支撑掩护式液压支架设计CAD图纸+说明书+外文翻译
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共73页)
编号：90129406
类型：共享资源
大小：7.80MB
格式：ZIP
上传时间：2020-07-22
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
支撑
掩护
液压
支架
设计
CAD
图纸
说明书
外文
翻译
- 资源描述：
-
支撑掩护式液压支架设计CAD图纸+说明书+外文翻译,支撑,掩护,液压,支架,设计,CAD,图纸,说明书,外文,翻译
- 内容简介：
-
本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 支撑掩护式液压支架设计 专 题： 指导教师： 职 称： 副教授 二O 年 六 月 毕业设计任务书学院 机电工程学院 专业年级 机械工程及自动化 学生姓名 任务下达日期： 毕业设计日期： 毕业设计题目：支撑掩护式液压支架设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1根据设计参数，确定支架基本类型及其结构参数； 2完成四连杆机构的参数设计；3完成各构件结构设计、受力分析及其强度校核；4完成主要部件、组件及主要零件工作图的设计；5编写完成整机设计计算说明书院长签字： 指导教师签字： 毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本设计主要阐述了一般支撑掩护式液压支架的设计过程。首先，通过对四连杆机构的设计来确定支架的四连杆机构各杆系的长度及其相对空间位置；然后，确定液压支架的性能参数；其次，通过二维软件AuotoCAD来进行结构设计以达到优化；接着，以力学模型为依据，分析了液压支架的顶梁、掩护梁、底座上载荷的作用机理，得到了较为合理的支架载荷的计算公式；再次，结合本次设计的支架，从平面和空间两方面对支架主要结构件进行受力分析；最后对支架主要结构件强进行度效核。由于该煤层厚度较厚，选用支撑掩护式液压支架。煤层厚度介于3.5m-5.5m之间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大且抗水平推力强且带护帮装置的支撑掩护式支架。支架采用正四连杆机构，以改善支架受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用双伸缩作用液压缸，以增加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移千斤顶采用框架结构，以减少推溜力和增大移架力。关键词：液压支架 液压 四连杆机构 采煤 支架选型 受力分析 强度校核ABSTRACTThe article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. In the task,firstly, the optimal values of some parameters of the leading four-bar mechanism are determined. Secondly, ascertain the capability of hydraulic support. Nextly, the model is founded with the two-dimensional software, autoCAD and also do the Simulink, SimMechanics and simple analysis. Then on the base of mechanic model of support-surrounding, the mechanism and loads on the support is decided. The next work, with the condition of the design, the main mechanics of hydraulic support is analyzed and calculated by plane and spatial model. Finally, the under frame, top beam cave shield, wrists and hydraulic column are analyzed by calculation. And draw out all the process drawings.Because this coal bed thickness is huge, selects the shield type hydraulic pressure support. Coal bed thickness is situated between between the 3.55.5 rice, coal bed thickness change bigger, selects adjusts the high scope big also the anti- horizontal thrust is strong also the belt protects helps the equipment the shield type support. The support uses the four link motion gear, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The column uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the portal frame construction, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength.Keywords：The hydraulic pressure support , hydraulic pressure , four-link mechanism , mining coal, support shaping optimal design mechanics characteristics strength checking1 绪 论11.1液压支架的发展历史11.2我国液压支架的发展21.3 液压支架的用途、分类和结构21.3.1 液压支架的用途21.3.2 液压支架工作状态及布置31.3.3 液压支架的分类31.3.4 液压支架结构型式及特点41.4液压支架的组成61.5液压支架的支护方式61.6液压支架的工作原理61.6.1支架升降和推移71.6.2支架的承载过程81.7采煤工作面液压支架设计要求和设计必要的基本参数81.7.1 设计目的81.7.2 对液压支架的基本要求81.8本文做的主要工作92 液压支架整体结构设计112.1 支架主要尺寸的确定112.1.1支架的高度和支架的伸缩比112.1.2支架间距和宽度的确定112.2底座长度的确定122.3顶梁长度的确定122.3.1支架工作方式对顶梁长度的影响122.3.2顶梁长度计算122.4四连杆机构的确定132.4.1四连杆机构的作用132.4.2四连杆机构的几何特征132.4.2四连杆机构的几何算法143 液压支架部件设计173.1 顶梁173.1.1 主要作用173.1.2结构型式173.1.3顶梁结构和断面形状183.2顶梁侧护板193.2.1主要作用193.2.2侧护板的种类与选择193.2.3侧护板的结构型式193.3 底座203.3.1主要作用203.3.2底座的结构型式、特点与选择203.4推移装置203.5立柱和千斤顶的设计213.5.1 立柱的类型213.6喷雾降尘系统的设计223.6.1喷雾降尘系统的组成223.6.2设计原则223.7液压支架的主要技术参数223.7.1支护面积223.7.2支护强度和支护效率224 立柱和千斤顶的设计与验算244.1双伸缩立柱缸径和工作阻力的确定244.1.1双伸缩立柱缸径的确定244.1.2安全阀压力的确定244.1.3泵站压力的确定254.1.4立柱初撑力的计算254.1.5立柱工作阻力的计算254.1.6立柱缸体壁厚的计算264.2立柱强度和稳定性验算264.2.1立柱主要尺寸的确定264.2.3.缸体与缸底焊缝强度验算284.2.4立柱稳定性验算294.3 前梁千斤顶参数的确定315 液压支架受力分析335.1概述335.1.1支架工作状态335.1.2计算载荷的确定335.2支架受力分析与计算345.2.1前梁的受力分析与计算345.2.2主顶梁的受力分析与计算355.2.3底座的受力分析与计算375.3顶梁的载荷分布375.4底座接触比压396 液压支架强度计算416.1强度条件416.2顶梁强度校核417 液压支架的使用、维护与发展趋势477.1 液压支架操作维护要求477.2 液压支架操作477.3 液压支架操作管理事项477.4 维护和管理的具体内容487.5 液压支架的故障及排除497.5.1 结构件和连接销轴497.5.2 液压系统及液压元件497.6 液压支架的发展趋势51结 论53参 考 文 献54翻译部分55致 谢64 第 10 页1 绪 论采煤综合机械化，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。依靠科技进步，建设高产高效矿井，实现煤矿生产的机械化、自动化和安全高效，是煤炭工业发展的根本出路。改革开放以来，我国煤炭科学技术取得了突飞猛进的发展，开采工艺及装备水平不断提高，机械化程度逐年上升，安全生产状况显著改善，高产高效记录不断刷新。一大批创新科研成果不断涌现并推广应用，使我国煤矿开采技术跻身世界先进行列。1.1液压支架的发展历史液压支架的发展从20世纪50年代开始。1954年，英国研制出剁式支架。它主要由安装在矩形整体底座上的立柱和顶梁组成。几个月后，英国奥尔蒙德煤矿的低主煤层的整个工作面都装备了这种支架。这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。从此，开创了煤炭工业的新时代。1958年法国试验成功了节式支架。五十年代末，为开采煤层厚超过2m的松散和破碎顶板条件下的褐煤，前苏联开始研制掩护式液压支架，并与1961年在阿乐斯-科拖举办的贸易展览会上展出了OMKT型掩护式支架。这种支架顶梁很短，仅0.8m并与掩护梁铰接，单根朝前倾斜液压支柱连接着掩护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时，顶梁顶点相对于煤壁作圆弧运动。这样，不仅影响了支架的承载能力，而且端面距变化很大，不利于顶板的维护。但比起剁式和节式支架，掩护式支架能有效的控制顶板，防止开采过程中矸石渗入工作面，工作能力很好。为了保持顶梁端点相对于煤壁作近似的直线运动，在OMKT形掩护式支架的基础上作了许多改进：1、利用支架滑架，即把支撑掩护梁的支座利用千斤顶沿滑架向前移动一个位置，以补偿由于立柱升高时端面距加大的差值。2、利用伸缩顶梁，即当立柱升高时，在顶梁里利用千斤顶将顶梁伸出，以保持端面距基本不变。3、将四连杆机构应用于支架结构设计之中，研制出具有四连杆机构的液压支架，不仅从根本上解决了端面距变动大和支架不能承受水平力的问题，而且开辟了液压支架设计的新时代。4、 1964年，英国国家煤炭局实施的液压支架试验规范；1965年 ，F.Dobson等人研制的刚性底座都促进了液压支架的进一步发展。60年代末和70年代初，随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加，支架结构也发生了巨大变化。