综采放顶煤液压支架研究与设计_图文

1、 河北科技大学硕士学位论文第4章工作面放顶煤过渡液压支架的设计第4章工作面放顶煤过渡液压支架的设计4.1主要参数设计4.1.1支架工作阻力及高度确定放顶煤过渡支架的工作阻力大小,依据与之配套的工作面支架的工作阻力及端 头的支护方式确定。在不配用端头支架的放顶煤工作面,过渡支架作为整个工作面 的排头支架,对整个工作面起到锚固作用,支架工作条件恶劣,受力情况复杂,放 顶煤过渡支架的工作阻力要高于工作面支架的工作阻力。根据相关的地质条件和矿 压显现,确定支护强度为0.62MPa左右,反算支架工作阻力为4600kN,选用直径200mm 的立柱,安全阀开启压力为36.6MPa,每根立柱工作阻力为1150

2、kN,初撑力为990kN, 初撑力与工作阻力,可以满足使用要求。4.1.2调高范围的确定放顶煤过渡支架的最大高度可依据巷道、端头支架、工作面支架的高度来确定。 由于刮板输送机过渡段设备升高,一般放顶煤过渡支架的最大高度不小于工作面支 架高度,但不大于端头支架高度。放顶煤过渡支架的最小高度以能方便运输为准。 考虑到工作面中部支架高度、巷道高度以及为保证有足够的空间安放电机和减速机, 确定该支架的设计高度为1.7-2.8m。4.1.3支架宽度确定根据煤矿实际的地质条件、巷道断面和无链牵引采煤机齿间距的大小而定,为 了有效减轻支架的重量,将支架中心距选定为1.5m,选用侧推千斤顶的行程为170mm,

3、 支架宽度为1430"-1600mm。4.1.4推移千斤顶的确定一般放顶煤过渡支架重量较大,底座前端比压也较大,移架时的额外阻力较大, 需要较大的移架力。此外,刮板输送机机头(尾的重量也较大,需要更大的推(拉 溜力。一般采用正推式推移机构,移架力大于3倍的支架重量。为了保证顺利的移 架和推溜,选用直径为180mm的推移千斤顶,并在液压回路上配置交替阀,以减小 推溜力,保证有足够的拉架力。根据以上分析计算,确定支架型号为ZFG4600/17/28反四连杆放顶煤过渡支架。河北科技大学硕士学位论文4.2主要结构设计4.2.1顶梁结构型式顶梁是支架的主要承载部件之一,直接与项板相接触,支撑顶

4、板,同时为回采 工作面提供安全的工作空间,起到掩护的作用,为此要求顶梁要有足够的强度。该 顶梁选用Q460高强度钢板焊接为箱型断面结构,具有良好的支撑和掩护功能。同时 顶梁侧护板安装在顶梁的侧面,主要作用是密封顶板上方,防止碎矸石从上面漏下 伤人,当工作面倾角较大时,顶梁侧护板可防止支架倒架,并且在支架前移时起到 导向、调架的作用。0/V图4.1项梁结构示意图4.2.2底座结构型式底座承受着由立柱、前后连杆以及推移机构传来的各种力和力矩,因受力复杂 而且大,因此在设计制造时,一定要保证其安全可靠。为了排矸方便,本部件结构采用中分式整体刚性构件,在底座中部下方开挡不 封闭,上方前端用过桥连接,后

5、端用箱体连接,使其变为整体刚性部件。图4-2底座结构示意图4.2.3连杆的型式选择前连杆安装在掩护梁和底座之间,是一个传递力的构件,通常情况下承受压力。 30第4章工作面放顶煤过渡液压支架的设计本支架的前连杆由一个较宽截面箱体的单连杆组成,是一个二力杆的构件,结构简 单;后连杆安装在前连杆的后部,结构为一个整体式的焊接部件,一般情况下承受 拉力,在支架受力时它还承受较大的扭矩,因此受力时比前连杆要复杂,该部件还 用来阻挡采空区的矸石窜入支架的内部。70一 静. 眠7、j jI ¨处 , 、埝 劭。 乡j .晰 、1H 代厂 、时. 犍 钐 8心 梦“ jj"/7,/1二a前

