掩护式液压支架设计课件

1、中国矿业大学2009届本科生毕业设计摘 要综合机械化采煤，是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭日益增长的需要，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。液压支架主要有以下几个基本部分组成：顶梁，底座，液压支柱，千斤顶，掩护梁，四连杆机构。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。在大采高液压支架的设计过程中，介绍了液压支架的发展历程及发展趋势；液压支架的组成、作用和分类；液压支架的液压控制系统；液压支架设计的一般步骤；液压支架的操纵、维护、故障分析及处理等。着重对液压系统、底座和立柱，以及立柱与底座和顶梁的连接方式进行了分析和设计。对

2、重要结构件如顶梁、底座、掩护梁和铰接销轴等进行了分析，根据其常见失效形式、影响因素及基本设计要求，给出了重要结构件的受力分析、强度和刚度的设计方法。关键词：液压支架； 立柱； 结构设计； 强度分析； 工艺ABSTRACTThe coal mining of comprehensive mechanization is the way that must be taken to increase significantly coal output and enhance the economic efficiency. In order to meet the needs which grows

3、 day by day to the coal, we must largely produce comprehensive mechanization mining coal equipment, rapidly increase the comprehensive mechanization mining coal working surface.Hydraulic support major from some following basically partial compositions: top beam, base, hydraulic legs, prop, shield be

4、am and four linkage mechanisms. Design to follow protect performance good, strength is high, move rapid, safely reliable, etc.In the design course that the type of ZY10800/28/63 hydraulic support type,The followings are introduced in this paper, the develop history and develop direction of the hydra

5、ulic support; components, functions, and types of the hydraulic support; the hydraulic control system of the hydraulic support; the normal design process of the hydraulic support; the hydraulic supports operation, maintenance, fault analysis and processing and so on. this paper will focus on the ana

6、lysis and design of hydraulic system, base and leg, as well as the connection method of leg with base and top-beam. The important structure, such as ex-beam, top-beam, base, hinged pin axis and so on, are analyzed. the design method of the strength and stiffness of the important structure is introdu

7、ced. Based on the analysis of influential factorsof high - strength steelweldability, the article introduceswaysof choosingwelding technique.Keywords：hydraulic support; post; structure design;strength analysis; technique目 录1 前言12 绪论22.1 国内外液压支架的研究现状22.1.1 国内液压支架现状22.1.2 国外液压支架现状32.2 液压支架的发展方向32.3 液压

8、支架的组成42.4 液压支架的工作原理52.4.1 升柱和降柱52.4.2 支架和输送机前移52.5 液压支架各部件结构及用途62.5.1 顶梁62.5.2 掩护梁62.5.3 活动侧护板72.5.4 连杆72.5.5 底座72.5.6 液压支架的主要液压元件和泵站82.6 液压支架工作状态及布置102.7 液压支架的支护方式112.8液压支架设计目的、要求和设计必要的基本参数112.8.1 设计目的112.8.2 液压支架设计的基本参数112.9 本文做的主要工作123 大采高工作面概况及设备选型123.1 工作面总体来压情况133.2 大采高工作面设备选型133.2.1 工作面设备选型配套

9、原则133.2.2 液压支架的选型143.2.3 采煤机选型163.2.4 刮板运输机选型164 大采高液压支架整体结构尺寸设计174.1 支架高度、支架间距、底座长度的确定174.1.1 支架的高度和支架的伸缩比174.1.2 支架间距和宽度的确定184.1.3 梁端距的确定194.1.4 支架底座长度的确定194.2 支架四连杆机构的确定194.2.1 四连杆机构的作用194.2.2 四连杆机构定位尺寸和极限参数的确定204.2.3 四连杆机构的设计214.3 顶梁长度的确定254.3.1 支架工作方式对顶梁长度的影响254.3.2 顶梁长度计算264.4 立柱布置284.5 通风断面的计

10、算285 大采高液压支架主要部件的选择设计305.1 支架主要部件的设计要求305.2 顶梁的选择设计305.3 顶梁侧护板的选择设计325.3.1 主要作用325.3.2 侧护板的种类与选择335.3.3 侧护板的结构型式335.4 底座的选择设计345.5 掩护梁的选择设计355.6 掩护梁侧护板的选择设计365.7 连杆的选择设计365.8 推移机构的选择设计385.9 提底座机构选择设计406 立柱和千斤顶的设计426.1 立柱的设计426.1.1 立柱类型的选择及其结构426.1.2 立柱上、下柱窝位置的确定436.1.3 双伸缩立柱缸径的确定486.1.4 泵站压力的确定486.1