长顶梁、二柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。并且，为适应底板不平，底座采用分离铰接式结构；对于松软底板，为减小底板比压，采用接触面积较大的底座；为防止碎矸窜入采区，采用了各种防窜矸的掩护装置。1974年，英国国家煤炭局实施的“高科技采矿工程”推动了液压支架及采煤设备的进一步发展。这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时，必须采用最先进的设备和开采工艺，以提高煤炭产量和改善作业环境。进入70和80年代，液压支架又有了新的发展。顶梁不仅实现了“立即前移支护”，而且整个支架安装了电液控制系统实现微机控制与操作。1981年杜赛尔多夫采矿展览会上，展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架，并研制出采高为6m的大采高支架及放顶煤支架；对于坚硬岩层设计了强力液压支架等。1.2我国液压支架的发展1959年10月，原北京矿业学院设计了三种液压支架。1961年设计了“本溪-型”支架，并制造出样机进行井下试验。1965年北京煤炭科学院和郑州煤矿机械厂协作制造出仿英支架。1967年，太原煤炭研究所首次研究出四组迈步式支架，经修改后于1972年由郑州煤矿机械厂制造，并进行井下试验。1970年又为大同矿务局设计了TZ-140型支架，在此基础上研制出TZ-支架，开发了TZ-IB、TZ-、TZ-、TZ-和TZ-型等液压支架。1973年，北京煤矿机械机械厂生产出第一套BZZ垛式支架，在阳泉矿务局使用。它是发展我国液压支架的起点。此外，有关院校、研究所和制造厂合作，还研制出一批较有成效的液压支架，如ZY-3、WKM-400、BZZB、KD-280和FX-440等。这些液压支架由于受到多种因素的限制，虽然使用效果不佳，几乎全被淘汰，但为后来研制和开发更好的架型提供了宝贵的经验。1974年和1979年，我国先后从英国、原联邦德国、波兰三国的五大公司进口了48套和100套综采设备。国外先进支架的引进，促进了国产液压支架设计和制造水平的明显提高。到1983年末，全国在籍的各类支架共31990架。其中，国产支架64套，其性能质量和使用效果都是早期支架所不能比拟的。从70年代至今，光煤炭科学研究总院北京开采所共研制出30余种不同结构型式的液压支架。架型包括：支撑式、掩护式和支撑掩护式，还有特殊采煤工艺用液压支架，如放顶煤支架，水砂填充支架及端头支架等。其中，20多种支架已通过鉴定，五种支架获奖。总之，我国液压支架是从50年代末开始着手研制，经历可研制试验、引进、仿制和改进创新等阶段，直到现在的独立设计阶段。目前，除液压支架电液控制和支架计算机辅助设计与绘图方面落后于国外，其他方面均以达到国外同期水平。1.3 液压支架的用途、分类和结构1.3.1 液压支架的用途在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板支护。而液压支架是以高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践表明液压支架具有支护性能好、强度高，移架速度快、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲刮板输送机和采煤机组成综采机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。因此，液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠、是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。1.3.2 液压支架工作状态及布置图1-1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、装载机、乳化液压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，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1-1 液压支架在工作面布置示意图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1.3.3 液压支架的分类液压支架分类的方式很多，主要可以按照支架与围岩的相互作用关系、立柱布置方式、使用条件和结构特点等来分类。1、按使用条件分类表1-1详细表示了支架按使用条件分类情况。表1-1 按使用条件分类表分类标准具体分为使用高度厚煤层一次采全高支架（3.5m）中厚煤层支架（1.3mh3.5m）薄煤层支架（1.3m）使用倾角缓倾斜工作面支架（25）倾斜工作面支架（2545）倾斜工作面支架（45）采煤工艺放顶煤支架机械铺（连）网支架充填支架使用地点排头支架端头支架工作面支架顺槽超前支架2、按主要结构特点（表1-2）表1-2 按主要结构特点分类分类标准具体分为分类标准具体分为调高机构四连杆式控制方式本架控制单铰点式邻架控制摆杆式成组控制和顺槽控制配套方式插腿式组合方式单架式不插腿式组合式1.3.4 液压支架结构型式及特点根据用途和在采煤工作面的安装位置，液压支架分为两大类，即端头支架和中间支架。端头支架安装在采煤工作面两端与顺槽连接处。由于此处顶板悬露面积较大，综采设备较多，又是人员的安全出口，要求端头支架不仅能支护顶板，而且要与端面处的各种机械设备相适应。因此，端头支架具有特殊性。一般来说，它的顶梁较长，支护空间较大，具有较大的支撑力，并兼有支撑和锚固作用，其整体性和结构强度均较高。中间支架安装在除端头支架以外的采煤工作面的全部作业位置。其作业是确保采煤工作面人员与设备的安全，并实现顶板管理与支护以及采煤作业过程机械化。因此，一方面，要求中间支架工作可靠，使用方便，易于制造和运输，在整个服务年限内使用费用的总和最低；另一方面，要求中间支架的结构即及布置方式采场围岩的运动规律，与其支护的工作面顶板压力相适应，兼有支撑和掩护作用既能支撑住采煤工作面下沉的顶板，又能防止矸石涌入工作面。液压支架的分类主要是对中间支架进行分类。中间支架按其结构及与围岩相互作用方式可分为:支撑式、掩护式和支撑掩护式三大类，如图1-3。后两类又统称为掩护型液压支架。1、支撑式液压支架 支撑式液压支架是利用立柱与顶梁直接支撑和控制采煤工作面顶板的，没有掩护梁。其顶梁较长，立柱较多，一般呈垂直布置，联结着顶梁和底座，无法承受水平作用力，这是此种支架的最大弱点；靠立柱支撑顶梁来维持一定的工作空间；顶板岩石则在顶梁后部垮落。这类支架的特点是：具有较大的工作阻力和良好的切顶性能，通风面积大；采区防矸不严密；由于顶梁较长，对顶板重复支撑次数多；适用于老顶来压强烈的或直接顶稳定和坚硬的顶板。按其结构和工作方式的不同，支撑式液压支架又可分为垛式和节式两种。2、掩护式液压 掩护式液压支架是利用立柱、顶梁、及掩护梁来支撑顶板和防止顶板岩石涌入工作面。其顶梁较短，立柱较少，一般呈倾斜布置，联结着顶梁和底座或掩护梁和底座；掩护梁直接与冒落的矸石接触，靠其掩护作用来维持一定工作空间；顶板岩石则在掩护梁后部垮落。掩护式液压支架的特点是:调高范围大，适应煤层厚度变化的能力强，调高比一般可达2.3左右，甚至超过了3；支撑煤壁合力靠近煤壁，能较好的维护裸露的顶板；顶梁短，减少了反复支撑顶板的次数，有利于保持顶板的完整；架间密封较严，能有效的防止窜矸露矸；由于采用了四连杆机构，支架抗侧向能力大，稳定性好，立柱不承受水平作用力；立柱少，移架速度快；平衡千斤顶可以来调节顶梁的工作状态，提高支架对不同顶板的适应性，能适用倾角较大的煤层；重量轻，长度小，便于运输和安装；造价低。减少了整套综采设备的投资。由于掩护式液压支架的这些优点，目前它已经成为世界各主要产煤大国研制和使用的重点架型。 图1-3 液压支架结构型式a) 支撑式 b) 掩护式 c) 支撑掩护式1前探梁 2顶梁及其侧护板 3掩护梁及其侧护板 4前连杆 5后连杆 6底座 7立柱 8推移千斤顶 9平衡千斤顶 10操纵阀与控制阀11护帮机构12护帮千斤顶 13前梁千斤顶14挡矸帘3、支撑掩护式液压支架 顾名思义，支撑掩护式液压支架是以支撑为主，掩护为辅，兼有掩护式和支撑式液压支架的结构特点的一种支架。它利用支撑和掩护的双重作用来维持一定的工作空间。这类支架的特点式：立柱较多，垂直支撑或立柱倾角较小，工作阻力大，切顶性能较好；采用掩护梁，架间密封，挡矸掩护性能好；采用四连杆机构，能承受侧向力；适用范围较宽。1.4液压支架的组成根据各部件的功能，液压支架的组成可归纳为五个部分见表1-3。1.5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。具体的循环方式见表1-4。1.6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，通过工作性质不同的几个液压缸来完成的，如图1-3所示表1-3 液压支架组成表序 号部 件功 能举 例1承载结构件承受并传递顶板载荷作用的结构件顶梁、掩护梁、底座、连杆2动力油缸用液体作介质可以主动产生作用力，实现各种动作的油缸立柱、各类千斤顶3控制元部件操纵、控制支架各个动力油缸动作及保证所需工作特性的液压（电气）元部件操纵阀、单向阀、安全阀及管路、液压（电控）元件4辅助装置不直接承受顶板载荷，而实现支架某些动作或功能所必须的装置推移装置、护帮装置、活动侧护板、防倒、防滑装置5工作液体传递能量的工作液压介质乳化液表1-4液压支架的支护方式表支护方式循环方式支护特点应用条件即时支护割煤移架推溜支护滞后时间短适用于各种顶板条件，应用最为广泛滞后支护割煤推溜移架支护滞后时间较长可用于稳定、完整的顶板条件，较少支架结构紧凑，目前应用复合支护割煤支架伸出探梁推溜移架支护滞后时间短 但增加了反复支撑可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，目前应用较少1.6.1支架升降和推移当操纵阀8处于升柱位置时，从乳化液泵站来的高压液体通过操纵阀8、液控单向阀6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8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。支架的前移和推移输送机是通过操纵阀7和推移千斤顶4来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀7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4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，在把支架升起，使支架撑紧顶板。若将操纵阀7置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，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。图1-3 液压支架工作原理图1-顶梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤顶；5-安全阀；6-液控单向阀；7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管1.6.2支架的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。初撑力的大小取决于泵站的工作压力立柱缸径和立柱的数量。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。