《中厚煤層掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《中厚煤層掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】（78頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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I ................................................................. 緒 論 .................................................................... 1 ...................................... 1 .............................................. 2 2液壓支架基本理論分析 ...................................................... 3 壓支架的工作原理 .................................................. 3 壓支架的類型和結(jié)構(gòu) ................................................ 5 液壓支架的基本要求 ................................................ 6 ...................................................... 7 3 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................... 9 架高度、中心距的確定 .............................................. 9 ..................................................... 10 ................................................... 11 ....................................................... 15 4支架主要部件的設(shè)計(jì) ....................................................... 17 ............................................. 17 ......................................................... 17 ......................................................... 18 技術(shù)參數(shù)和立柱的設(shè)計(jì) ........................................... 18 ............................................. 23 斤頂技術(shù)參數(shù)的確定 ............................................... 25 5 支架受力分析與計(jì)算 ...................................................... 30 ....................................................... 30 ........................................................... 30 梁載荷分布 ....................................................... 33 6 液壓支架的強(qiáng)度校核 ...................................................... 35 度條件 ........................................................... 35 ....................................................... 35 護(hù)梁強(qiáng)度校核 ..................................................... 37 座強(qiáng)度校核 ....................................................... 39 ....................................................... 42 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 7 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................ 49 ............................................. 49 壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 ................................................. 49 斤頂系統(tǒng) ......................................................... 50 ..................................................... 51 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................... 57 致謝 ...................................................................... 58 附錄一（英文） ............................................................ 59 附錄二（譯文） ............................................................ 66 1 1 緒 論 內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 地下開采的煤產(chǎn)量主要是利用由液壓支架配套的綜采設(shè)備產(chǎn)出的。綜采設(shè)備的研制和廣泛的運(yùn)用，對(duì)煤炭工業(yè)革新技木裝備不僅有著重大的作用，而且對(duì)采煤工藝各個(gè)環(huán)節(jié)技術(shù)水平的發(fā)展和提高，是強(qiáng)有力的促進(jìn)因素。 加速現(xiàn)代化進(jìn)程，必須加速煤炭工業(yè)企業(yè)的建設(shè)、改造和革新技術(shù)裝備的進(jìn)程，增加地下開采和露天開采的煤產(chǎn)量。地下開采方法是最復(fù)雜和閑難的方法，但是，這種方法在工業(yè)發(fā)達(dá) 國(guó)家和以煤作為 — 次能源的地區(qū)，仍然普遍應(yīng)用。