11、.5 立柱初撑力的计算486.1.6 立柱工作阻力的计算496.1.7 立柱缸体壁厚的计算496.1.8 立柱强度和稳定性验算506.2 平衡千斤顶的设计566.2.1 平衡千斤顶位置的确定576.2.2 平衡千斤顶参数的确定596.3 推移千斤顶616.4 侧推千斤顶626.4.1 侧推千斤顶的控制方式626.4.2 侧推千斤顶位置的确定627液压系统的设计637.1 液压系统的设计637.1.1 液压系统的特点637.1.2 液压支架的工作机构637.1.3 液压支架的控制方式657.1.4 液压支架的控制系统667.1.5 液压支架液压阀的密封技术分析667.1.6 液压支架的液压系统图

12、678 液压支架主要技术参数的确定688.1 支护面积688.2 支护强度698.3 支护效率708.4 底座接触比压708.5 液压支架主要技术参数一览表739 液压支架的受力分析769.1 支架的工作状态分析769.2 支架计算载荷的确定769.3 大采高液压支架整体力学分析779.4 支架受力分析与计算819.4.1 立柱倾角的计算829.4.2 顶梁的受力分析与计算829.4.3 掩护梁的受力分析与计算849.4.4 底座的受力分析与计算859.5 顶梁的载荷分布8710 液压支架的强度计算8910.1 强度条件8910.2 顶梁强度校核9010.3 底板强度校核9610.4 耳板的强

13、度校核9910.5 掩护梁强度校核10110.6 销轴的强度校核10511 液压支架的使用与维护10711.1 液压支架操作维护要求10711.2 液压支架操作10711.3 液压支架操作管理事项10711.4 维护和管理的具体内容10811.5 液压支架的故障及排除10911.5.1 结构件和连接销轴11011.5.2 液压系统及液压元件11011.5.3 支架在操作过程中的问题111参考文献113翻译部分115英文原文115中文译文120致谢124中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第 124 页1 前言我国液压支架技术起步于20世纪60年代末70年代初,当时煤炭科学研究总院北京开采所、

14、太原、唐山和上海研究所等单位都先后开始对液压支架展开研究。30多年来，先后开发研制了垛式、节式和掩护式等系列液压支架,并且针对不同地质条件和煤层厚度开发了大采高液压支架、薄煤层液压支架、大倾角液压支架和铺网式等液压支架。20世纪50年代前，在国内外煤矿生产中，基本上采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱铰接顶梁来支护顶板。1954年英国首次研制出液压支架，目前，以液压支架为主体的地下综采设备，已逐步向程控、遥控和自动化方向发展。我国是煤炭生产大国，在20世纪60年代也曾研制了几种液压支架，但未得到推广和应用。20世纪70年代，我国从英、德、波兰和前苏联等国家引进数十套液压支架，经过使用、仿制和总结经

15、验，到20世纪80年代以后，我国液压支架的研制和应用获得了迅速的发展，相继研制和生产了TD系列、ZY系列和ZZ系列等20多种不同规格的液压支架。目前，在国内大、中型矿井中，条件合适的煤层均采用液压支架进行综合机械化开采。1980年起，人们取得了对自移式液压支架的研制成功并逐步改进完善，进而普遍推广应用，使回采工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护控顶等工序全部实现综合机械化，煤矿取得了较大综合效益。采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化采煤不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻繁重的体力劳动，改善工人的作业环境，保护工人的生

16、命安全，是煤炭工业技术的发展方向。我国综采技术日趋成熟，不但生产水平，而且工艺水平已进入世界先进行列。液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之一，其重量约为综采设备总重量的80%-90%，其费用约占综采设备总费用的60%-70%。因此，为了降低成本，提高采煤的经济效益，世界各产煤大国都一直在积极地开展液压支架的研究。2 绪论2.1 国内外液压支架的研究现状综合机械化采煤是煤炭工业的一次技术革命，从根本上改变了煤炭工业的面貌，综合机械化采煤是20世纪人类科技发展的重要成果。综合机械化采煤技术在我国的研究试验、使用、发展，彻底改变了我国煤炭工业的面貌，降低了工人的劳动强度，提高了产量、劳动生产率和企