6、连杆 b后连杆图4.3前后连杆结构示意图4.2.4斜梁的结构斜梁是把顶梁承受的压力,通过自身传递到前、后连杆上。当顶梁或底座偏载 时,承受很大的扭矩及弯矩。图4-4斜梁结构示意图4.2.5尾梁尾梁为箱形断面结构,其中间部分为上下箱形断面,内含插板导向槽,因为尾 梁较短,插板在导向槽内移动,可控制放煤窗口处煤的流量。尾梁的主要作用是维 护好后部刮板运输机的一定空间,通过尾梁千斤顶控制摆动,以此实现架间的放煤 功能,根据块煤的大小,可以通过插板千斤顶和尾梁千斤顶控制放煤窗口的大小。图4-5尾梁结构示意图31河北科技大学硕士学位论文4.2.6推移机构推杆加推移千斤顶以及连接头等构成推移机构,它的一端

7、通过连接头与刮板运 输机相连,另一端通过千斤顶耳轴与底座相连,推杆是一个强度较大的箱形体。图4-6推移梁结构不恿图4.3主要特点1采用了斜梁结构型式的反四连杆机构,增强支架的支护强度和后部的空间, 具有较强的支护能力和高可靠性。2采用顶梁端头微翘加伸缩梁的结构形式,对顶板台阶及顶板起伏变化适应性 强,且接顶效果好,同时有利于对架前顶板的处理。3顶梁尾部角度设计合理,增大了后部刮板运输机维修空间。4.4主要技术特征1型式:低位放项煤;2支架高度:1700.2800mm;3支架宽度:1430.1600mm; 4支架中心距:1500mm;5支护强度:0.62MPa(平均;6对底板比压(尖端最大 0.

8、23Mpa;7支架初撑力:3959kN;8支架工作阻力:4600kN;9操作方式:本 架和邻架结合;lo重量:17960kg;11泵站压力:31.5MPa12立柱:q200根数:4;缸径:200mm;杆径:185mm;初撑力:990kN(P=31.5MPa,工作 阻力:1150kN(P=36.6a;液压行程:1091mm。13推溜千斤顶:q180;根数:1;缸径:180mm;杆径:100mm;推力/拉力: 246/552kN:行程:900mm.14拉溜千斤顶:q125;根数:l;缸径:125mm;杆径:85mm:推力/拉力: 385/207kN;行程:900mm。15侧推千斤顶:Q63;根数:

9、3;缸径:63mm;杆径:45mm;推力/拉力:98/47kN; 行程:170mm。16插板千斤顶:Q80:根数:2;缸径:80mm;杆径:45ram;推力/拉力:158/108kN; 行程:900mm。17尾梁千斤顶:q180;根数:2;缸径:180mm;杆径:105mm;行程:430mm; 初撑力:801l烈(P=31.5a:工作阻力:992N(P=36.6MPa。18伸缩千斤顶:9100;根数:2;缸径:100mm;杆径:70mm;推力/拉力: 32第4章工作面放顶煤过渡液压支架的设计247/126kN;行程:970mm;19底调千斤顶:q80:根数:2;缸径:80mm;杆径:60mm;

10、推力/拉力:158/69kN; 行程:160mm。4.5本章小结J量一瑚 沙匠鸟 主卜一 稽莓窝、让/心、 l &碳 v 烈 踞 蓼皇玉 bL 。耳I 圈 臻 !d茂iC一一I 甘l弦罡 I令H 么 惑辔 已詹 雨 氐阶彰l 醪 薹 趟 1l I、. 图4-7ZFG4600/17/28反四连杆放顶煤过渡支架本章介绍了工作面放顶煤过渡液压支架的设计,以ZFG4600/17/28放顶煤过渡 支架为例,简述了该架型的参数、结构设计,技术参数等。33河北科技大学硕士学位论文 34第5章液压控制系统设计第5章液压控制系统设计5.1液压系统的特点液压支架的传动机构由不同数量的立柱和千斤项组成,采用

11、各种操纵阀实现升 柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的立柱和千斤顶种类、数量很多,但其液 压系统都是采用并联系统的多执行元件。对于液压支架传动装置,应具备以下的基本要求:结构简单,设备夕型尺寸小, 能远距离传递较大的能量;能承受较大的载荷;没有复杂的传动结构;在有爆炸危 险和含粉尘的空气中能够保证工作安全:动作迅速;操作简单;过载及损坏保护机 构简单。容积式液压传动能够最大限度的满足这些条件,因此液压支架均采用这种传动。 液压支架的液压传动,与其他机械的容积式液压传动有很大的区别,其主要特 点如下:工作液体的压力高,管路内压力达20,-40Mpa,立柱内的压力可达3070Mpa, 流量大,可

