液压支架选型设计

辽宁工程技术大学采掘机械综合训练题 目：液压支架选型设计班级：矿电11-姓名：指导教师：师建国完成日期：2014/12/29采掘机械综合训练14综合训练任务书一、设计任务及要求(1) 根据所给原始数据进行液压支架选型的详细计算；(2) .编写综采工作面液压支架选型设计说明书；(3) 采煤设备与工作面综采设备配套关系图设计原始数据及条件：煤层厚度截割阻抗A（N/mm）煤层倾角顶板条件工作面长度（m）设计产量（万T/a）生产安排HmaxHmin老顶直接顶3.11.635011级3类125801.一年工作日按300天计算2.实行三班工作制，两班采煤，一班准备，每天生产16小时。二、上交材料(1) 设计图纸（综采工作面设备配套关系图）(2) 设计说明书三、进度安排(参考)(1) 熟悉设计任务，收集相关资料 (2) 拟定设计方案(3) 绘制图纸(4) 编写说明书(5) 整理及答辩四、成绩评定成 绩： 教 师日期采掘机械综合训练14目 录1液压支架选型的基本原则12确定液压支架架型1 2.1顶板分类（级）1 2.2架型与支护强度初选23主要参数计算和支架型号的确定2 3.1支架高度2 3.2 支架主要结构确定3 3.2.1顶梁长度3 3.2.2底座的宽度5 3.2.3支架中心距确定5 3.2.4支架移驾步距确定5 3.3支护强度和工作阻力5 3.4初撑力7 3.5移架阻力及推溜力7 3.6确定支架类型74性能验算8 4.1顶板支护形式8 4.2底板比压8 4.3工作阻力（支护强度）和初撑力的验算9 4.4顶板覆盖率9采掘机械综合训练14 4.5通风断面计算10 4.5.1按工作面温度计算风量11 4.5.2经验供风11 4.5.3风速计算145支架布置台数116乳化液泵站的选型11 6.1乳化液泵14 6.1.1泵站压力的确定16 6.1.2泵站流量确定14 6.1.3选择乳化液泵14 6.2乳化液泵的电机功率11 6.3乳化液箱容积的验算14 6.4乳化液167设备的空间尺寸配套关系16参考文献17采掘机械综合训练- 16 -1. 液压支架选型的基本原则要顶得住，它的初撑力和工作阻力要适应直接顶和老顶岩层移动所产生的压力（包括二次来压），使控顶区的顶板下沉量限制到最小程度。要移得走，它的结构形式和支护特性，要适应直接顶下部岩层的冒落特点，尤其要注意顶板在暴露后尚未支护情况下的破碎状态，要尽量保持该处顶板的完整性。支架底座要适应底板岩石的抗压强度，以防底软而使支架陷入底板。要适应采高变化和按煤层倾角考虑的对支架稳定性的要求。要满足通风（尤其是高瓦斯工作面）和行人的需要，以及要和采煤机、运输机配套。要考虑投资，力求以较低的投资获得所需的技术经济效果。支架复用次数高，损坏情况少，即能降低吨煤成本。 按开采技术特点，可将煤层厚度分三类：薄煤层-从最小可采厚度到1.3m；中厚煤层-1.33.5m；厚煤层-大于3.5m。 按开采技术特点，将煤层倾角分为三类：缓倾斜煤层-025;倾斜煤层-2545；急倾斜煤层-4590。倾角小于12的煤层对于综采机械化来说，最为有利，一般可以不考虑设备自重分力的影响。煤层倾角加大，会使采煤机上行采煤时的牵引阻力加大，并造成机器下滑的危险；使支架的横向稳定性变坏，甚至下滑、倾倒；输送机也会下滑，给采煤工作造成困难。2. 确定液压支架架型按顶板分类方案对液压支架的架型进行初选。根据煤炭部（81）煤科字第429号文件关于缓倾斜煤层工作面顶板分类方案，按稳定性不同直接顶分为四类，按来压强度不同将老顶分为四级，并分别提出相应的架型、支护强度和顶板管理方法。2.1顶板分类（级）直接顶分为四类，见表2-1。老顶分为四级，见表2-1。表2-12.2架型与支护强度初选正确选择支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。 