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称为工作阻力，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。1.7采煤工作面液压支架设计要求和设计必要的基本参数1.7.1 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，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面。基于以上原因本文设计了支撑掩护式液压支架。1.7.2 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100kN左右；移架力按煤层厚度而定，对中厚煤层一般为150250kN；厚煤层为300400kN。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、稀释有害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值。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。12、液压元件要可靠。1.7.3 设计液压支架必需的基本参数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，按保安规程规定，验算通风断面。4、底板岩性及小时涌水量根据底板岩性和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。1.8本文做的主要工作毕业设计名称：支撑掩护式液压支架参数如下：（1）要求工作阻力10000KN；（2）最大采高5.5m。（3）支架伸缩高度范围3.5 m5.5 m该支架应用的条件：（4）煤壁平均厚度2.0m；（5）煤层倾角8度；（6）工作阻力小于等于10000kN；（7）要求采用四柱支撑，本架手动控制；（8）该支架适应于中等稳定和稳定顶板。本文所做的主要工作是：支架总体结构的设计、双伸缩液压立柱的设计、支架各结构件的结构设计以及各结构件的受力分析及强度校核。 本科毕业设计论文(说明书) 第64 页2 液压支架整体结构设计2.1 支架主要尺寸的确定2.1.1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， 其最大与最小高度为： （2-1） （2-2）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5500mm，最小采高3500mm2、支架的伸缩比支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值即： （2-3）由于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，加强指甲对顶底板的适应性，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=1.6 2.1.2支架间距和宽度的确定 支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。目前国内外液压支架中心距大部分采用1.5m.大采高支架为提高稳定性中心距可采用，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。因此设计中预取1.75m。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170mm200mm。当支架中心距为1.5m时，最小宽度一般取1400mm1430mm,最大宽度一般取1570mm1600mm。当支架中心距为1.75m时，最小宽度一般取1650mm1680mm，最大宽度一般取1850mm1800mm。当支架中心距为1.25m时，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度一般取1150mm1180mm，最大宽度一般取1320mm1350mm，如果顶梁不带活动侧护板，则一般取1150mm1200mm。本次设计取支架中心距为1.75m，侧护板行程为170mm，顶梁宽度为1690mm1860mm2.2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（一个移架步距为0.865m），即3.0m左右，支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距，即3.5m左右。综合考虑取底座长度为4.0m，底座宽度为1.64m，立柱中心线之间的距离为0.99 m。2.3顶梁长度的确定根据支架工作方式和设备配套尺寸来确定顶梁长度。2.3.1支架工作方式对顶梁长度的影响支架工作方式对支架顶梁长度有很大影响。先移架后推溜方式（即时支护）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（滞后支护）要求顶梁长度较小。这是因为采用先移架后推溜的工作方式时，支架要超前输送机一个步距，以便采煤机过后，支架能及时前移，支控新暴露的顶板，做到及时支护，因此，先移架后推溜时顶梁长度要比先推溜后移架时的顶梁长度要长一个步距，一般为600 mm 。本次设计采用即时支护方式。2.3.2顶梁长度计算 式中：配套尺寸参考原煤炭部煤炭科学研究院编制的综采设备配套图册确定；底座长度底座前端至后连杆下铰点之距。e 支架由高到低顶梁前端点最大变化距离；、支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角。中厚煤层综采选用的配套设备如下：采煤机为MG750/1910AWD型；输送机为SGZ 1200/3600型。经过计算得该支架的顶梁长度为6050mm。2.4四连杆机构的确定2.4.1四连杆机构的作用四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一。其作用概括起来主要有两个：其一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；其二是使支架能承受较大的水平力。2.4.2四连杆机构的几何特征1、支架从最高高度降到最低高度时，如图21所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度，最好为30以下。 图2-1 四连杆的几何特征2、支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角P和后连杆与底平面的夹角Q，如图21所示，应满足以下要求：支架在最高位置时，P ，Q ；支架在最低位置时，考虑矸石便于下滑，以防矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，,如果按钢和矸石的摩擦系数为,即：,求得；为了安全可靠在最低工作位置时，应使为宜，而Q角主要考虑掩护梁底部距底板要有一定的距离，防止支架后部冒落的岩石卡住后连杆，使支架不能降下来，一般取。3、由图2-1可知，掩护梁与顶梁铰点E和瞬时中心O之间的连线与水平线的夹角为Q，设计时，要使范围内，主要原因是Q角直接影响附加力Qy的数值大小。4、支架工作段要求曲线向前凸的一段，如图21所示的h段，其原因为当顶板来压时，立柱让压而下缩，使顶梁有前移的趋势防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向老塘，同时底板阴止底座向后移；使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了前梁端部的支护力，防止顶梁前端顶板冒落又可以使底座前端比压减小，可防止啃底，有利移架，再则减少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由掩护梁来地克服，所以减轻了掩护梁的受力。图2-2 掩护梁后连杆的曲柄滑块机构从以上分析得知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的曲线运动轨迹时，应尽量使支架的工作段要取曲线向前凸的一段，所以当已知掩护和后连杆的长度后，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，进行作图计算就可以了，其掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构如图22所示。从图22可以看出，当掩护梁和后连杆已知，只要找到前连杆的长度和位置就可以了，其具体作法是顺时针转动后连杆，使支架最高位置时的E点向下作近似直线运动，在掩护梁上定有一点在运动中有一段近似圆弧轨迹。只要找到这个圆弧轨迹的曲率半径和曲率中心，就可以找到前连杆的位置和长度了。从这个观点出发，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩护梁上前连杆上铰点所作的运动轨迹上，任找几点，把掩护梁上前连杆上铰点连线的垂直平分线所交的点为前连杆的下铰点，这样四连杆机构就可以确定了2.4.2四连杆机构的几何算法首先用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度。如图2-3所示图2-2 掩护梁后连杆的曲柄滑块机构设：掩护梁长度(mm)后连杆长度(mm)掩护梁上铰点垂直线到后连杆铰点之距(mm)支架最高位置时的计算高度(mm)支架最低位置时的计算高度(mm)从几何关系可以列出如下两式：(24)(25)将（24）和（25）式联立可得 (26)按四连杆机构的几何特征所要求的角度，选定：；。代入（26）式，可求得的比值。而支架在最高位置时的值为： (27)因此掩护梁的长度为： (28)后连杆长度为： (29)支撑掩护式支架：=1.21.8带入、的角度，得出=3100=2100=14003 液压支架部件设计液压支架各个部件的结构型式，应根据工作面的顶底板条件和支架架型进行选择。结构件的端面尺寸，应进行强度校核，满足要求才能投入生产使用。3.1 顶梁3.1.1 主要作用（1）、用于支撑、维护和覆盖顶板，为工作面创造安全的工作空间；（2）、将立柱的支撑力传递至顶板，并给予合理地分布；对支架后部接近采空区的顶板起切顶作用；对无立柱空间的顶板起支撑作用；（3）、为护帮、防倒装置等提供依托；（4）、将顶板载荷通过立柱经底座传到底板。图3-1 顶梁的结构型式1前梁；2后梁；3尾梁；4前梁千斤顶；5前梁伸缩千斤顶3.1.2结构型式支撑式支架顶梁的结构型式如图3-1所示。图3-1 a为整体刚性顶梁，顶梁为一整体，刚性大，承载能力较好。但对顶板的适应性差。图3-1 b为铰接式顶梁，由前梁和后梁铰接而成，分别由前、后排立柱支撑。其中图3-1 b为全铰接式，它能适应顶梁上方前、后顶板的变化，但当顶板出现凹坑时，顶梁易成人字形，影响支撑效果和切顶性能。半铰接式顶梁如图3-1 c所示，它克服了全铰接式的缺点，当顶梁中部顶板出现凸起时，使前、后梁向上翘；当顶板出现凹坑时，由于交接点下部有平整碰头阻止，支架顶梁仍保持平整位置。 图3-1 d为刚性顶梁带铰接式前梁，顶梁由前、后梁铰接。在铰接前梁2安装有前梁千斤顶4，用来支撑靠近煤壁处的顶板，同时还可以使前梁上、下摆角，适应顶板起伏变化和增加顶梁前端的支撑能力。为了使冒落的顶板矸石滑向采空区，保护挡矸帘，还可以增加尾梁3，如图3-1 e所示。图3-1 f为带伸缩前梁的刚性顶梁，伸缩千斤顶5使前梁1伸缩。由于前梁可以及时伸出支护刚暴露的顶板，从而允许固定顶梁减少长度。也可以用前梁千斤顶和伸缩千斤顶配合使用，使前梁既可以伸缩，也可以上下摆动。为了使支架结构简单，而且具有更好的支护能力。本支架采用图3-1 e所示的结构。