支架在最高位置时后连杆与掩护梁的铰点。5)过a点作与HH线有交角P1的斜线，以a点为圆心，以G点为半径作弧交斜线一点E,此点为掩护梁与顶梁的铰点。6)过E点作HH线的平行线，则H-H线与FF线的距离为H1，为液压支架的最高位置时的计算高度。7)以a点为圆心，以0.22G=554.84mm圆整为555mm长度为半径作弧，在掩护梁上交一点b,为前连杆上铰点的位置。8)作点E2距E点1500mm,此为支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点。9) 以E2点为圆心，掩护梁长为半径，以o为圆心，作为半径圆弧.相交于a2 点，oa2的长度等于A，a2点为支架降到最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点。10)以a2为圆心以0.22G长度为半径作弧，在掩护梁上交一点b2，为支架在最低位置时前连杆上铰点的位置。11)取2线之间一点e1为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁铰点。12)以O为圆心，为半径圆弧。13)以e1点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交前圆弧上一点a1，以点为液压支架降到中间某一位置时，掩护梁与后连杆的铰点。14)以1连线，并以a1点为圆心，以0.22G长度为半径作弧，交1上一点b1点。则b， b1,b2三点为液压支架在三个位置时 ，前连杆上铰点。15)由b， b1,b2三点确定的圆心C，为前连杆下铰点位置。16)过C点HH线作垂线，交点d，则线段,和为液压支架四连杆机构。17)按以上初步求出的四连杆机构的几何尺寸，再用几何作图法画出液压支架掩护梁与顶梁铰点e1的运动轨迹，只要逐步变化四连杆机构的几何尺寸，便可以画出不同的曲线，再按四连杆机构的几何特征进行校核，最终选出较优的四连杆机构尺寸。图2-5 液压支架四连杆机构的几何作图法结论：后连杆长度A=1463mm 掩护梁长度G=2522mm 前连杆长度C=1543mm 前后连杆下铰点底座投影距离E=792mm 前后连杆下铰点垂直距离D=552mm主要用途和适用范围是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动移设来进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。主要用于水平面和小于等于10度的缓倾斜厚煤层沿底板一次放顶煤采全高开采的长壁综采工作面，也适用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤综采工作面。 性能特点1.纵横向稳定性好 2.防护性能强 3.移架速度快 4.对顶板适应性强 液压支架工操作规程1、必须持有效证件上岗。 2、必须熟悉液压支架的性能和工作原理，懂得维护保养液压支架，懂得顶板管理方法，学习本工作面采煤作业规程。 3、与采煤机司机合作，当支架与采煤机距离超过规定，应要求停止割煤。 4、拉架前，检查帮顶状况及支架各部位，确保环境安全、支架完好、构件齐全标准，否则必须处理；清理架前及两侧障碍物，严禁挤压管线、电缆。 5、拉架时，支架前后严禁有其它人员。移动端头支架时要放好警戒，其它人员一律撤到安全地点。 6、移架前，将相邻支架推拉缸推出； 7、移架时，支架工必须站在安全地点，面向煤壁，身体躲进架内操作 8、移架时，先收回护帮板、侧护板，然后降柱拉架达到规定步距；放顶煤支架拉架前，要先将后部运输机拉上来；拉架阻力大时，应停止拉架，查明原因处理后再继续操作。 9、调整支架与输送机垂直，并保证支架不歪斜、不挤架、不咬架，支架排成直线，偏差不超过50mm。降柱幅度低于邻架侧护板时，升架前应先收回邻架侧护板，待升柱后再将其伸出。 10、先升前柱后升后柱，使顶梁与顶板严密接触3-5秒，达到初撑力。 11、伸出伸缩梁、护帮板顶住煤壁；伸出侧护板，保证架间不漏货。 12、采煤机前滚筒到达前先收回护帮板，割煤后立即将伸缩前探梁伸出护顶。 13、顶板破碎及压力大时，要带压擦顶移架，拉到位后及时支护顶板。过断层时，严格控制采高，防止压死支架。 14、推运输机距采煤机1215米，弯曲段不小于15米。放顶煤工作面移运输机距拉架不小于3米，弯曲段不小于15米。 15、不准由两头向中间推运输机。 16、推运输机机头（尾）时，要听从班组长指挥。 17、拉架、推溜完毕，各阀把搬到“零”位。 五、实习所见所闻 实习才能让我们的设计与市场接轨，他不再是空洞的理论设计，而是绝对实际可行的设计，也只有实习才能够让我们真正的融入社会。我的指导老师是机电专业的，而我是工业设计的。当老师安排了机电的实习参观时，我还在徘徊着：因为我觉得和我的专业关系不是很大的，当老师建议我后，我便和他们一同前往了。我们的考察实习结束了，但是我们的实习任务并没有完成
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