17、业效益，满足了国民经济建设对煤炭的需求，合理的集中生产简化了生产系统，提高了生产安全性。我国综采技术发展的30多年，使我国的煤炭生产技术水平跨进了世界先进行列，综放技术跃居世界领先地位。工作面支护问题始终是困扰煤矿生产安全、产量和效率的重要问题。因此以液压支架为主要设备的综合机械化采煤(以下简称综采)的诞生和发展是煤矿生产发展史上的一次重大革命。不仅从根本上改善了劳动和安全条件，也为工作面产量和效率的迅速提高奠定了基础，使煤矿生产面貌彻底改观。但是综采设备初期投资高，特别是液压支架占综采设备总投资约60%，因此液压支架的合理选用尤显重要。2.1.1 国内液压支架现状我国在1964年由太原分院和

18、郑州煤机厂设计70型迈步式自移支架，从此开始了液压支架的国产化道路。1984年，北京开采所、沈阳所、郑州煤机厂在沈阳蒲河矿进行我国第一套放顶煤液压支架的工业性试验，继而研制了多种低位、中位和高位放顶煤支架，成功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层工作面使用。1990年后，国产液压支架得到了全面的发展，到1998年止，全国己建成88处高产高效矿井，其中14处矿单个工作面的单产达15.72万吨/月，原煤生产人员效率达9.16吨/工，综采机械化水平达49.32%，达到了世界先进水平。30多年来在液压支架技术不断发展中，形成了以煤科总院专业研究所和骨干支架制造厂设计所为主的支架研究设计队伍，采用计算

19、机CAD进行各种类型支架的设计，用有限元计算软件等进行计算，并普及计算机绘图。我国制订的缓倾斜工作面顶板分类及其它研究成果为支架设计、选型和使用提供了有力的指导依据。制造方面形成以原部属专业制造厂为主、机械工业部及船舶制造总公司等工业厂为辅的制造体系，以及以国家煤矿支护设备质量检测中心为骨干的检测队伍。制定有关支架检测标准n项，建立了各项支架检测手段，造就了一支研究制造和使用液压支架的庞大队伍；形成了研制液压支架的雄厚基础。不仅能满足国内的需要，还向美国、俄罗斯、土耳其和印度等国家出口液压支架或成套综采设备。2.1.2 国外液压支架现状80年代以来，世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、

20、降低成本、实现矿井集中生产做努力，人们积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的新一代液压支架的研制。新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm。为减少割煤时间，一般采用0.8一lm的截深。支架还采用屈服强度800I000MPa的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为40一50MPa，额定流量400800L/min，实现工作面支架的单架程控或分组程控操作，其移架速度可达到6一8s/架。美国是

21、世界上最先进的采煤国家，早在1990年就己采用额定压力50MPa、额定流量478L/min的乳化液泵站，以实现支架快速推进，移架速度达68s/架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架，使用寿命8一10年，可用率高达95%一98%。支架平均工作阻力6470kN(最大为9800kN)，支架宽度普遍增大，中心距达到1.75m，并向2m发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。如洛斯公司20英里矿在2505280m长壁综采面用工作阻力为28565kN电液控制两柱掩护式支架，1997年6月产商品煤90.43万吨，成为世界上首次月产商品煤近百万吨的工作面；1995年9

22、月，糜鹿矿用工作阻力为8900kN电流控制的两柱掩护式支架，月产煤达到60.11万吨。美国综采工作面最高日产超7万吨，工效1336吨/工。澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产，使用两柱掩护式支架，支架的平均工作阻力7640kN。如尤兰矿用电流控制的两柱掩护式支架，在1995年8月8日创下澳大利亚有史以来日产3.41万吨的最高记录，班产一直保持在5000一6000吨。英国也在大力发展两柱掩护式支架，工作阻力有了很大提高，达到60008000kN。2.2 液压支架的发展方向当前，世界液压支架发展方向：1) 掩护支架化由于掩护与支撑掩护式支架的优良性能，今后仍将是工作面液压支架的主要架型。2

23、) 轻型化进行优化设计，减轻支架重量，这样不仅降低成本，而且利于运输搬家，适应中小矿井和地质构造较复杂的煤层。中国、俄罗斯和欧洲一些国家的液压支架有这种发展趋势。3) 强力化为适应工作面高产、高效，增加液压支架的可靠性，减少维修，满足地质条件较好的大、中型矿井集中化生产等要求，在美国、澳大利亚等国，这种液压支架强力化的趋势比较明显。4) 多样化由于煤矿地质条件、采煤方法以及生产，管理等各不相同，对液压支架提出了各种不同的要求。为使液压支架更加合理，实用，面向用户，结构也趋于多样化。液压支架的使用范围，如适应的采高、倾角，顶底板条件及采煤方法等更为广泛。5) 成套化与系列化液压支架只有与采煤机、