而且，開采優(yōu)質(zhì)煤，包括煉焦煤，都是采用地下開采方法。 綜合機(jī)械化采煤是煤炭工業(yè)的一次技術(shù)革命，從根本上改變了煤炭工業(yè)的面貌，綜合機(jī)械化采煤是 20 世紀(jì)人類科技發(fā)展的重要成果。 綜合機(jī)械化采煤技術(shù)在我國(guó)的研究試驗(yàn)、使用、發(fā)展，徹底改變了我國(guó)煤炭工業(yè)的面貌，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)效益，滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)煤炭的需求，合理的集中生產(chǎn)簡(jiǎn)化了生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)安全性。我國(guó)綜采技術(shù)發(fā)展的 30 多年，使我國(guó)的煤炭生產(chǎn)技術(shù)水平跨進(jìn)了世界先進(jìn)行列，綜放技術(shù) 躍居世界領(lǐng)先地位。 工作面支護(hù)問(wèn)題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問(wèn)題。以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化采煤 (以下簡(jiǎn)稱綜采 )的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展史上的一次重大革命。不僅從根本上改善了勞動(dòng)和安全條件，也為工作面產(chǎn)量和效率的迅速提高奠定了基礎(chǔ)。但是綜采設(shè)備初期投資高，特別是液壓支架占綜采設(shè)備總投資約 60%，因此液壓支架的合理選用特顯重要。 30 多年來(lái)在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤科總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計(jì)所為主的支架研究設(shè)計(jì)隊(duì)伍，采用計(jì)算機(jī) 行各種類型支架的設(shè)計(jì)，用有限元計(jì)算 軟件等進(jìn)行計(jì)算，并普及計(jì)算機(jī)繪圖。我國(guó)制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計(jì)、選型和使用提供了有力的指導(dǎo)依據(jù)。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機(jī)械工業(yè)部及船舶制造總公司等專業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國(guó)家煤礦支護(hù)設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)中心為骨干的檢測(cè)隊(duì)伍。制定有關(guān)支架檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) 11項(xiàng)，建立了各項(xiàng)支架檢測(cè)手段，造就了一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊(duì)伍 ;形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。不僅能滿足國(guó)內(nèi)的需要，還向美國(guó)、俄羅斯、土耳其和印度等國(guó)家出口液壓支架或成套綜采設(shè)備。 為適應(yīng)我國(guó)煤礦綜采機(jī)械化的發(fā)展，國(guó)內(nèi) 綜采設(shè)備科研設(shè)計(jì)和制造企業(yè)已研制開發(fā)出具有較先進(jìn)技術(shù)水平的大功率電牽引采煤機(jī)、重型刮板輸送機(jī)、電液控制強(qiáng)力液壓支架和多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)大運(yùn)力帶式輸送機(jī)。配套設(shè)備的生產(chǎn)能力達(dá)到 1500~2 500 t/h， 在適宜的煤層和礦井條件下，綜采工作面可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 300 萬(wàn)噸 以上。 新型礦用單體支護(hù)設(shè)備，采用懸浮式液壓技術(shù)原理，生產(chǎn)礦用單體支護(hù)設(shè)備，技 2 術(shù)水平達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了國(guó)際空白。 液壓支柱的柱塞懸浮，密封脹緊，密封補(bǔ)償，無(wú)內(nèi)泄漏、無(wú)圓弧焊縫等技術(shù)和安全特點(diǎn)，具有獨(dú)創(chuàng)性。新型礦用單體支護(hù)設(shè)備的誕生，消除了五十年 來(lái)國(guó)內(nèi)外單體支護(hù)設(shè)備一直存在的內(nèi)泄漏和圓弧焊縫脆斷等安全隱患問(wèn)題。解決了深部煤礦開采沖擊地壓條件下回采工作面頂板支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)束了由德國(guó)人發(fā)明的第二代單體支護(hù)設(shè)備的歷史，開創(chuàng)了中國(guó)人發(fā)明的第三代單體支護(hù)技術(shù)設(shè)備的歷史，并將會(huì)長(zhǎng)期使用下去。該產(chǎn)品普遍適用于煤礦回采工作面的頂板支護(hù)和端頭支護(hù)，可廣泛應(yīng)用于薄煤層、中厚煤層及較厚煤層工作面，是煤礦的重要支護(hù)設(shè)備。 近 10 年來(lái)主要的發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距發(fā)展。液壓支架另一重大突破 是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁控制的先導(dǎo)閥，先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外線遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時(shí)間達(dá)到 6~8s。 我國(guó)自 1973 年開始大規(guī)模引進(jìn)德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進(jìn)提高的過(guò)程，到目前已形成了較完整的設(shè)計(jì)、制造和科研體系，掩護(hù)式液壓支架的制造和采煤技術(shù)已有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。 課題的研究目的和意義 采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭增長(zhǎng) 的日益需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可見(jiàn)，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 通過(guò)對(duì)液壓支架的理論學(xué)習(xí)，完成液壓支架的設(shè)計(jì)工作，加深對(duì)液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和了解。