3.1.3顶梁结构和断面形状各类顶梁都为箱式结构，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。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。支撑式支架后端焊有挂帘板，作为挂矸帘之用。在顶梁下面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来，掩护式支架和支撑掩护式支架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。按顶梁的断面形状，还可以把顶梁分成如下结构形式：（1） 闭式顶梁闭式顶梁为顶梁上、下盖板与筋板焊接成封闭型，如图3-2所示。一种为立筋凸出型，如图3-2 a所示，增加了焊接强度；另一种为立筋凹下，焊接后使顶梁平整，但焊接强度不如前一种，如图3-2 b 。（2） 开式顶梁开式顶梁结构如图3-3所示。图3-2 顶梁闭式立筋型式图3-3 顶梁开式立筋型式开式顶梁的特点，可减轻顶梁重量，增强顶梁的抗弯强度。对于掩护式和支撑掩护式支架，为便于侧护板能自由伸缩，要在顶梁顶面上加焊一块比侧护板稍厚的钢板，称为顶板，如图3-4中a，同时也增强了顶梁的结构强度。图3-4 顶梁断面本设计中的支撑掩护式液压支架顶梁采用闭式结构3.2顶梁侧护板支架侧护板装置一般由侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。3.2.1主要作用（1）、挡矸。可改善顶梁与掩护梁的护顶、防矸性能，隔离控顶区与采空区、防止冒落矸石窜入工作面，减少冒矸形成的粉尘；（2）、导向。在支架移架时起导向作用；（3）、防倒、调架。活动侧护板增强了支架侧向稳定性，其上设置的弹簧与千斤顶都起防倒与调架作用。3.2.2侧护板的种类与选择顶梁和掩护梁的侧护板有两种：一种是一侧固定另一侧活动的侧护板。由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。在设计时，根据左右工作面来确定左侧或右侧为活动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定侧护板，下方为活动侧护板。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板靠紧。但当改换工作面开采方向时，活动侧护板便位于倾斜方向的上方，对调架、防倒等带来不便，所以很少采用。另一种是两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。由于支架中心距较大，本液压支架采用的是第二种两侧皆为活动侧护板。3.2.3侧护板的结构型式侧护板的结构型式如图3-5所示。图3-5 侧护板的结构型式一种是侧护板在顶梁的外侧。这种类型侧护板又有三种型式，图3-5 a，顶梁上无顶板，侧护板易被冒落矸石压住，影响侧护板的伸缩；图3-5 b、c，在顶梁上加设顶板，克服了以上的缺点，但支架承载时，侧护板装置受力很大。另一种是铰接式侧护板，如图3-5 d所示。它克服了以上两种侧护板的缺点，但由于架间侧护板造成三角带容易填入碎矸，影响架间密封效果。所以综合考虑各个方面，本架采用图3-5 b所示的侧护板。可以根据工作面倾角方向调整一侧固定，另一侧活动，适应性强。3.3 底座3.3.1主要作用（1）、承受由立柱与连杆等传递的顶板载荷，并传递给底版；（2）、是整个支架结构稳定性、整体性的基础；（3）、为支架辅助件，例如推移装置、防倒防滑、操纵阀架等提供依托与根基；（4）、有一定的挡矸与排矸能力；（5）、便于人员操作与行走； （6）、与工作面输送机等组成交替前移的支撑点，防止支架与输送机下滑。3.3.2底座的结构型式、特点与选择支架底座结构型式通常有三种类型，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底座。此处选择分式刚性底座。分式底座是分左右对称两部分，上部用过桥或箱型结构固定连接，这种底座在刚性、稳定性和强度方面基本和整体刚性底座相同。安装推移千斤顶地板不密封，排矸性能好，适用于支撑掩护式支架。3.4推移装置液压支架推移装置是保证支架正常推溜和拉架，实现工作面正常循环作业的重要装置。在设计支架时，应根据支架结构和配套要求合理选择推移装置的形式，并充分保证支架推移装置对工作面条件和配套的适应性。推移装置的型式如表3-1所示表3-1 推移装置千斤顶的型式型 式特 点适用条件普通式普通活塞式双作用千斤顶可为外供液式，也可为内供液式1、目前已很少直接用作推移装置，而多与反拉框架一起使用，应用较广2、外供液式结构简单，应用广泛差动式千斤顶结构仍为普通型式，利用交替阀的油路系统，使其减小托输送机力用于直接拉架的方式，目前应用较少浮动活塞式千斤顶活塞可在活塞杆上滑动，使环腔供液时拉力与普通千斤顶相同；但在活塞腔供液时，使压力的作用面积仅为活塞杆断面积，从而减小了推输送力1、广泛用于直接拉架方式，与短推杆等导向件一起使用2、动作时间有一定滞后，但一般不影响使用推移杆的常用形式有正拉式短推移杆和倒拉式长推移杆两种。本支架由于推移力小于拉架力很多，采用倒拉长推杆式3.5立柱和千斤顶的设计本支架主要对立柱的设计进行详细的说明，其余的千斤顶如推移千斤顶、侧推千斤顶、前梁千斤顶等都采用相关手册上的标准型号和尺寸，故不再详细叙述。立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，它除应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、抗弯强度，良好的密封性能，结构要简单，并能适应支架的工作要求。3.5.1 立柱的类型立柱的种类很多，按不同的分类方法有不同的类型。详细分类见表3-2。表3-2 立柱的分类分类方法类型按动作方式分单作用和双作用按结构种类分活塞式和活柱式按伸缩方式分单伸缩和双伸缩本支架使用的立柱采用双伸缩液压缸3.6喷雾降尘系统的设计综采放顶煤工艺是割煤与放煤，放煤产量一般占60多，而且放煤口位置越高，煤尘越大。同时原煤含水低，粉尘也大。低位放顶煤支架虽较其他架型放煤煤尘要小，但煤尘仍超出国家规定的标准很多。而且移架时也会产生粉尘。为此必须高度重视防尘。现在主要采取的措施是喷雾降尘，实践证明效果良好。3.6.1喷雾降尘系统的组成每架由平面截止阀、球形截止阎、单向阀、喷头及管路组成(图3.6)。架间有管路相通，低位放顶煤支架喷雾系统在架后放煤口处有4组喷头，在前粱处有l组喷头。3.6.2设计原则为减少煤尘，在收尾梁放煤时，由操纵系统控制打开单向锁，使水路畅通，喷嘴喷出雾状形成雾墙，便粉尘减少。此外还有一球形截止阀，可手工控制喷雾时间。另一组安设在前梁处负责移架时降尘。图 3.6 喷雾降尘系统3.7液压支架的主要技术参数3.7.1支护面积式中：支护面积，；顶梁宽度，；顶梁长度，；移架后顶梁前端到煤壁的距离，一般。代入相关数据，得： 3.7.2支护强度和支护效率支护强度是指支架对单位面积顶板提供的工作阻力。式中：支架总工作阻力，;支护效率；支架中心距，；梁端距， ；顶梁长度， ；代入相关数据 =0.937 得：4 立柱和千斤顶的设计与验算立柱是液压支架的主要承载与高度调节件。它除了要具有较高的承载能力外，还应有较大的伸缩行程，以满足支架工作高度的要求。在厚煤层开采中，为了增大支架对煤层厚度变化的适应性，常需使支架的伸缩比较大。此时，单伸缩立柱就难以满足要求。虽然采用在支架上装设机械加长杆的方法，在一定程度上可以扩大其调高范围。但机械加长杆在安装后就成为固定活塞杆，需要调节时装拆比较困难。目前，在国内外一些大高度的新型支架上日益采用伸缩式立柱。由于本设计的采高较大，因此采用双伸缩立柱结构。4.1双伸缩立柱缸径和工作阻力的确定设计参数：行程1： 1522行程2： 1470缸内工作压力： 41完全缩回时长度： 2270完全伸出时长度： 52624.1.1双伸缩立柱缸径的确定立柱缸体内径按下列公式计算：式中：立柱缸体内径，； 支架承受的理论总载荷力，;立柱的根数；安全阀调定压力，选型安全阀，；立柱最大倾角，本设计取。代入相关数据，得：圆整，按系列取。按照双伸缩立柱缸径的匹配系列选定一级缸内径一级缸杆径二级缸内径二级缸杆径4.1.2安全阀压力的确定安全阀的的调整压力，按选定后的立柱缸体内径和支架承受的理论支护阻力来确定，即：式中按下式计算:式中支架在最高位置时立柱倾角，度。代入数据得即 取41合理4.1.3泵站压力的确定本设计选用型乳化液泵站，压力4.1.4立柱初撑力的计算式中：立柱初撑力，; 泵站压力， ； 立柱伸到最高时与垂线的夹角代入相关数据，得：4.1.5立柱工作阻力的计算式中：单根立柱工作阻力， ； 安全阀额定工作压力，。 立柱伸到最高时与垂线的夹角代入相关数据，得：4.1.6立柱缸体壁厚的计算论文只对一级缸进行分析，二级缸与一级缸校核方式相同支架立柱的壁厚一般为,即中等壁厚，按下式计算：式中：缸内工作压力，； 考虑管壁公差即侵蚀的附加厚度，一般取； 强度系数，无缝钢管取； 缸体材料许用应力，缸体选用，； 立柱缸体内径，。代入相关数据，得：圆整，取。缸体外径为4.2立柱强度和稳定性验算4.2.1立柱主要尺寸的确定立柱最小导向长度： 缸底厚度：圆整后取：立柱高：4.2.2缸筒壁厚的验算：1.缸体壁厚应满足厚度要求当时，按中等壁厚缸体公式进行计算：式中：刚体实际最大承压，。代入相关数据，得：安全系数为：式中：缸体材料为无缝钢管，； 许用安全系数，一般取。代入相关数据，得:所以，缸体壁厚满足强度要求。2、额定工作压力应低于一定极限值，以保证工作安全式中： 缸体材料屈服强度，对于取 缸体外径 缸体内径代入数据得：满足要求3、同时额定工作压力也应与安全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生式中 缸筒发生完全塑性变形的压力，因此，4、缸筒的爆裂压力满足要求 5、验算缸筒径向变形应处在允许的范围内式中 缸筒材料泊松比，钢材取缸筒材料弹性模数，钢材取变形量不应超过密封圈允许范围。代入数据得：满足要求 为了加强两端耳部联结强度，设计中加大了千斤顶缸底耳座和活塞杆端销孔直径，以及缸底耳座和活塞杆头部销孔处的厚度及宽度，增加联结部位的强度。4.2.3.缸体与缸底焊缝强度验算缸体与缸底焊缝强度按下式计算： 式中：环形焊缝内径，； 环形焊缝外径（缸筒外径）,； 焊接效率，取； 立柱工作阻力，。代入相关数据，得：查表得焊缝抗拉强度：安全系数为：代入有关数据，得：许用安全系数；一般取3.34所以，焊缝强度满足要求。4.2.4立柱稳定性验算验算活柱全部伸出并受最大同心纵向载荷的稳定性。立柱的稳定性条件按下式进行验算：式中：立柱的稳定极限力， ; 立柱的最大工作阻力，； 活塞杆断面惯性矩， ； 缸体断面惯性矩，。上述各式中: 活柱直径，26 外缸外径，32.3 外缸内径，28活柱采用空心杆，空心直径： 活柱空心直径，为2级缸外径。代入有关数据，得：；稳定条件的适用范围：式中：活塞杆端部销孔至最大挠度处距离，112.9； 缸底销孔至最大挠度处的距离，109.8。根据及查极限力计算图，可得值，将该值代入式可得值。若，则立柱满足稳定性条件。若，则要重新设计，可加大活塞杆直径，加大缸体内径，知道满足稳定条件。代入有关数据，得： 据此，查极限阻力计算图，知：将此值代入得：因为稳定裕量为所以，设计的立柱满足稳定性条件。二级缸与一级缸校核方式类似，在此不做陈述，经校核，立柱满足要求。4.3 前梁千斤顶参数的确定前梁简图如4-1所示：图4-1前梁简图先假设前梁顶端所受的力对A点由有：式中：为前梁千斤顶对前梁的撑力， KN代入数据 得：前梁千斤顶的缸体内径为：圆整后取查液压支护手册中千斤顶的匹配关系表格得：缸体内径：200mm缸体柱径：140mm其他千斤顶设计与此相同5 液压支架受力分析5.1概述5.1.1支架工作状态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。