12、以达到35140L/min;在液压系统中,采用粘度低和容量大的液体作为工作介质;液压缸、操作阀,其他调节和控制装置等数量大,个工作面的液压支架一般 需要高压泵1-6台,液压缸500.1500个,安全阀150.300个,还有同样数量的液控 单向阀;很长的液压管路,200-300Mpa的钢性管,500-3000Mpa的高压软管;泵液压缸传动系统的换算弹性模数较低;根据工作面支架的数量改变液流的参数;所有支架上都有相同功能的液压缸、液压装置以及它们之间都有相同的连接方 式及相同的液压系统;每节支架都重复相同的工序,这些工序的总和构成液压支架的基本工序;为了保证液压系统具有较高的容积效率,能够实现无故

13、障作业,保证工作人员 的安全,液压系统的执行元件和部件必须要有较好的密封性和可靠性。以上的这些基本特点决定了液压传动元件以及整个液压系统在结构上的特点, 即:液压支架以单节支架为单元,这就决定了液压系统的构成,即工作面液压支架 和端头液压支架的液压系统成为支架的基本组成部分。此外,还可以把泵站、控制 台和支架的管路系统等部分作为支架的公用液压系统。其中每一部分都具有独立的 功能,在完善液压传动系统或者制定新方案时,都可以单独加以研究设计。河北科技大学硕士学位论文5.2液压系统的设计放顶煤液压支架的工作机构一般由立柱、前梁千斤顶、侧推千斤顶、防片帮千 斤顶、尾梁千斤项、推移千斤顶、插板千斤顶、拉

14、后溜千斤顶等液压缸组成。1立柱立柱是支架受力的主要承载部件,为了能适应顶板的变化,改善受力状况,立 柱两端均采用球面结合方式,并用销轴固定与顶梁及底座铰接,来承受压力。立柱 柱头与顶梁相连接的销孔,在其两侧加工成喇叭口,通过直销与顶梁配合使用,使 顶梁能作左右的适当偏转,以使立柱在支架内可以灵活转动。2防片帮千斤顶防片帮千斤顶被应用与前梁的挑梁上,使挑梁伸出和缩回时能起到及时支护和 防片帮的作用。3前梁千斤顶前梁千斤顶是用来支撑支架前梁的,通过千斤项的伸缩以使前梁向上或向下摆 动,以便更好的维护顶板。4侧推千斤顶侧推千斤顶的作用是伸出或收缩活动的侧护板,使支架具有挡矸、防倒和调架 的性能。5尾

15、梁千斤顶尾梁千斤顶用来支撑起支架的尾梁,在支架后部形成工作空间,并使尾梁向下 或向上摆动,以便使顶煤落入后部刮板输送机或挡住矸石。6插板千斤顶插板千斤顶的作用是使尾梁体内的插板伸出或缩回,用来挡矸、破煤或放煤。 7推移千斤顶推移千斤项的作用是用来推进工作面刮板输送机和拉移支架,缸体与支架底座 相连,活塞杆通过推移杆与工作面刮板输送机相连。36图51ZF4000/16/28放顶煤液压支架液压原理图 37第5章液压控制系统设计河北科技大学硕士学位论文图5.2ZFG4600/17/28放顶煤过渡支架液压原理图5.2本、邻架控制系统目前我国煤矿的综放工作面支架大部分采用本架控制方式来实现对支架的控第5

16、章液压控制系统设计;:=:=;=;=;=制。这种控制方式安全隐患较大,操作者直接处于被操作支架的下方,支架的降、 移、升等动作对操作者本身安全存在较大安全隐患,在这种情况下,大倾角煤层、 破碎煤层等恶劣条件,工作面的支架显得尤为突出。此外该控制系统的主阀为长手 柄直接驱动的片式换向阀,俗称片阀。该阀是国内六、七十年代引进的产品,设计 落后,结构复杂,体积大,由多个零件叠加而成,操作时力矩大,密封性能差,过 液阻力大,在井下维修困难,通常使用寿命不超过3000次,采煤效益较低,因此采 用该种片阀控制系统,己不能够适应煤矿稳定、高产的需要。在国外发达产煤国家, 本架操作系统的支架已经被淘汰,在支架