24、输送机等设备共同配套使用，才能最大限度地发挥作用。由于液压支架使用范围逐渐扩大，要求与采煤机、输送机等设备进行成套化设计与制造。此外，液压支架还要与特殊采煤工艺，如放顶煤、风力(水砂)充填、水平分层及急倾斜煤层开采等采煤工艺加以成套考虑。支架的液压元部件逐渐系列化，标准化，这样便于多样化的总体设计和实现支架的计算机辅助设计与制造(CAD一CAM)。6) 自动化电子液压控制系统可使液压支架实现程序、成组或者自动化集中控制，从而改善支护效果，适应工作面高产、高效和安全的要求。有的还与采煤机，输送机等一起实现自动控制。2.3 液压支架的组成液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系一般分为三大类，即支撑

25、式、掩护式和支撑掩护式。根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为四个部分：1、承载结构件 如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷；2、液压油缸 包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力；3、控制元部件 包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性；4、辅助装置 如推移装置、护帮（或挑梁）装置、伸缩梁（或插板）装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件、喷雾装置等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。2.4 液压支架的工作原理液压支架在工

26、作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。如图24所示。2.4.1 升柱和降柱当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液及进入立柱的活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，使于活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。 图24 液压支架工作原理1 输送机；2 推移千斤顶；3 立柱；4 安全阀；5 液控单向阀；6 操纵阀2.4.2 支架和输送机前移支架和输送机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆

27、腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。2.5 液压支架各部件结构及用途2.5.1 顶梁顶梁都为箱型结构，一般由钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘型顶梁，顶梁前端呈滑橇式或圆弧型，以减少移架阻力。在顶梁下面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，孔用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来。掩护式液压支架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。为了满足各种支架强度和刚度的要求，顶梁可分为整体顶梁和分段组合式顶梁两大类。用途：

28、l 用于支撑维护控顶区的顶板；l 承受顶板的压力；l 将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。2.5.2 掩护梁掩护梁是支撑掩护式和掩护式支架的特征之一，它直接承受冒落矸石的载荷和顶板通过顶梁传递的水平载荷引起的弯距，一般都采用有钢板焊接而成的箱体结构，在掩护梁上端与顶梁铰接，下部焊有与前、后连杆铰接的耳座。活动侧护板装在掩护梁的两侧。掩护梁的侧面形状有折线型和直线型两种，通常插腿式掩护式支架掩护梁采用折线型，结构强度高，可以增大通风断面，但工艺性差。掩护式和支撑掩护式支架多采用直线型，使得制造工艺简单。掩护梁一般做成整体，也有做成左右对分的对分式结构，尺寸小，易于加工、运输和安装

29、,但结构强度差。用途：l 掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座；l 掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩；l 掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸能力。2.5.3 活动侧护板目前用的掩护式支架都有比较完善的侧护装置，不仅掩护梁两侧有侧护板，而且主梁或整体顶梁从前排立柱到顶梁后端的两侧均有侧护板。支架工作时，一侧的侧护板是固定的，另一侧是活动的，制造式通常两侧侧护对称，活动侧护板通过弹簧套筒和侧推千斤顶与梁体连接，总装时按照需要将一侧用螺栓或销子固定在顶梁和掩护梁上。还有一种是两侧皆为活动侧护板，这种侧护板可以适应工

30、作面开采方向变化的要求，有利于放倒和调架。用途：l 消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙；l 防止冒落前是进入支护空间作为支架移架过程中的导向板；l 防止支架将落后侧倒；l 调整支架的间距。同时，侧护板必须同时具有导向、防倒和调架等功能，否则将因支架不平行、倾倒或间距加大而出现架间空隙，影响防钎效。2.5.4 连杆 前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分共同组成四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定。双扭线式支架的连杆应能承受从掩护梁传递来的冒落石的载荷和顶板水平运动引起的载荷，从而对它们有足够的要求，一般后连杆为整体铸钢件，前连杆为左右分支的铸钢