通過(guò)對(duì)液壓支架結(jié)構(gòu)的分 析，加深和鞏固機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容；通過(guò)對(duì)液壓支架受力的分析和強(qiáng)度的校核，加深對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學(xué)和材料力學(xué)及專業(yè)課機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的鞏固和理解。同樣通過(guò)對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)，能夠更好的認(rèn)識(shí)國(guó)內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問(wèn)題，從而為以后更深認(rèn)的了解和設(shè)計(jì)液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。 通過(guò)自己獨(dú)立地完成指定的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，提高理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)會(huì)查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為畢業(yè)后成為一名出色的機(jī)械工程師打 好基礎(chǔ)。 3 現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才提出了更高的要求，作為一名當(dāng)代大學(xué)畢業(yè)生，不僅打好堅(jiān)實(shí)的專業(yè)知識(shí)，還應(yīng)具備工程技術(shù)人才應(yīng)有的綜合素質(zhì)。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，我們應(yīng)立足變傳統(tǒng)的、僵化的、單純的畢業(yè)設(shè)計(jì)為培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)、提高創(chuàng)新能力、樹立團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、強(qiáng)化計(jì)算機(jī)運(yùn)用等多維兼容性畢業(yè)設(shè)計(jì) ;同時(shí)通過(guò)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力；在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，以我們的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，教師適時(shí)指導(dǎo)為輔；將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平 。 2 液壓支架基本理論分析 壓支架的工作原 理 液壓支架在工作過(guò)程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓液體，通過(guò)工作面性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的，如圖 示。 圖 壓支架工作原理 1— 頂梁； 2— 立柱； 3— 推移千斤頂； 4— 安全閥； 5— 單向筏； 6、 7— 操縱閥； 架升降 當(dāng)操作閥處于升柱位置時(shí)，從乳化液泵站來(lái)得高壓液體通過(guò)操縱閥液控單向閥 5進(jìn)入立柱 2 的下腔，立 柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。 架推移 支架的前移和推移輸送機(jī)是通過(guò)操縱閥和推移千斤頂 3 來(lái)進(jìn)行的。移架時(shí)，先使支架卸載下降，再把操縱閥置于移架位置，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂?shù)那扒患椿钊麠U腔，后腔即活塞腔回液。這時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推 4 移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時(shí)輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤 壁。 架承載過(guò)程 支架的承載過(guò)程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過(guò)程，它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。 (1) 初撐階段 在升架過(guò)程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過(guò)程為支架的初撐階段。此時(shí)支架對(duì)頂板的支撐力為初撐力。 (2) 承載增阻階段 支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過(guò)程為支架的承載增阻階段。 (3) 恒阻階段 隨著頂板壓力 的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來(lái)越高，當(dāng)升高到安全閥 5的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過(guò)程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力成為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。 圖 架的工作特性曲線 由上可知，支架工作時(shí)，其支撐力與時(shí)間的關(guān)系， 可用支架工作特性曲線表示，如圖 所示，曲線上的0t、 1t 、3阻、和恒阻階段的時(shí)間。 上述工作過(guò)程表明：支架在達(dá)到額定工作阻力以前具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板有效的支撐作用；當(dāng)支架達(dá)到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性，支架的工作特性決定于立柱、液控單向閥、安全閥和操縱閥的性能和密封的好壞。所以這些元件是支架的關(guān)鍵液壓元件 5 通常液控 單向閥和安全閥組合在一起，稱為控制閥。支架的工作阻力是支架的一個(gè)重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長(zhǎng)短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對(duì)頂板的支撐能力。