17、控制系统上必须采用邻架控制功能,其控 制方式有两种形式:液压先导控制系统和电液控制系统。当前国内的支架邻架控制形式大多采用多胶管式的液压控制系统,该系统以小 流量片式操纵阀为先导阀,以大流量片式液控阀为主阀,操纵阀的每一个控制口都 需要一根KJl0的胶管与主阀液控口相连,这样需要大量的胶管,不仅难以在狭窄的 支架空间内布置,移架时胶管容易出现拉扯和折弯的损坏现象,再加上先导阀和主 阀的结构与片阀相似,同样存在上述问题,因此整个邻架液压控制系统的稳定性和 可靠性大大降低,使得多胶管式邻架控制系统难以推广应用。近年来,电液控制系统在国内的一些工作面上开始使用,电液控制系统自动化 程度高,对于煤层厚

18、、工况单一,地质条件好的采煤工作面,可以很好的发挥作用, 并且取得了良好的效果,但在我国大多数煤矿中,能够有这样条件的采煤工作面所 占比例很少,大多数还是破碎煤层和急倾斜煤层等地质复杂煤层,这部分约占总数 的六成以上,该类地质条件的工作面,很难能够实现支架的完全自动化程序化控制, 电液控制系统难以充分发挥作用,多数实现的是邻架控制功能,相当于邻架操作控 制系统的作用;另方面,电液控制系统机构复杂,价格较高,而且其维修维护、 管理使用等综合成本也很高,在一定程度上提高了煤炭生产企业的单位成本,降低 了企业的效益,也是制约其广泛使用的另一个原因。5.3.1本、邻架控制系统介绍FHS系列多芯管先导式

19、本邻架液压控制系统是新一代的液压支架控制系统,该 系统获得国家多项专利成果,在国内属首创,具有国际先进技术水平。本邻架系统 是以纯液压方式来实现本邻架混合控制。这是一种全新设计的本邻架控制系统,全 新的液控主阀和先导阀,特别是在连接方式上,采用液路集成和多芯管连接技术, 具有诸多新特性,该系统很好的实现了支架的邻架控制功能和本架、邻架的混合控 制功能,安全性高,同时该系统以液压源为动力,具有系统简单、易维护、可靠性 高、操作捷便、好管理等优点,能够适应各种不同复杂的并下地质条件。该系统是 介于普通片阀和电液阀之间的一种高产高效、更能适应我国国情、有广阔的市场发 展空间的新型支架液压控制系统。河

20、北科技大学硕士学位论文由于以上原因,本次支架操作系统选择本邻架控制系统,为放项煤煤层安全高 效开采创造良好的外部条件。本、邻架先导操作系统采用本架和邻架相结合的独特先导控制方式,架与架之 间采用单根多芯管连接。由于高产高效的需要,支架需采用大流量的操作系统,普 通操作阀不仅体积大,且需要较大的操作力矩,不方便操作;采用电液控制系统又 有投资大,操作复杂的弊端;而采用液控先导控制方式,既解决了大流量操作阀体 积大,操作力矩大的问题,而且投资还小。其中支护功能采用邻架先导控制方式, 包括支架升降、拉架、推溜、伸缩梁的伸收、侧护板的伸收、护帮板的伸收、底调 梁的伸收等动作。这些支护功能动作的完成是由

21、操作者站在上方相邻支架内操作的, 可以保证操作者的人身安全;而放煤功能则采用本架控制方式,包括后溜千斤顶的 伸收、插板的伸收、尾梁的伸收等动作。这些放煤功能的动作是由操作者在本架内 操作完成的,操作者可以清楚的观察到放煤处的情况,能够及时调整插板及尾梁的 动作,可以有效的提高放顶煤工作的质量和效率。支架与支架之间的连接方式采用单根多芯管取代以往的多根高压胶管,简化了 管路系统。本邻架相结合的操作方式,使得操作功能划分更加明确,避免了误操作, 确保操作者的人身安全,提高了放煤工作的效率与质量。本邻架操作系统是在邻架操作系统的基础上增加了本架先导控制功能,系统由 本架先导阀组、邻架先导阀组、主阀组和多芯管组成,系统在支架上的布置是:本 架的先导阀组安装在主阀组上面,邻架的先导阀组安装在本架的左侧或右侧邻架上, 主阀组安装在本架上,主阀组与邻架的先导阀组通过多芯管连接起来,两组先导阀 组通过安装在主阀组上的双交替阀来对主阀芯进行交替控制。5.3.2FHS200