本矿煤层赋存条件较好，煤层倾角11，为缓倾斜煤层，煤层截割阻A=350N/mm，煤层厚度适中为3.1m，井型为中型矿井，工作面设计长度为125m，设计能力为80万t/a，直接顶为3类中等稳定顶板，老顶为类顶板，周期来压明显，要求工作面支护强度较大（见表2-1）。综上所述，选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。由于煤层倾角小于15，不设防滑和调架装置。3. 主要参数计算和支架型号的确定3.1支架高度支架高度一般系指支架的最大和最小结构高度，它必须适应煤层采厚变化所要求的最大和最小支撑高度。最小高度过大，可能会出现压架现象；最大支撑高度过小，可能会造成丢煤浪费资源，或支架顶空现象。支架的最大和最小支撑高度，应根据煤层厚度的变化合理选择，片面地认为调高范围越大越好，过大地加大调高范围将增加设备重量及制造成本。支架高度可由下式计算：=+0.2= 式中：-支架最大结构高度，m； -支架最小结构高度，m； -煤层最大采高，3.1m； -煤层最小采高，1.6m； -支架前柱上方顶板下沉量，一般取0.1m； -支架后柱上方顶板下沉量，一般取0.2m； -支架前移时可缩余量，一般取不小于0.05m； -支架与顶底板间的浮煤，破矸厚度一般取0.1m。即:=3.2m , =1.25m。根据一些生产的实际经验，为防止伪顶冒落而引起支架顶空现象和一些难于预见的因素，最大结构高度，要在计算的基础上，再考虑增加0.10.3m的富裕量。取=3.3m , =1.25m。确定支架的最低高度时还应考虑到井下的允许运输高度。支架的伸缩比=2.64值的大小反映了支架对煤层厚度变化的适应能力，其值越大，说明支架适应煤层厚度变化的能力超强。3.2 支架主要结构确定3.2.1顶梁长度顶梁长度取决于必要的作业空间和通风断面要求，还与支架方式有关。支护方式有超前支护和滞后支护两种方式。根据选定的掩护式架型和超前支护方式，估算支架的顶梁长度，如图4-2所示。 =200+1350+900+400-3100tg20-300=1421.69mm式中：-铲煤板铲尖到煤臂的距离，取100200mm（具体大小也可计算）；=F+G+J+V=200+350+400+400=1350mm式中：F-铲煤板宽度，一般取150240mm； G-中部槽宽，350mm； J-导向槽宽度，无链牵引时尚有齿轨部分宽度； V-电缆槽宽。参数查不到时可估算V=350450mm； -超前移架时取截深；滞后移架时可取零； e-人行道宽度，不小于0.6m，高度不小于采高的70； H-采高，m； -立柱倾角； -梁端距，取250350mm。 -由结构而定，考虑支架稳定性和减少底座前端的比压。300mm； -通常=0.91.2m，在中厚煤层中可设置为人行道； -由结构而定，一般情况为300500 mm。顶梁全长：=1421+1000+400=2821mm=2.8m注：顶梁的长度和宽度取决于支架的类型，它影响支架与顶板的接触性能、控顶距、移架速度和稳定性，一般在保证一定的工作空间和合理布置设备的前提下，应尽量减小顶梁长度，以缩小控顶距和支架的重量。对于支撑式和支撑掩护式支架，由于立柱为双排布置，支撑力较大，故这类支架的顶梁较长，当采用滞后支护时，顶梁全长为2.5m左右；当采用及时支护时，顶梁全长为3.04.0m。对于掩护式支架，由于一般用于破碎顶板，应尽量减小支架对顶板的重复支撑次数，加之立柱多为单排布置，故顶梁长度较小，通常1.52.5m，最大达3 m左右。顶梁的宽度应根据支架间距和架型来定。我国规定支架标准中心距为1.5m。掩护式和支撑掩护式支架包括侧护板在内的顶梁宽度为1.41.6m(下限为侧护板收缩时的运输宽度，1.5m为支架的正常宽度，1.6m为调架时侧护板伸出后的最大宽度)。