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。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确定。5.1.2计算载荷的确定液压支架实际受载荷很复杂，顶梁和底座上的载荷既非集中载荷，又非均布载荷，分布规律随着支架与顶底板的接触情况而变化，为简化计算，作如下假设：1、把支架简化成一个平面杆系结构，同时为偏于安全，按集中载荷进行计算。2、金属结构件按材料力学上的直梁理论来计算。3、顶梁、底座与顶底板认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律，沿支架宽度方向为均布。4、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。5、立柱和短柱按最大工作阻力来计算。6、作用在顶梁上水平力的产生有两种情况：一种是由于支架在承载让压时，由于顶梁前端运动轨迹为双纽线，所以顶梁与顶板有产生位移的趋势，水平力为顶梁合力与静摩擦系数的乘积，其方向与顶梁产生位移方向的趋势相反；另一种是由于顶板向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向老塘的水平力，最大水平力与上相同。顶梁与顶板的静摩擦系数，目前国内一般取。7、支架各部受力，按不同支护高度时受力最大值进行强度校核。8、各结构件的强度校核，除按理论支护阻力校核危险断面外，还要按液压支架型式试验技术规范的各种加载方式，以支架的额定工作阻力逐一校核，超过额定工作阻力10的超载试验，将由安全系数保证强度。5.2支架受力分析与计算支架的受力分析与计算，是按理论力学中一物体受几个力作用下处于平衡状态时，所受力和力矩之和为零的原理来进行分析和计算的。所以当支架支撑后在处于平衡状态时，取整体或某一部件为分离体也处于平衡状态。其合力与合力矩为零。即：满足静力平衡的充分必要条件为:支架整体受力关系如图5-1所示。图5-1 支架整体受力图中为前梁端部所受集中载荷，为主梁所受集中载荷，为底板对底座的支撑力。借助于取分离体的办法求出、和及其作用点的位置。下面就根据将支架简化成平面杆系进行受力分析与计算。5.2.1前梁的受力分析与计算前梁分离体受力如图5-2图5-2前梁分离体受力图图中，为前梁千斤顶支撑力，为前梁端部的集中载荷力， 、和角由支架的结构确定。由得： （51）由得： （52）由得： （53）由式（51），得： （54）由式（52），得： （55）由式（53），得： （56）代入数据得：5.2.2主顶梁的受力分析与计算 图5-3顶梁的受力分析取顶梁为分离体，为顶梁与顶板的摩擦力，为立柱的工作阻力， 为前梁在顶梁与前梁铰接处对顶梁在水平和垂直方向的力，为前梁千斤顶对顶梁的作用力，为顶板对顶梁的集中载荷力写出内力的表达式为：（57） （58）取掩护梁为分离体，如图5-4，写出连杆受力表达式（59）（5-10）图5-4掩护梁的受力分析联立求解得： （5-11）代入数据得：10344kN=1364mm3704kN4401kN5.2.3底座的受力分析与计算取底座为分离体，受力如图5-5所示，为立柱的工作阻力，为地板对支架的支撑力，为地板对支架的摩擦力图5-5 底座受力分析图由，得： （5-12）由，得： （5-13）联立式（513）、（514），可得：5.3顶梁的载荷分布在把顶梁所受顶板的载荷求出后，就可以进一步计算出载荷在顶梁上面的分布情况。由于顶板与顶梁接触情况不同，载荷实际分布很复杂。为计算方便，假设顶梁与顶板均匀接触且载荷为线性分布。设顶梁长为，顶板的集中载荷为，其作用点距顶梁一端为。则当时，载荷分布为三角形。如图5-6所示。图5-6顶梁三角形载荷分布顶梁前端比压为0，顶梁后端比压为： （5-14）当时，载荷分布呈梯形分布，如图5-7所示。顶梁前端比压为： （5-15）顶梁后端比压为: （5-16）图5-7顶梁梯形载荷分布式中：由前面计算可知，属于第1种情况。代入数据计算得：5.4底座接触比压顶板对支架的巨大载荷经由整台支架传到底板，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。如图5-8当时， m （5-17）式中：底座的长度；底座的宽度。如图5-9当时， （5-18） （5-19）此处有： 求出底座的最大比压之后，要与底板允许比压进行比较。底座对底板的最大比压应小于底板的允许比压。否则应重新设计底座甚至整个支架。图5-8 底座三角形载荷分布图5-9 底座梯形形载荷分布6 液压支架强度计算6.1强度条件我国液压支架强度计算中的强度条件如下：1、强度校核均以材料的屈服极限计算安全系数;2、常用的承载结构件材料及工艺，见表6-1表6-1 常用承载结构材料工艺表主要零部件名称常用材料(MPa)工艺性能顶梁、底座、16Mn280350可焊性好、焊后无需热处理15MnVN450470可焊性差、焊接时需要预热，工艺困难14MnNbB700柱冒、连接座ZG270500ZG35Cr270350一般需调质处理，铸造缺陷较多，要严格控制质量销轴、连杆40Cr4540Mn230CrMnSi550360750900调质处理3、安全系数安全系数如表6-2：表6-2 安全系数表安全系数前梁顶梁底座掩护梁前连杆后连杆n1.11.11.11.31.31.3安全系数主要轴缸体活塞杆n1.33.341.4注：（1）、顶梁、底座安全系数为1.1，主要考虑加载时加载工作阻力1.1倍，掩护梁、连杆、销轴等不能进行加载强度校核，为偏于安全取1.3. （2）、如果各结构件计算出来的安全系数偏大时，可按标准钢材厚度减薄，或减少加强筋数量和筋板高度，以减轻支架重量，降低成本。根据计算表明，改变结构件高度对强度影响较大，而改变结构件钢板厚度对强度影响较小，在设计时可根据结构件具体情况酌情处理。6.2顶梁强度校核顶梁的受力分析、剪力图、弯矩图，见图6-1。图6-1顶梁受力图由图6-1可知，顶梁的危险截面在集中力作用处，故需校核此处的弯曲强度和剪切强度。危险截面如图6-2示，对每块板进行编号，对相同位置相同截面的编成一个号，再计算截面面积；最后计算截面形心距。图6-2 顶梁危险截面板1： （一块）；板2： （一块）；板3： （六块）；板4： （三块）；板5： （一块）；截面积截面形心距 1、截面形心至面的距离可用下列式进行计算：代入数据，得：2、每个零件中心至截面形心之距可用下式进行计算：代入有关数据，得：3、截面中心主惯性矩矩形截面的惯性矩为：，每个零件对截面形心的惯性矩为：代入有关数据，得：；所以，；4、弯曲应力式中 代入有关数据，得：5、安全系数的计算 代入有关数据，得：故：顶梁的弯曲强度符合设计要求。6、剪切应力和剪切强度的计算由力矩图可以看出，在危险截面处的剪应力为最大，并且腹板采用钢板焊接，不如型钢，故需校核。由材料力学可知，中性轴处剪应力为最大，所以按此处进行校核。1)、中性轴以上（或以下）的部分截面面积对中性轴的静矩式中：中性轴以上（或以下）各部分零件断面的面积； 中性轴以上（或以下）各部分零件的中心坐标（对截面形心）； 危险截面的形心矩； 每个零件形心至面之距； 中性轴以上（或以下）各部分零件面积对中性轴之矩。此处按中性轴以上进行计算，代入有关数据，经计算，得：所以，。2）、危险截面中性轴处最大剪应力式中：最大剪应力，；截面沿中性轴的总合宽度，此处，。代入有关数据，得：3）、安全系数的计算代入有关数据，得：故：顶梁的剪切强度满足设计要求。7 液压支架的使用、维护与发展趋势7.1 液压支架操作维护要求1、组建综采队伍：组建综采队伍，要先配备好综采管理干部、技术人员，调集有一定文化水平、业务技术和思想作风好的操作维护工人，组成综采队。2、培训综采队：对综采管理干部、技术人员和操作维护人员，必须进行技术培训，要求了解综采设备的结构、性能，熟悉和掌握操作维护技能，经过考核合格，才能操作、维护设备。3、建立健全规章制度：包括综采管理制度、作业规程、操作和维护制度、交接班制度、安全生产制、技术学习和经验交流制度、事故分析检查制度、班组原始记录和成本核算制度、备配件领用制度，确保管好、用好综采设备。4、矿井建立地面维护车间：井下更换上井的液压元件(立柱、千斤顶、阀、胶管接头等)，要及时进行清洗、维修，并作防锈、蚀处理；对阀类(尤其安全阀)要进行调整，保证其良好的性能。5、建立零部件专库：零部件(包括备配件)要分类放好，登记造册，做到帐、卡、物相符，严格制定领用手续。备配件要有足够储备。液压元件要做好防污染和放锈蚀处理。7.2 液压支架操作液压支架的操作由固定在底座上的操作阀来控制。操作阀共有5片组成，主要操作：立柱及回拉千斤顶的升、降；推溜、拉架；前梁上下摆动一定角度；尾梁上下摆动一定角度；侧护板的伸出及收回。7.3 液压支架操作管理事项1、为了操作方便和便于记忆，操纵阀组中每片阀部都带有动作标记。操作工必须了解支架各元件的性能和作用，熟练准确地按操作规程进行各种操作。归纳起来，支架操作要作到：快、够、正、匀、平、紧、严、净。1)“快”移架速度要快；2)“够”推移步距要够；3)“正”操作正确无误；4)“匀”操作要均匀平稳；5)“平”推溜移架要确保三直两平；6)“紧”及时支护紧跟采煤机进行拉移支架；7)“严”接顶挡矸要严实；8)“净”架前架内浮煤碎矸要及时清除。2、工作面支架基本操作程序为：割煤拉移支架推移前输送机。3、及时清除支架和输送机之间的浮煤碎矸，以免影响移架；定期清除支架推杆下和柱窝内的煤粉、碎矸；定期冲洗支架内堆积的粉尘。4、爱护设备，不准用金属件、工具等物碰撞液压元件，尤其要注意防止碰砸伤立柱、千斤顶活塞杆的镀层和挤坏胶管接头。5、操作过程中若出现故障，要及时排除，操作工也应带一定数量密封件和易损件，一般故障操作工应能排除；若个人不能排除的要及时报告，会同维修工及时查找原因，采取措施迅速排除或更换零部件。6、对各处的安全阀不得随意拆卸，若必须更换处理要先采取措施进行卸压后方可拆卸更换。 7.4 维护和管理的具体内容1、基本要求：掌握液压支架有关知识，了解各零部件机构、规格、材料、性能和作用，遵守维护规程，及时排除故障，保持设备完好，保证正常安全生产。安全提示：不能带压拆卸任何液压元件。2、维护内容：日常维护保养和拆检维修，维护的重点是液压系统。日常维护保养作到：一经常、二齐全、三无漏堵。“一经常”坚持经常维护保养；“二齐全”连结件齐全、液压元部件齐全；“三无漏堵”阀类无漏堵、立柱千斤顶无漏堵、管路无漏堵。液压元件维护修理的原则是：井下更换、井上检修。3、维修前做到：一清楚、二准备。“一清楚”维护项目和重点要清楚；“二准备”要准备好工具尤其是专用工具，准备好各种配件。4、维护时做到：了解核实无误、分析准备、处理果断、不留后患。“了解核实”了解出事故的前因后果并加以核实无误；“分析准确”分析故障部位及原因要准确；“处理果断”判明故障后果断处理，该更换的既更换，需拆检的既上井检修；“不留后患”树立高度责任感和事业心、排除故障不马虎、不留后患，设备不带“病运转”。5、坚持维修检修制度：做到五检：班随查、日小检、周(旬)中检，月大检、季(年)总检。“班随检”生产班维修工跟上班随检，着重维护保养和一般性故障部位和零部件，基本保证三个生产班不出大的故障；“周(旬)中检”在班检、日检的基础上进行周(旬)末的全面维修检修、对磨损、变形较大和漏堵零部件进行“强迫”更换，一般在6小时内完成，必要时可增加工12小时；“月大检”在周(旬)检基础上每月进行一次全面检修，统计出设备完好率，找出故障规律，采取预防措施，一般在12小时内完成，必要时可延长至一天，列入矿检修计划；“季(年)总检”在每月的基础上每季(年)进行总检，一般在一天内完成，也可与当日大检结合进行，统计出季(年)设备完好率，验证故障规律，找到经验教训(亦可搞半年总结和年终总结)。