31、件,这样可使支架的有效利用空间大些。双扭线式支架的梁、各连杆虽然增加了支架结构的稳定性，但也因要抵抗顶板的水平运动大大增加了对支架承载构件的作用力，结果使构件断面增大，支架重量增加。掩护式和支撑掩护式支架的进一步发展方向之一是寻求减轻支架的重量的方法，其中一个办法就是把刚性连杆用液压油缸代替，它的最大承受载荷可由安全阀调定，这样适当控制支架承受的水平载荷，从而减轻支架的重量,但这样做的结果使得支架的稳定性降低，因此在限制液压连杆的受力时应满足支架稳定性的需要。2.5.5 底座底座有三种类型：整体式 整体式底座是用钢板焊接成的箱式结构,整体性强,稳定性好,强度高,不易变形,与底板接触面积大,比压

32、小；对分式 为使底座在一定范围内适应底板起伏不平的变化,通常把底座制成前,后或左,右对分式；底靴式 底靴式底座的特点是每根立柱支承在一个底靴上,立柱之间用弹簧钢板连接，立柱与底靴之间用销轴连接，结构简单，动作灵活，对底板的不平整适应性强，但刚性差，与底板接触面积小，稳定性差，一般用于节式支架。掩护式和支撑掩护式支架的底座多采用整体刚性平底座，各种形式的底座前端都制成滑橇形，以减小支架的移架阻力.同时底座后部重量大于前部，避免移架时啃底，底座与立柱之间连接处用铸钢球面柱窝接触，以免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销轴限位，防止立柱脱出柱窝。在整体式底座后部中间去掉一块钢板，减少底座后部与底板的接触

33、面积，增加底座后部比压,同时有利于排矸。2.5.6 液压支架的主要液压元件和泵站2.5.6.1 立柱立柱是支架实现支撑和承载的主要部件，它直接影响到支架的工作性能，同时还处于高压受力状态，因此，立柱除了具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压和抗弯强度，密封良好、结构简单并能适应支架的工作要求。立柱类型： 立柱按动作不同分为单作用立柱和双作用立柱；按结构不同可分为活塞式和柱塞式；按伸缩不同可分为单伸缩式和双伸缩式立柱。单作用立柱是属于液压升柱、自由降柱的工作方式，应用较少，目前广泛采用的是双作用活塞立柱，依靠液压力来实现升柱和降柱。在伸缩方式上，大多采用单伸缩，只有当煤层厚度比

34、较大，或为了扩大支架调高范围时才采用双伸缩立柱。立柱结构：液压支架实际上是推力油缸作为支撑装置，具有以下特点：立柱一般由活塞、活塞杆、缸体三部分组成，由于支架工作时，立柱承受的载荷较大，降柱力较小，故活塞杆直径较大，常采用空心结构，以保证有足够的刚度，活塞一般采用Y型密封圈，铜环导向，缸体底部焊接，缸体与缸盖之间用钢丝、螺纹或卡环连接。立柱的头部结构为球型，顶梁、掩护梁、底座之间的连接采用销轴活压块固定，以便立柱工作时有一定的适应性。立柱的供液方式有外供液和内供液两种，一般双伸缩立柱采用内供液方式，单伸缩立柱大多用外供液方式，此方法简单，加工、维修都很方便。为在一定范围内适应煤层厚度变化，立柱

35、上端可根据需要装设机械加长杆，以增加支架高度，但其长度必须控制在立柱刚性所允许的范围内才可以。2.5.6.2 液控单向阀液控单向阀是支架液压系统中的关键元件之一，通常称为“液压锁”。支架的工作可靠与否，与单向阀的密闭性能有直接关系，如果单向阀锁不住立柱下腔的工作液体，支架就会出现自动慢慢下缩，是不允许的，如果液控单向阀动作不灵敏，则立柱的初撑力就达不到设计要求，因此要求液控单向阀密封可靠、动作灵敏，并要求使用寿命长。2.5.6.3 安全阀安全阀也称为定压阀，它与液控单向阀组合在一起，是液压支架不可缺少的一种控制阀。安全阀是使支架保持平衡工作特性和可伸缩性的重要元件，和液控单向阀一样，它长期处于