垛式支架的架间距一般为0.10.2m。3.2.2底座的宽度支架底座宽度一般为1.11.2m。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1.3 m左右，放顶煤支架为 1.31.4m。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300380mm。3.2.3支架中心距确定支架中心距有1.25m，1.5m，1.75m，2.05m，与刮板输送机溜槽长度相适应。取1.5m。3.2.4支架移驾步距确定与配套采煤机截深相对应，推移装置的行程要大于采煤机的截深（0.6m）。3.3支护强度和工作阻力 支架的结构尺寸确定之后，与支架重量和成本关系最大的参数是支架的支护强度。从理论上分析，合理的支护强度应正好与顶板压力相平衡。支护强度过大，不仅增加支架重量和设备投资，而且给搬运、安装带来困难；过小则会造成顶板过早下沉、离层、冒落，使顶板破碎，造成顶板维护困难。因此支护强度的大小应取决于工作面采场矿压的大小。但由于目前对采场矿压的大小还不能进行准确的定量计算，这样目前主要以经验法或实测数据，来确定支架的支护强度。下面介绍两个经验公式： 式中：-液压支架的支护强度，； -平均采高，取H=2.3m； -顶板岩石容量，一般取=2.3； -顶板岩石破碎膨胀系数，一般取1.21.5； -工作面倾角，=11；支架取1.2（取=1.6）； -顶板周期来压动载系数（周期来压强烈顶板：取1.51.7。）。 即： 式中：作用于支架上的顶板岩石系数，取k=8。 H平均采高，取H=2m； 顶板岩石密度，一般取2.3kg/m。 即：取q=0.37（Mpa）。支架工作阻力P应满足顶板支护强度要求，即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定。式中 F 支架的支护面积，m。可按下式计算 式中: L支架顶梁长度，3.5m； C梁端距，取250350mm； B支架顶梁宽度，m； K架间距，m； A支架中心距，1.5m。 F=(3.5+0.3)1.5=5.7(m) P=0.375.7=2109(kN)对支撑式支架，支架立柱的总工作阻力等于支架工作阻力。对于掩护式和支撑掩护式支架，由于受到立柱倾角的影响，支架工作阻力小于支架立柱的总工作阻力。工作阻力与支架立柱的总工作阻力的比值，称为支架的支撑效率。所以支架立柱的总工作阻力p总为: 支撑式支架的=100%，支掩护式和支撑掩护式支架取=80%左右。即：=2109/0.8=2636.25kN。3.4初撑力初撑力的大小是相对于支架的工作阻力而言，并与顶板的性质有关。液压支架的初撑力，对支架维护顶板的性能方面，要比工作阻力（支护强度）起着更加显著的作用。有足够初撑力的支架，一开始就能和顶板压力取得平衡，可最大限度地减小顶板下沉；初撑力偏低，要等顶板下沉时才能增阻，会增大顶板的下沉量；初撑力过大，会使顶板反复受拉导致直接顶蠕动，造成直接顶早剥离，使顶板管理困难。所以支架初撑力选择的合理与否，时非常重要的。目前在坚硬、中硬和破碎的顶板条件下，多趋向于采用较高的初撑力。现在支架的设计中初撑力，已高达工作阻力（支护强度）的90以上。根据有关资料介绍，初撑力与支护强度的比例关系，即=初撑力强度/支护强度，以顶板的的稳定性不同，一般在6085区内选取为宜。在确定出撑力时，可按以下原则考虑：对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作作阻力的80%；对于稳定顶板，初撑力不易过大，一般不低于工作阻力的60%；对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积垮落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的75%。