6、维护工要做到：一不准、二安全、三配合、四坚持。“一不准”井下不准随意调整安全阀压力；“二安全”维护中要保证人和设备安全；“三配合”生产班配合操作工维护保养好支架、检修班配合生产班保证生产班无大故障、检修时与其它工种互相配合共同完成检修班任务；“四坚持”坚持正规循环和检修制度、坚持事故分析制度、坚持检修日志和填写有关表格，坚持技术学习提高业务水平。7.5 液压支架的故障及排除液压支架出厂时己经过严格的验收。主要结构件和液压元件的强度足够，性能可靠，在正常情况下，一般不会发生大的故障。但是，支架在井下使用过程中，由于煤层地质条件复杂，影响因素较多，加之如果在维护方面存在不足和误操作时，则支架出故障也是难免的。因此，必须加强对综采设备的维护管理，使支架不出现或少出现故障。然而一旦出现故障，不管故障的大小，都要及时查明原因迅速排除、使支架保持完好，保证综采工作面的设备正常运转。7.5.1 结构件和连接销轴1、结构件支架的结构件通常不会出现大的问题，主要构件的设计强度足够，但在使用过程中也可能出现局部焊缝开裂。处理办法：采取措施防止焊缝裂纹扩大，不能拆换上井的结构件，待支架转移工作面时上井补焊。2、连接销轴结构件间以及与液压元件连接所用的销轴，可能出现磨损、弯曲、断裂等情况。结构件的连接销轴有可能磨损，一般不会弯断；千斤顶和立柱两头的连接销轴出现弯断的可能性大。如发现连接销轴磨损、弯断，要及时更换。7.5.2 液压系统及液压元件支架的常见故障，多数与液压系统的液压元件有关，诸如胶管和管接头漏液、液压控制元件失灵、立柱及千斤顶不动作等等。因此，支架的维护重点，应放在液压系统和液压元件方面。1、胶管及管接头造成支架胶管和管接头漏液的主要原因有：O型圈或挡圈大小不当或被切、挤坏，管接头密封面磨损或尺寸不合格。胶管接头扣压不牢或受挤压变形；在使用过程中胶管被挤坏、接头被碰断；胶管质最不好或过期老化，起包渗漏等。采取的措施是：对密封件的大小不当或损坏的要及时更换密封圈；其他原因造成漏液的胶管、接头在保存和运输时，必须保护密封面、挡圈和密封圈不被损坏；更换的胶管长度要合适，在换接胶管时不要猛砸硬插，安好后不要拆装过频，平时注意整理好胶管，防止挤碰胶管、接头。2、液压控制元件支架的液压元件，诸如操纵阀、液控单向阀、安全阀、截止阀、过滤器等，若出现故障，则常常是密封件(如密封圈、挡圈、阀垫或阀座)等关键件损坏而不能密封，也可能是阀座和阀垫等塑料件扎入杂质而密封不住；液压系统污染，赃物杂质进入液压系统又未及时清除，致使液压元件不能正常工作；弹簧不符合要求或损坏，使钢球不能复位密封或影响阀的性能(如安全阀的开启、关闭压力出现偏差)；个别接头和焊堵的焊缝可能渗漏，等等。措施：液压控制元件出现故障，应及时更换上井检修；保持液压系统清洁，定期清洗过滤装置(包括乳化液箱)；液压控制元件的关键件(如密封件)要保护好不受损坏，弹簧件要定期抽检性能，阀类要作性能试验，焊缝渗漏要在拆除内部密封件后进行补焊，按要求做压力试验。3、立柱及千斤顶支架的各种动作，主要由立柱和各类千斤顶根据操作者的要求来完成，如果立柱或千斤顶出现故障(例如动作慢或不动作)，则直接影响支架的功能。若立柱或千斤顶出现动作慢，主要原因可能有：乳化液泵压力低、流量不足；进回液通道有阻塞现象；也可能是几个支架同时操作造成短时流最不足；液压系统及液压控制元件有漏液现象。若立柱或千斤顶不动作，主要原因可能有：管路阻塞，不能进回液；控制阀(单向阀、操纵阀)失灵；立柱、千斤顶活塞密封损坏渗漏；立柱、千斤顶缸体或活柱(活塞杆)受侧向力变形；截止阀未打开，等等。措施：整理管路系统，及时清洗乳化液箱和清洗过滤装置；更换失灵的控制阀；立柱、千斤顶在排除蹩卡和截止阀等原因后仍不动作，则立即更换上井拆检；焊缝渗漏要在拆除密封件后到地面补焊并保护密封面。液压系统常见故障、原因及排除方法详见附录一。7.5.3 支架在操作过程中的问题在支架的操作和支护过程中可能出现的故障有：初撑力偏低、工作阻力超限、推溜不直、移架速度慢；顶板管理不善，出现顶空、倒架等现象。l、初撑力和工作阻力问题支架初撑力的大小，对控制顶板下沉和管理顶板有直接关系，因此必须保证支架有足够的初撑力。当支架出现初撑力偏低时，主要原因是作为支架动力的乳化液压力不足或液压系统漏液造成操作时充液升柱时问短等。保证足够初撑力的措施有：必须保持乳化液泵站的压力在额定工作压力范围内，随时观察乳化液泵站的压力变化，及时调整压力；杜绝液压系统漏液，尽量减少管路系统压力损失，但过大的初撑力对某些顶板管理亦会不利。支架的工作阻力超限，会对支架部件和液压元件造成损坏，甚至会造成较大的事故，因此要进行必要的检测和观察。支架工作阻力超限的主要原因有：安全阀调整压力超过了支架设计要求的额定工作压力；安全阀失去作用，即达到额定的工作阻力时，安全阀不开启泄液而继续承受增阻压力，造成工作阻力超限。防止工作阻力超限的办法是：对安全阀定期检查调试、安全阀调定压力严格控制在额定工作压力(即工作阻力)值；不得随意调整安全阀的工作压力；本支架设有测压阀连接口，可连接测压阀随时观察工作面压力变化。通常情况下，工作面顶板来压或局部压力增大而使安全阀开启泄漏，这是正常现象；相反，安全阀未开启泄液，则说明支架工作阻力选的过大或调的过高。工作阻力偏低也不行，因为不利于管理顶板。2、推溜和移架综采工作面要保持平直，这与采煤机采煤时对顶底板是否平直有直接关系，也与推溜和移架是否平直有关，两者是相互影响的。如果顶底板刮得起伏不平，甚至割出台阶，就不能顺利推溜、移架，若移架的距离不够，反过来又影响采煤机的截深；顶底板起伏不平，输送机和支架的歪斜可能会出现采煤机滚筒割铲煤板或支架的伸缩梁。推溜、移架是否平直，是工作面保持“三直两平”的关键。液压支架采用及时支护方式推移支架。在正常情况下，当采煤机割过煤后，以本架操作方式，距采煤机后滚筒35m开始移架，按顺序逐架进行。在顶板破碎，悬顶面积大时可在采煤机割完顶刀时，将支架护帮板伸出，及时维护煤帮顶板，保证其完整性。移架后，距采煤机1015m开始推移输送机。推溜和移架要协调，其弯度不可过大，一般23次到位。3、安全防护提示要及时调整支架扎底、防止下滑，否则影响采煤机割煤或打坏截齿，有发生火花的危险；活动侧护板若发生误动作，可能造成窜矸并碰伤和损坏设备等。要防止上述事故，必须严格按操作程序和规章要求，正确操作和使用各种防护设施，防止误动作，使之起到有效防护作用。7.6 液压支架的发展趋势依靠科技进步，建设高产高效矿井，实现煤矿生产的机械化、自动化和安全高效，是煤炭工业发展的根本出路。改革开放以来，我国煤炭科学技术取得了突飞猛进的发展，开采工艺及装备水平不断提高，机械化程度逐年上升，安全生产状况显著改善，高产高效记录不断刷新。一大批创新科研成果不断涌现并推广应用，使我国煤矿开采技术跻身世界先进行列。当今世界科学技术的迅猛发展，新技术、新方法不断应用与推广，电子计算机应用范围的液压支架的发展方向进一步扩大，为工作面液压支架的发展提供了前提条件。液压支架的发展趋势如表7-1所示。表7-1 液压支架发展趋势掩护支架化由于掩护与支撑掩护式之间得优良性能，今后仍将是工作面液压支架的主要架型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的煤层强力化为适应工作面高产、高效；增加液压支架的可靠性，较少维修，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多样化由于煤层地质条件、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，结构也趋于多元化。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成套化液压支架只有与采煤机、输送机等设备共同被套使用，才能最大限度的发挥作用。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，液压支架还要于特殊采煤工艺，如放顶煤、风力（水砂）填充、水平倾斜及急倾斜煤层开采等采煤工艺加以成套考虑自动化电子液压系统可使液压支架实现程序、成套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系列化标准化支架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、支架的计算机辅助设计与制造（CAD-CAM）结 论本文详细介绍了支撑掩护式液压支架的总体结构设计，完成了各结构件的设计，以及液压系统原理的设计；同时建立了支架平面力学模型，对各结构件进行了受力分析和强度校核。本文设计的支撑掩护式液压支架结合了垛式液压支架和掩护式液压支架的特点，具有整体性好、支护安全、能够自移，对工作面支护适应性强，体积小，重量轻，成本低，运输、安装、拆卸、使用均比较方便的特点。因此具有很高的性能价格比。在设计过程中，使后立柱的位置靠近顶梁的后端，从而增加了支架后部的切顶能力，有利于坚硬顶板的及时垮落并减小块度，实现支架对顶板的有效管理。顶梁、掩护梁和后连杆都采用了侧护板，可将采空区的矸石可靠的挡住，适应性强。推移结构采用反装式千斤顶的框架结构，提供较大的移架力，以满足拉架的需要。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，比压小。同时，底座前端制成滑撬形，以减小支架的移架阻力；而且采用过桥连接，增加了底座的刚度。在设计过程中，使后立柱的位置靠近顶梁的后端，从而增加了支架后部的切顶能力，有利于坚硬顶板的及时垮落并减小块度，实现支架对顶板的有效管理。采用了双侧活动侧护板，可根据工作面倾角方向调整一侧固定另一侧活动，适应性强。推移结构采用浮动活塞式千斤顶和短推杆，以满足推移输送机和拉架的需要。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，比压小。同时，底座前端制成滑撬形，以减小支架的移架阻力；而且用过桥连接，增加了底座的刚度。液压系统中的阀类、管件大量采用国内成熟的支架通用液压元件，元件可靠性，动作准确性，便于管理、维护和使用。支架整体设计为对称结构，顶梁和前梁均为开式，这样生产制作简单，而且前后开采时支架不用调头，大大减少了工人劳动量。由于个人能力和时间有限，此处只对支架进行了平面受力分析，而支架在井下的实际工况是非常复杂的，不仅顶板压力的大小和作用位置，而且支架的顶梁和顶板的接触情况都是随机变化的，所以还应该对液压支架进行空间受力分析和强度校核，最好能够运用先进的设备对所设计的支架进行有限元分析和MT3122000型式实验，以求达到低成本、高可靠性的要求。参 考 文 献1 丁绍南.液压支架设计M.北京：世界图书出版社，19922 邢福康，刘玉堂.煤矿支护手册M.北京：煤炭工业出版社，19913 赵宏珠.综采面矿压与液压支架设计M.徐州：中国矿业学院出版社，19874综采技术手册编委会.综采技术手册M.北京：煤炭工业出版社，20005 李炳文，万丽荣，柴光远.矿山机械M.徐州：出版社，20106 雷天觉.新编液压工程手册M.北京：北京理工大学出版社，19987 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，20048 曾正明.机械工程材料手册M.北京：机械工业出版社，20039 陶驰东.采掘机械M.北京：煤炭工业出版社，199310 张家鉴，陈文享.液压支架M. 北京：煤炭工业出版社，198511 甘永立.几何量公差与检测M.上海：上海科学技术出版社，200112 徐灏.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，200313 刘鸿文.材料力学M.北京：高等教育出版社，200614 王国法.液压支架技术M.北京：煤炭工业出版社,199915 王国彪，饶明杰.