36、高压状态。支架经常的工作状态取决于顶板压力逐渐增强和顶板岩石的极其缓慢下沉情况。若安全阀的密封性能不好，不能保证支架达到设计的工作阻力和稳定的工作状态，故要求安全阀的动作灵敏，阀的开启压力和关闭压力差值很小，有一定的卸荷开口量，密封可靠和工作稳定，没有震荡现象，有较长的使用寿命，结构简单，拆装方便。液压支架采用安全阀均为直动式，结构简单、工作灵敏度高，过载时，它能及时起到溢流作用，利用液压和弹簧力的相互作用，以实现阀的开启溢流和复位定压作用。2.5.6.4 操纵阀操纵阀是控制各液压缸进出油路使立柱完成各种动作的开关，故要求密闭性好，工作可靠、操作方便。操纵阀的机能通过和位数必须满足支架的动作要

37、求，操纵阀的机能一般在停止位置时，各个通路应全部回液，相当于“Y”型机能，故操纵阀上油液高压进液口和一个低压回路上。操纵阀按控制不同，可分为手控、液控、电控和电液控四种，按动作原理可分为往复式和回转式两种。往复式：往复式操纵阀的阀芯元件是沿轴向做往复运动，开闭进出口油路实现换向作用。它采用结构为二位三通或三位四通电磁阀构成组合机构，每个阀独立操作可实现复合化。但体积大，结构较复杂，阀的操作机构一般采用杠杆式凸轮闭轮锁的控制装置，也可用电控或电液控，因此往复式操作有利于实现遥控和自动化。回转操纵阀：回转操纵阀优点是体积小，位数多，操作简单方便，但只有单一动作，难以实现组合操作。2.5.6.5 泵

38、站泵站一般有乳化液泵、乳化液箱和一套压力控制与保护装置组成，装在可沿轨道或底板移动的平板列车上，泵站是液压支架的动力源，一般按设在中间运输巷内，支架的液压传动以乳化液作为传递能量的介质，泵站的工作压力除了应满足支架初撑力要求的压力和千斤顶的最大压力外，还应加上管路损失。2.6 液压支架工作状态及布置图2-5所示为液压支架在工作面的布置示意图。每个工作面一般由滚筒采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、乳化液泵站和油管等主要设备组成。为了实现顶板及时支护，常采用先移架后推溜的方式。采煤机每切割一刀，液压支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四个主要动作过程。A-A截面是采煤机割煤前支架的工作状态。此时

39、，推溜千斤顶活塞杆处于伸出状态，端间距为零，输送机紧靠煤壁。采煤机割煤后，支架尚未前移时（B-B截面），端面距最大（等于采煤机截深）；当支架降柱卸载前移，然后升柱支护新裸露顶板时，端面距又达到最小（C-C截面）。支架支撑顶板后，以其为支点操作推溜千斤顶。将输送机推向煤壁，实现推溜。此时，推溜千斤顶的活塞杆又处于伸出状态（D-D截面），以便完成下一个动作过程。随着采煤机割煤的继续，工作面液压支架不断重复上述四个主要动作过程。从而对顶板进行及时支护，防止顶板冒落，保持一定的作业空间，确保综采工作面人员和设备的安全，实现顶板管理及采煤作业过程机械化，提高采煤工作效率。图2-5 液压支架在工作面布置示

40、意图1采煤机 2液压支架 3传送带输送机 4转载机 5刮板输送机 6主进液管7主回液管 8乳化液泵 9乳化液箱 10端头支架 11单体液压支柱2.7 液压支架的支护方式综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。3个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的3种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。1、即时支护一般循环方式为：割煤移架推溜。即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。2、滞后支护一般循环方式为：割煤推溜移架。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板。3、复合支护一般循环方式为：割煤支

41、架伸出伸缩梁推溜收伸缩梁移架。复合支护的特点是，支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。2.8液压支架设计目的设计必要的基本参数2.8.1 设计目的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。为了满足对煤炭日益增长的需要，必须大量生产机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面。而且每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的底板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层的物理性质等的不同，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

42、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。2.8.2 液压支架设计的基本参数（1）顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。（2）最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。（3）瓦斯等级 根据瓦斯等级，按安全规程规定，验算通风断面。（4）底板岩性及小时涌水量 根据底板岩性及小时涌水量验算底板比压。（5）工作面煤壁条件 根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。（6）煤层倾角 根据煤层倾角，决定是否选用防倒防滑装置。（7）井筒罐

43、笼尺寸 根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。（8）配套尺寸 根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀以实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸（立柱和千斤顶）种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统。2.9 本文做的主要工作1、基本参数的确定2、四连杆机构的选择与设计3、底座形式的选择与设计4、顶梁形式的选择与设计5、掩护梁形式的选择与设计6、侧护板形式的选择与设计7、推移装置形式的选择与设计等等。3 大采高工作面概况及设备选型3.1 工作面总体来压情况图31大采高工作面总体来压规律表31顶板跨落来压特征可以看