综合考虑，取初撑力约为工作阻力的75%，为1977.19kN.3.5移架阻力及推溜力移架阻力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关，通常根据煤层的厚度来考虑，即采高愈大，移架阻力愈大。一般薄煤层支架的移架力为100150kN；中厚煤层支架为150300kN；厚煤层支架为300400kN。 综合考虑，取推溜力为300kN。3.6确定支架型号综合以上所确定的架型和计算的参数，根据支架技术特征表选择ZZ4000/12/35型支撑掩护式支架。其技术特征参数如表3-1。注：采高达到2.52.8m以上时，需要选择带有护帮装置的液压支架。要考虑是否需设防倒防滑装置。我国缓倾斜煤层工作面顶板分类方案中规定：煤层倾角大于15，支撑式支架应带有防滑装置；煤层倾角大于18，掩护式和支撑掩式支架应带有防滑，防倒和调架的装置；考虑到支架对底板的最大比压，防止支架底座会被压如底板。表3-1 ZZ4000/12/35型支撑掩护式支架特征参数支撑高度（m）中心距（m）工作阻力(kN)初撑力(kN)支护强度(Mpa)地板比压(Mpa)质量（t）适应角度1.23.51.5400024000.670.99.25835 4. 性能验算4.1顶板支护形式 工作面顶板支护采用所选液压支架。上下端头和两巷超前支护可采用液压单体支柱配合型梁架棚支护，超前支护距离不得小于20m。上下端头也可采用端头支架，过渡支架支护，液压支架还要考虑机头，机尾架各需要3架。4.2底板比压顶板压力是通过顶梁、支柱传到底板的，如底板的抗压如强度小于支架所要求的抗压强度，则支架底座会被压入底板。因此，合理的选择支架对底板的最大比压（支架技术特征表中可查），是支架选型中一个很重要的指标，特别对于底板松软的工作面更为重要，必要时应进行测定和计算。计算公式如下：式中：-实测底板的最小抗压入强度，； -底板载荷集中系数，一般取3； -洒水影响系数，一般取1.21.6； -支架对底板的最大比压，350。=35031.2=1260（） 表4-1 我国煤田一般顶底板单轴抗压强度试验数据岩石类别抗压强度（）砂岩类细砂岩中粒砂岩粗砂岩粉砂岩1060146087513605801260370560砾岩类沙砾岩砾岩7101240820960页岩类砂质页岩砾岩400920190400灰岩石灰岩54016104.3工作阻力（支护强度）和初撑力的验算 对于掩护式和支撑掩护式支架、立柱，多为倾斜布置。因此，工作阻力和初撑力随支架的工作高度的不同而不同。高度大，支撑力大，支架的技术特征大多给出的是最大值（在最大高度下）。为此，对于立柱倾角比较大时，需验算该支架用于这个采高下的工作阻力和初撑力，即： 所选定的支架在3.1采高时的支撑力（0.67Mpa）计算值（0.37Mpa），满足要求。4.4顶板覆盖率支架顶梁对支护面积的覆盖率为式中：-覆盖率； -顶梁宽度，1.6m； -支架间距，0.1m； -顶梁长度，3.0m； -梁端距，0.3m； ：有侧护板的支架取0.1m，无侧护板的支架取0.10.2m。 ：覆盖率应符合顶板性质的要求，一般不稳定顶板不小于85%95%；中等稳定顶板不小于75%85%；稳定顶板不小于60%70%。 =85% 由于本煤层属于稳定顶板，即覆盖率满足要求。4.5 通风断面计算 通风的目的是为了冲淡有害气体，达到安全生产以及保证工作面适宜的气象条件。综采面的风量计算较为复杂，牵扯因素也比较多，常用的简化算法有：按沼气涌出量计算；按工作面温度计算。而在实际中，一些矿井的综采面采用经验供风。