因此，通常單位支護(hù)面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護(hù)強(qiáng)度來(lái)表示支架的支護(hù)性能。即 10?? (式 式中 F — 支架的支護(hù)面積， 2m 壓支架的類型和結(jié)構(gòu) 液壓支架按其對(duì)頂板的支護(hù)方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三種基本架型。 撐式支架 支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動(dòng)作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架和節(jié)式支架兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機(jī)聯(lián)接并互為支點(diǎn)整體前移。節(jié)式支架由 2~3 個(gè)框節(jié)組成，移架時(shí)，各節(jié)之間互為支點(diǎn)交替前移，輸送機(jī)用與支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性 差，現(xiàn)已基本淘汰。 支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：頂梁較長(zhǎng)，其長(zhǎng)度多在 4m 左右；而且立柱多，一般4~6 根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護(hù)性能是：支撐力大，且作用點(diǎn)在支架后部，故切頂性能好；對(duì)頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來(lái)完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的工作空間和通風(fēng)斷面大。 由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強(qiáng)烈周期來(lái)壓，且水平力小的條件。 護(hù)式支架 掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：有一個(gè)較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)的矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端通過(guò)前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用于頂梁或直接作用于頂梁上。掩護(hù)式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護(hù)式支架 1 根立柱外，一般都是一排 2 根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為 右。 掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐 力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對(duì)頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作 6 業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。 由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定、老頂周期來(lái)壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。 撐掩護(hù)式支架 支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能，可適用于各種頂?shù)装鍡l件。 支撐掩護(hù)式支架的頂梁由前 梁與主梁構(gòu)成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。這種支架的優(yōu)點(diǎn)是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。它的主要缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾和后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都直接支撐在頂梁上，個(gè)別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。 種液壓支架 特種液壓支架是為滿足某些特殊要求而發(fā)展起來(lái)的液壓支架，在結(jié)構(gòu)型式仍屬于上述某種基本架型。 液壓支架的基本要求 1. 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。 2. 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 10050厚煤層一般為 150250煤層一般為 250400 3. 防矸性能要好。 4. 排矸性能要好。 5. 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有毒氣體等安全方面的要求。 6. 為了操作和 生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 7. 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 8. 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定植。 9. 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。 10. 在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。 11. 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單。 12. 液壓元件要可靠。 7 架的選型設(shè)計(jì) 計(jì)的原始條件 煤層厚度： H＝ ；頂設(shè)條件老頂 、直接頂 ，底板平整，無(wú)影響支架通過(guò)的斷層。工作面配套設(shè)備：采煤機(jī)： 板輸送機(jī)： 30/320。煤層傾斜角小于 15 度，支護(hù) 強(qiáng)度、底板抗壓強(qiáng)度、泵站壓力、安全閥調(diào)定壓力 40 架的支護(hù)性能與外載荷 由液壓支架的工作狀態(tài)知，支架承受的外載荷是頂板下沉形成的。在頂板下沉過(guò)程中，支架的頂梁與頂板有相對(duì)滑動(dòng)的現(xiàn)象，支架不僅受有垂直于頂梁的力，還受有平行于頂梁的摩擦力。垂直于頂梁的力由支架的工作阻力來(lái)平衡。在支架承載過(guò)程中，支架底座承受工作面底板反作用力。 為了設(shè)計(jì)計(jì)算方便，要對(duì)支架的外載荷和支架本身進(jìn)行簡(jiǎn)化，概述如下： 把支架簡(jiǎn)化成一個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu)。