液压支架优化设计与计算机模拟分析M.北京：煤炭工业出版社，1994 16 白杰平，伍锋，潘英.机械工程科技英语M.徐州：出版社，1997翻译部分英文原文SELF-ADVANCING HYDRAULIC POWERED SUPPORTSModern longwall mining employs hydraulic powered supports at the face area . The support not only holds up the roof , pushes the face chain conveyor , and advances itself , but also provides a safe environment for all associated mining activities . Therefore its successful selection and application are the prerequisite for successful longwall mining . Furthermore , due to the large number of units required , the capital invested for the powered support usually accounts for more than half of the initial capital for a longwall face . Therefore both from technical and economic points of view , the powered support is a very important piece of equipment in a longwall face .The application of modern powered supports can be traced back to the early 1950s . Since then , following its adoption in every part of the world , there have been countless models designed and manufactured in various countries . But unfortunately , there still is no uniform system of classification .A simplified classification is used in this section . since a powered support consists of four major components(i. e. , canopy , caving shield , hydraulic legs or props , and base plate ) , the ways by which they are interrelated are used for classification . In this respect , two factors are most important : (1) presence or absence of a caving shield - if a caving shield is included , the support is a “ shield ” type , otherwise , a frame or a chock ; (2) number and type of arranging the hydraulic legs - since support capacity is generally proportional to the number of hydraulic legs , it is important to specify the number of hydraulic legs that a support has . Furthermore , the way the hydraulic legs are installed is important ; for example , a vertical installation between the base and the canopy has the highest efficiency of application whereas an inclined installation between the base and the caving shield has the least efficiency in supporting the roof .Based on this concept , there are four types of powered support , that is , the frame , chock , shield , and chock shield , in order of evolution of their development . However , it must be noted that the trend of development in each type is such that it becomes less distinguishable in terms of application .The four types of roof supports can be obtained for either longwall retreating or advancing systems , and they are available in standard , one-web-back , and immediate forward support ( IFS ) versions .With the standard system , the winning machine takes a cut or a slice , and the armored face conveyor is pushed over by the hydraulic rams that are fixed to the support units . The support units then are advanced sequentially to the conveyor . With the one-web-back system , a support is set back from the conveyor by a device that automatically keeps the leading edge of the support at a fixed distance from the conveyor .This allows easy access through the face and employs the standard method of advancing ; i. e. , pushing the conveyor first , and then advancing the support .With the IFS system , the support unit is advanced to the conveyor immediately after the cutting machine has passed , and the forward canopy of the support unit is long enough to support both the recently and newly exposed roof sections . After the supports have been advanced , the conveyor is pushed over .FRAMEThe frame support is an extension of the single hydraulic props conventionally used underground . Thus it is the first type developed in modern self-advancing hydraulic powered supports .It involves setting up two hydraulic props or legs vertically in tandem that are connected at the top by a single or two segmented canopies .The two segmented canopies can be hinge-jointed at any point between the legs or in front of the front leg .The base of the two hydraulic legs may be a circular steel shoe welded at bottom of each leg or a solid base connecting both legs (Fig . 8.8) .Generally , a frame support consists of two or three sets of hydraulic legs . The set moving first is the secondary set , the set moving later is the primary set .There is a double-acting ram installed between each set . The piston of the ram is connected to the secondary set and the cylinder to the primary set . During support advance ( Fig. 8. 9) , the primary set is set against the roof while the secondary set is lowered and pushed forward by the piston . Having reached the new position , the secondary set is set against the roof while the primary set is lowered and pulled forward by the cylinder . The distance of each advance ranges from 20 to 36 in. (0.500.91m) .Fig . 8.8 Frame supporta-primary set b-secondary setFig . 