4.5.1按工作面温度计算风量 回采工作面应有良好的劳动气象条件，其温度和风速应符合表4-2的要求（煤矿安全规程1986年版）。长壁工作面实际需要风量，按下式计算： 式中：-回采工作面的平均断面积。可按最大和最小控顶断面积的平均值计算，。=式中：-平均采高，2.3m。 -有效通风断面系数，取0.80。 =2.30.80=1.84（）表4-2回采工作面空气温度与风速对应表空气温度风速1515181820202323260.30.50.50.80.81.01.01.51.51.8回采工作面允许极限风速最低风速m/s最高风速m/s0.254.04.5.2经验供风 工作面的风量：对采高为22.5m时，其风量为400500。其他采高下的风量可按比例选取。则采高为1.63.1m时，所需风量约为，则有：则:=510590。4.5.3风速的验算=3.35m/s满足煤矿安全规程的规定。5支架布置台数 =式中：-支架布置台数； -工作面长度，125m； -一台支架支护宽度，通常为1.5m。即：n=125/1.5=83.36 乳化液泵站的选型6.1乳化液泵乳化液泵站是采煤工作面液压支架的动力源，一般由两台乳化液泵、一个或两个乳化液箱，以及相应的电机、电控、保护原件所组成。在选择泵站时主要的指标是满足液压支架所要求的泵站工作压力，以保证支架有足够的初撑力。另外，为保证液压支架的升降和工作面的支护速度，乳化液流量也是一个重要的因素。目前泵站的乳化液流量有逐渐向大流量发展的趋势，以获得较高的支护速度。6.1.1 泵站压力的确定根据初撑力的要求 MPa式中：-确定的支架初撑力，1977kN； -支架立柱缸径，0.30m； -支架立柱个数n=4； -考虑到立柱倾斜布置等因素的修正系数，为立柱倾斜角度75； -由初撑力确定的泵站压力。则：=27.02MPa根据拉架力和推溜力的要求 拉架力和推溜力的计算应根据支架所采用的推拉方式具体考虑。例如：框架式推拉方式，则有： = MPa式中：-确定的拉架力，200kN；-推拉油缸缸径，0.20m；-由拉架力确定的泵站压力，N。则:=11.0MPa= MPa式中：-确定的推溜力，300kN；-推拉油缸活塞杆直径，0.1m；-由推拉力确定的泵站压力。则：=26.79MPa即：=MAX27.02，11.0，26.79=27.02MPa。再考虑压力损失，得所需的泵站压力： =29.72MPa （压力损失系数=1.11.2）6.1.2泵站流量确定确定的原则是：液压支架的移架速度采煤机的工作牵引速度（这样才能保证连续、安全地进行生产），即： 式中： -采煤机工作牵引速度，6.1m/min； -支架的移架速度，9.87m/min。即：单位时间内移动支架的数目，它反映了沿采煤机牵引方向的距离。 =式中： -一台支架支护宽度，一般为1.5m； -移架时间，=+。为降架、移架、升降的动作时间（供液时间）；为操作调整时间，一般约为0.30.5分/架。 与移架千斤顶、立柱、调架千斤顶的缸径和行程以及乳化液泵站的流量有关。= 分/架式中：-所需乳化液泵的额定输出流量，/min；、-移架千斤顶缸径和行程。0.14m，0.6m；、-前探梁短柱缸径和移架时升降行程。约为0.050.1m；、-立柱缸径和移架时升降行程。降架移架时为0.050.1m；带压移架时=0；-升降的立柱个数。即有：，从此式中可求出=120/min。6.1.3选择乳化液泵 根据和选TrimaxS250高压大流量乳化液泵。 注：说明一点，若现有的泵站流量满足不了的要求，则适当选一型号，并可采取一些措施提高移架速度。 减少操作调整时间，提高工人的操作水平和适当增加操作人员。 采用不同的移步方式，以保证的要求。常用的移步方式有顺序和交错移步。前者移架速度小于后者，故在条件允许下可采用交错移步，以提高。 顺序移步：支架沿采煤机牵引方向依次迁移，移动步距等于截深，对顶