為偏于安全，在計(jì)算時(shí)把外載荷視為集中載荷；金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計(jì)算； 頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長(zhǎng)度方向按線性規(guī)律分布，沿支架寬度方向?yàn)榫?；通過(guò)分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低所以，在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì)，使掩護(hù)梁偏于安全；立柱和短柱按最大工作阻力計(jì)算；產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種，— 是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對(duì)位移，頂板給予頂梁水平摩擦力，另一種是由于頂柜向采空區(qū)方向移動(dòng)，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù) W， 一般取 不同支護(hù)高 度時(shí)各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 響架型選擇的因素 (1) 煤層厚度 煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當(dāng)煤層厚度大于 煤取下限，硬煤取上限 ） 時(shí)，應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。 (2) 煤層傾角 煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時(shí)易發(fā)生傾倒、下滑象。當(dāng)煤層傾角大于 10? ~15? 時(shí)，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過(guò) 18? 時(shí)，應(yīng)同時(shí)具有防滑防倒裝置。 (3) 底板性質(zhì) 底板承受支架的全部載荷，對(duì)支架的底板影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結(jié)構(gòu)和支承面積。選型時(shí)，要驗(yàn)算底座對(duì)底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓 (對(duì)于砂巖底板，允許比壓為 底板為 左右 )。 (4) 瓦斯涌出量 對(duì)于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風(fēng)斷面應(yīng)滿足通風(fēng)的要求，選型時(shí)要進(jìn)行驗(yàn)算。 (5) 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造 十分復(fù)雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時(shí)間分別在5~8 2m 和 20下時(shí)，暫不宜采用液壓支架。 (6) 設(shè)備成本 在滿足要求的前提下，應(yīng)選用價(jià)格便宜的支架。 架架型的確定 從架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來(lái)看，由于直接頂類別和老頂級(jí)別的不同，支架所承受的載荷也不同。所以，為了在使用中合理地選擇架型，要對(duì)支架的支撐力、采煤高度與承載的關(guān)系進(jìn)行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。 根據(jù)煤層厚度 ，屬于中厚煤層。支架的適應(yīng)高度為 煤質(zhì)條件老頂 、直接頂 ，底板平整，無(wú)影響支架通過(guò)的斷層，根據(jù)表 步選定為掩護(hù)式兩柱液壓支架。 9 表 架架型的選擇 注： ①括號(hào)內(nèi)的數(shù)字是掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度。表中所列支護(hù)強(qiáng)度在選用時(shí)，可根據(jù)本礦情況允許有5? %的波動(dòng)范圍。 ②表中 2 分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)老頂?shù)姆旨?jí)增壓系數(shù)；Ⅳ級(jí)老頂給出最低值 2，選用時(shí)可根據(jù)本礦實(shí)際確定適宜值。 3 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 架高度、中心距的確定 架高度的確定 老頂級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類型 掩護(hù)式 掩護(hù)式 支撐式 掩 護(hù) 式 掩 護(hù) 或 支 撐 掩 護(hù) 式 支 撐 式 支撐掩護(hù)式 支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 支撐式 采高小于 支撐掩 護(hù)式 采高大于 支架支護(hù)強(qiáng)度 高m 1 2? 結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 2 2? 2? 2? 10 支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來(lái)確定，其最大與最小高度為： 1?（式 ??? ???? 2 煤層最大采高， 煤層最小采高 偽頂冒落的最大厚度，一般取 S — 頂板最大下沉量，一般取 100~200mm a — 移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取 50a — 矸、浮煤厚度，一般取 50設(shè)計(jì)采高 支架高度為 支架伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： 式 代入數(shù)據(jù)得 m= 架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計(jì)算： 3 n C? ? ? （式 式 中： 支架間距（支架中心距）； 每架支架頂梁總長(zhǎng)度； 3C— 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 ； n— 每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式 支 架 。 支架間距由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來(lái)確定，我國(guó)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為 斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長(zhǎng)的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 本次設(shè)計(jì) 取 支架的中心距為 座長(zhǎng)度的確定 座長(zhǎng)度 底座是將板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要??