8.9 Method of advancing the frame supportThe frame support is very simple , but more flexible or less stable structurally . There are considerable uncovered spaces between the two pieces of canopy which allows broken roof rock to fall through . Consequently , the frame support is not suitable for a weak roof . Frames have become seldom used because they are less stable and require frequent maintenance .CHOCKIn a chock support , the canopy is a solid piece and the base may be either a solid piece or two separate parts connected by steel bars at the rear and / or the front ends . In both cases a large open space is left at the center for locating the double-acting hydraulic ram which is used to push and pull the chain conveyor and the chock in a whole unit ,respectively , a distinctive difference from the frame support . This setup designed for thin seams with two legs in the front and four legs in the rear , separated by a walkwais also used in the shields and chock shields .Again , all hydraulic legs are installed vertically between the base and the canopy (Fig. 8. 10) . The number of legs ranges from three to six , but the four-leg chocks are by far the most popular ones . The six-leg chocks are y (Fig. 8.10c) . For the six-leg chocks , the canopy is generally hinge-jointed above the walkway . Most chock are also equipped with a gob window hanging at the rear end of the canopy . The gob window consists of several rectangular steel plates connected horizontally at both ends.A B CFig . 8.10 Schematics of various chock supportIn most chock supports , there are hinge joint connections between the legs and the canopy and between the legs and the base . But in order to increase the longitudinal stability , it is reinforced mostly with a box-shaped steel frame between the base and each leg . A leg restoring device is installed around each leg at the top of the box-shaped steel frame .The chocks are suitable for medium to hard roof . When the roof overhangs well into the gob and requires induced caving , the chocks can provide access to the gob .SHIELDShields , a new entry in the early seventies , are characterized by the addition of a caving shield at the rear end between the base and the canopy . The caving shields , which in general are inclined , are hinge-jointed to the canopy and the base making the shield a kinematically stable support , a major advantage over the frames and the chocks . It also completely seals off the gob and prevents rock debris from getting into the face side of the support . Thus the shield-supported face is generally clean .The hydraulic legs in the shields are generally inclined to provide more open space for traffic . Because the canopy , caving shield , and base are interconnected , it can well resist the horizontal force without bending the legs . Thus , unlike the solid constraint in the frame/ chock supports , the pin connections between the legs and the canopy ,and between the legs and the base in a shield support make it possible that the angle of inclination of the hydraulic legs varies with the mining heights . Since only the vertical component of hydraulic leg pressure is available for supporting the roof ,the actual loading capacity of the shield also varies with the mining heights .There are many variations of the shield supports . In the following ,six items are used to classify the shields , which enables a unified terminology to be developed for all kinds of shields . The types of motional traces of the canopy tip , leg positions and orientation , number of legs , canopy geometry , and other optional designs and devices can be clearly specified by the terminology .TYPES OF MOTIONAL TRACES FOR THE LEADING EDGE OF THE CANOPY.This is the most commonly recognized way of classifying the shield . Based on this criterion , there are three types , lemniscate , caliper , and ellipse (Fig. 8. 11) .A . Lemniscate.L B . Caliper.C C . Ellipse.EFig . 8.11 Three types of motional traces for leading edge of the shield canopyA . Lemniscate . This is the most popular type . The caving shield and the base are jointed by two lemniscate bars which have a total of four hinges . As the hydraulic legs are raised and lowered , the dimentions of the lemniscate bars are selected such that the leading edge of the canopy moves up and down nearly vertically , thus maintaining a nearly constant unsupported distance between the face-line and the leading edge of the canopy .This is a feature that is widely considered most desirable for good roof control . There are clear limits of mining height within which the leading edge of the canopy moves nearly vertically . These limits are strictly controlled by the dimentional and positional arrangements of the canopy , caving shield , lemniscate bars , and the base . Beyond these limits , the edges will move rapidly away from the face-line creating a large unsupported area .B . Caliper . In a caliper shield , the caving shield and the base are connected by a single hinge .When the hydraulic legs are raised , the leading edge of the canopy moves in an arc away from the face , thus increasing the unsupported area This is considered by most users the least desirable feature of the caliper shield But in practice if the seam thickness varies little , the dimentio
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号