44、出，在第1关键层(20m处)断裂、垮落后，工作面来压明显增加，导致支架初撑力不足，断裂线向煤壁方向移动，同时破断角增大，工作面压力显现明显。3.2 大采高工作面设备选型3.2.1 工作面设备选型配套原则(一)生产能力配套 工作面生产能力取决于采煤机落煤能力，而刮板输送机、液压支架及运输巷运输设备的运输能力要高于采煤机生产能力的20以上，要保证工作面高产，工作面运输设备的运输能力要大于采煤机的落煤能力，液压支架的移架速度一定要满足采煤机高产快速运行的要求。1、采煤机生产能力选择，采煤机的生产能力的决定是依据工作面的年产量及每小时生产能力而确定的。采煤机生产能力(th)=60(minh)采高(m)

45、截深(m)采煤机牵引速度(minm) 煤的密度 (tm3 )系数2、刮板输送机生产能力要高于采煤机的生产能力。 3、液压支架生产能力的确定，为了保证工作面采煤机连续截煤，整个工作面支架的移机速度应大干采煤机连续截煤的平均截煤牵引速度。 (二)性能配套 主要解决各设备性能互相协调与制约的问题，从而发挥设备性能，满足安全生产需要。(三)空间配套 从安全角度出发，支架前柱到煤壁的无立柱空间宽度越小越好。 (四)寿命配套 采煤机、刮板输送机和液压支架的大修周期应相互配套。综合机械化采煤是将工作面的落煤、装煤、运煤、支护的各个环节有机的联系在一起，使各个环节实现机械化的过程，各设备之间的合理匹配，将使效

46、率显著提高，劳动条件将有很大改善。3.2.2 液压支架的选型液压支架选型原则： 1、支护强度应与工作面矿压相适应。支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和基本顶岩层移动产生的压力，将空顶区的顶板移近量控制到最小程度；2、支架结构应与煤层赋存条件相适应；3、支护断面应与通风要求相适应，保证足够风量，且风速不能超过规定值；4、液压支架应与采煤机、刮板输送机等设备相匹配。支架的宽度应与刮板输送机中部槽长度相一致，推移千斤顶的行程应比采煤机截深大100200mm，支架沿工作面的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速度并能满足生产指标。3.2.2.1 架型的确定该工作面煤质较松软(f=0.30.5)，顶板中等稳

47、定，底板岩性较软，且工作面内发育断层较少，煤层起伏变化不大大。根据上述原则，通过对该工作面开采地质条件分析、研究，最终确定选用二柱支顶掩护式支架。如图32所示：图32二柱掩护式支架3.2.2.2采高的确定该工作面煤厚4.06.0m，平均厚度5.2m。从提高回采率和控制顶板两方面考虑，支架最大高度应为6.3m。根据双伸缩立柱的伸缩比，支架的最低高度应为2.8m。3.2.2.3支架中心距的确定支架的中心距，目前国内外有1.25m、1.50m、1.75m、2.0m四种。从大采高支架使用的稳定性和配合采煤机牵引速度实现快速采煤考虑，1.75m乃至2.0m的宽支架更优越。特别是在选用大功率采煤机时，需1

48、47mm节距的销轨，这就要求必须采用中部槽1.75m长的运输机，故选择1.75m中心距的支架。3.2.2.4工作阻力的确定目前，国内外确定支架支护强度和工作阻力，通常采用岩重倍数法和经验类此法来估算。通过对比两种方法计算结果，取其最大值q = 0.7MPa计算本工作面支架工作阻力。P=Kp.q.s=9581KN式中：P支架工作阻力；Kp动载系数(取1.25)； s支架的支护面积(取10.95)；通过对国内外架型分析、研究，结合该工作面开采技术条件，最终选定支护强度为1Mpa的ZY10800/28/63型支架作为该工作面支架，能够保证工作面支护强度。为防止煤壁片帮，液压支架增设二级护帮板，以增强