； 支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn) 11 定性等。通常，掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度職 的移架步距 (一個(gè)移架步距為 即 右；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 4 倍移架步距，即 右。本次設(shè)計(jì)取底座長(zhǎng) 座寬度 支架底座寬度一般為 提高橫向穩(wěn)定性和減小對(duì)底板比壓，厚煤層支架可加大到 右，放頂煤支架為 座中間安裝推移裝置的槽子寬度與推移裝置的結(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)， 一般為 300~380度取 1350 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)的作用與缺點(diǎn) 1．梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線運(yùn)動(dòng)，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點(diǎn)適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。 2．擋矸 鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起 到良好的擋矸作用。 3．抵抗水平力 觀測(cè)表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個(gè)水平推力由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。 4．提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。 四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)。首先，支架在工作過(guò)程當(dāng)中，四連桿機(jī)構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機(jī) 構(gòu)對(duì)頂板產(chǎn)生一個(gè)水平力（又稱水平支撐力），因此對(duì)支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響 。 四連桿幾何特征 （ 1）支架在最高位置時(shí)，1P=52° ~62° ，即： 1Q=75° ~85° 即 支架在最低位置時(shí)，保證 P?1 25?。 （ 2）后 1 連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為 I =撐掩護(hù)式為 I = （ 3）前后連桿上絞點(diǎn)之距與掩護(hù)梁的比值為 I? （ 4） 'e 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線， 支架由高到低雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度70e? （ 5）支架在最高位置時(shí)的 應(yīng)小于 優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對(duì)支撐掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于 12 定 四連桿機(jī)構(gòu)各部參數(shù)如圖 示，圖中的1 ： ; B ; C ; D ; 2 ; ' ; ' ; 1 ; 'L ; A '1;= 1、四連桿的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代液壓支架主要的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，其主要作用是保證支架縱向和橫向的穩(wěn)定性；承受和傳遞載荷以及保持液壓支架的整體剛度等。對(duì)于四連桿的選擇形式，大多數(shù)都是采用前整體后單的形式，這樣可以增加尾部的空間。 具有四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架從問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐考驗(yàn)，顯示出巨大優(yōu)越性，并從根本上克服了支撐式支架穩(wěn)定性和力學(xué)持性的缺陷，成為液壓支架技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。 現(xiàn)代掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架都用前后連桿把掩護(hù)梁和底座連結(jié)在一起，這樣組成的雙搖桿四連桿機(jī)構(gòu)可使支 架升降時(shí)保持比較穩(wěn)定的梁端距，即要求掩護(hù)梁和頂梁的鉸接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為一條直線，故稱底座、前連桿、后連桿和掩護(hù)梁組成的機(jī)構(gòu)為近似直線機(jī)構(gòu)，從而得到一個(gè)近似相等的端面距，以提高管理頂板性能，使支架能承受較大的水平力。 液壓支架升降時(shí)，頂梁的運(yùn)動(dòng)軌跡是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，既有頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn) E 的軌跡所決定，其軌跡如圖 示： 13 圖 2、支架四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡 支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)， E 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈 3 種形式：雙向擺動(dòng) ( )、單向向后擺動(dòng) ( )和單向向前擺 動(dòng) (和 )。選擇不同的四連桿參數(shù)．可以使 E 點(diǎn)軌跡處于上述 3 種曲線段。支架工作時(shí)，受到頂板載荷的作用，有下縮趨勢(shì)。當(dāng) E 點(diǎn)軌跡處于 時(shí)，頂梁相對(duì)于頂板有向煤壁移動(dòng)的趨勢(shì)，頂板對(duì)頂粱的摩擦力指向采空區(qū)側(cè)。當(dāng) E 點(diǎn)軌跡處于 時(shí)，頂梁相對(duì)于頂板有向采空區(qū)移動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)頂板對(duì)頂梁的摩擦力指向煤壁。