49、对煤壁支护效果。3.2.3 采煤机选型采煤机的选型直接关系到安全高效能否实现。实行一次采全高，在选择采煤机时着重考虑以下因素：（1）功率采煤机功率的确定一般主要看所切割的煤的硬度与韧性。该面煤层硬度低，易于切割，但面内断层较多，煤层起伏及倾角变化较大，为保证遇断层时具有足够的切割岩石的能力，实现连续、高效回采，故该面应选择大功率采煤机。（2）牵引速度本工作面设计生产能力3.0Mt/a，根据有关参数计算，平均日循环应达到12刀，要求采煤机的平均牵引速度应在15m/min左右。（3）技术先进性与可靠性目前，国内外采煤机的发展主流为交流电牵引采煤机。从技术先进性看，国内外几个主要采煤机厂家的主要产品

50、相差不大，但可靠性有较大区别。国外采煤机一般开机率在7095%，而国产采煤机的开机率在50%60%左右。综合以上因素，并对供货周期、价格、性能进行比较，最终选定西安煤矿机械厂生产的MG750/1910-WD型交流电牵引采煤机用于该工作面生产。3.2.4 刮板运输机选型刮板输送机选型原则： 1、刮板输送机应能保证工作面落煤生产能力需要，选择刮板输送机应以工作面最大生产能力乘以1.2的不均衡系数为基础；2、结构形式一般与采煤机相配套，输送机槽的结构应与工作外面底板条相适应，并应考虑与采煤机底板托架和行走机构尺寸相匹配；3、输送机铺设长度可根据刮板输送机技术特征、输送量、链速和工作面倾角等因素确定。

51、根据工作面生产能力的要求以及采煤机、液压支架和运输机的配套关系，参照国内外工作面输送机的技术参数以及该矿区近几年综采 “三机”配套成熟的经验，最终选定SGZ1000/3000型运输机。表33工作面设备配套汇总表设备名称产地型号技术参数采煤机西安MG750/1910-WD装机功率为1910KW，供电电压为3300V，采高为2.7-5.5m液压支架郑州ZY8000/35/60工作阻力为8000KN，支撑高度为3.5-6.0m，支护强度为0.6-0.75MPa刮板输送机张家口SGZ-1000/3000运输能力为3000t/h，总装机功率为3*1000kw，电压等级为3300v转载机张家口SZZ135

52、0/525运输能力为4000t/h，总装机功率为525kw，电压等级为3300v破碎机张家口PCM400破碎能力为4000t/h，总装机功率为400kw，电压等级为3300v乳化液泵无锡煤机厂BRW400/31.5额定压力为31.5MPa，额定流量400L/min，数量为2台带式输送机山西煤机厂SSJ-1200/2*250功率为500KW，输送带宽度为1200mm，运输能力为1400t/h4 大采高液压支架整体结构尺寸设计4.1 支架高度,支架间距,底座长度的确定4.1.1 支架的高度和支架的伸缩比1、支架高度支架高度的确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定， 其

53、最大与最小高度为： （4-1） （4-2）式中： 支架最大高度（mm）；支架最小高度（mm）；煤层最大厚度（mm）；煤层最小厚度（mm）；考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可能靠初撑力所需要的支撑高度，一般取200300mm；顶板最大下沉量，一般取100200mm；移架时支架的最小可缩量，一般取50mm；浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm。取=200mm，由设计给出的参数可得，支架最大高度为6000mm，最小采高没有给出要求，参照采煤机及刮板输送机的情况选择3500mm。2、支架的伸缩比液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。一般范围是1.5至2.5，煤层较薄

54、时选大值。但是考虑尽量减轻支架重量，降低造价，可搞系列化，加强支架对顶底板的适应性，降低伸缩比，尽量采用单伸缩油缸或带机械加长杆来增加调高范围。该支架的伸缩比：4.1.2 支架间距和宽度的确定所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离，按如下公式计算： （4-4）式中： 支架间距（支架中心距）；每架支架顶梁总宽度；相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙；每架所包含的组架或框架数整体自移式支架；整体迈步式支架；节式组合迈步支架2支架节数。支架间距主要根据支架形式确定，但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，千斤顶连接位置在刮板槽中间，所

55、以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5m。取=1600mm，=100mm，=1则=1600+1001=1700mm4.1.3 梁端距的确定所谓顶端距是指移架后顶梁端部至煤壁的距离。梁端距是考虑由于工作面顶板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向液压支架倾斜，为避免割到顶梁而留的安全距离。支架高度越大，梁端距也应越大，根据支架高度，我们选定梁端距=365mm。4.1.4 支架底座长度的确定底座是将顶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，一个移架步距为0.6m，即2.1米左右，支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距，即2.4米左右。4.2 支架四连杆机构的确定4.2.1 四连杆机构的作用1梁端