當(dāng)頂板運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)超過(guò)支架運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，頂梁與頂板間的摩擦力方向?qū)⑷Q于頂板的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。 從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動(dòng)比頂梁向采空區(qū)方向移動(dòng)有利。前者對(duì)于保持粱端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導(dǎo)致頂板產(chǎn) 生離層或斷裂，造成頂板斷裂線前移或梁端冒頂。因此，合理設(shè)計(jì)四連桿參數(shù)．使支架工作段內(nèi)， E 點(diǎn)軌跡處于 比較理想，但對(duì)于調(diào)高范圍大的支架，要達(dá)到要求是困難的。然而，由于四連桿銷孔間隙的作用，使 E 點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與上述理論軌跡不完全相同。為了保持支架梁端距的穩(wěn)定，一般應(yīng)控制梁端擺動(dòng)幅度Δ ≤ 30~80壓支架的縱向穩(wěn)定性完全是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，而不取決于立柱的多少。 液壓支架實(shí)際受力狀態(tài)十分復(fù)雜，經(jīng)常受到非對(duì)稱載荷和橫向載荷的作用，保持支架橫向穩(wěn)定性和整體剛性十分重要。如圖示支架立柱為二力構(gòu)件，不具有承 受較大橫向載荷的能力。支架的橫向載荷只能靠四連桿機(jī)構(gòu)承受。 3、四桿機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系 掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的四連桿機(jī)構(gòu)都是雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)形成的條件是：最短桿 C 和最長(zhǎng)桿之和小于其余兩桿長(zhǎng)度之和，而最短桿為上連桿（掩護(hù)梁），最短桿的對(duì)邊 a 為固定桿（底座），即： C＋ b 在 J 點(diǎn)作 ? 角，再取 C 交于 C 點(diǎn)， C 點(diǎn)作為后連桿和掩護(hù)梁的鉸接軸。 4)以 J 為圓心， 半徑畫一圓弧 以 I 為圓心，以 長(zhǎng)度為半徑畫圓弧與 交于 E 點(diǎn)。 C 點(diǎn) 和 E 點(diǎn)就是后連桿在支架為最小高度和最大高度時(shí)的極限位置。 5)在 取一長(zhǎng)度 須使 樣 是最短桿。而且要使 3荷呈梯形分布，如圖 示。 頂梁前端比壓為： 3212 10)26( ????? （式 頂梁后端比壓為： 3213 10)64( ??? ?? （式 由于 x=于3 將 1F =3242 kN，x =入公式 (頂梁后端比壓3 2422 33 ???? ?? ?q 35 6 液壓支架的強(qiáng)度校核 度條件 在液壓支架的研制、試驗(yàn)過(guò)程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度汁算是極為必要的。前面數(shù)章的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零件部件受力分析和負(fù)荷的計(jì)算方法。但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外載荷特點(diǎn)以及 使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件也有其特殊性。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及大致形式等為依據(jù)，隨著時(shí)間的推移，如果上述諸點(diǎn)有變，強(qiáng)度條件也必須作相應(yīng)調(diào)整。強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限為計(jì)算安全系數(shù)如表 示。 表 安全系數(shù) 前梁 底座 頂梁 掩護(hù)梁 前連桿 n 全系數(shù) 后連桿 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿 n 4 4 >頂梁的校核 頂梁的彎距計(jì)算 假設(shè)前梁失去作用，主頂梁受一集中載荷，其受力如圖 a）所示： 由上面求出 242離鉸接點(diǎn) 770 做主頂梁的受力及力矩圖 圖 a）頂梁受力圖 圖 b）頂梁彎矩圖 36 由圖可知： ?200×200×m 主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎矩處的斷面如圖 示：圖 大彎矩?cái)嗝鎴D 頂梁的強(qiáng)度計(jì)算 (1) 形心位置 各板件計(jì)算數(shù)據(jù)如表 示： 表 板件計(jì)算數(shù)據(jù) 件號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 數(shù)量 1 2 2 4 2 2 2 2 1 6 5 9.1 968 結(jié)構(gòu)件的形心位置為： ?? )( = ?????????? ]????????????? ????? ]?????????? =(2) 慣性矩 ])([ 2??? = ]) 2 ???? 37 ])2?? ])133[2 2 ????? ])? + ]) [2]) 22 ????? ]) 6 8[ 2??? =（ 3） 彎曲應(yīng)力 18 8( 5m a xm a x ?????? ）2全系數(shù) 鋼板材料選取 16 s =34335 2][ 4 63 4 3 3 5m a s ???? ?? 滿足強(qiáng)度要求。 護(hù)梁強(qiáng)度校核 護(hù)梁受力情況 掩護(hù)梁的受力分析如圖 示處理后的力學(xué)模型 由受力圖可以看出掩護(hù)梁的危險(xiǎn)截面在前連桿與掩護(hù)梁鉸接處，故需校核此危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度。 此處截面的彎曲強(qiáng)度為： 8s a x ?????? 2 圖 護(hù)梁受力分析圖 主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎 矩處的斷面如圖 示： 38 圖 大彎矩?cái)嗝鎴D 護(hù)梁強(qiáng)度計(jì)算 (1)形心位置 各板件計(jì)算數(shù)據(jù)如表 示： 表 護(hù)梁板件數(shù)據(jù) 件號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 數(shù)量 1 2 4 2 1 2 2 面積0 40 形心位置 構(gòu)件的形心位置為： F n ?? )( 代入數(shù)據(jù)得： ? 2）慣性矩 2)( ??1234將數(shù)據(jù)代入公式，算得總慣性矩為： ??????? ? J =（ 3） 彎曲應(yīng)力 39 0 )5m a xm a x ??????2全系數(shù) 鋼 板材料選取 16 s =34335 2][ 9 03 4 3 3 5m a s ???? ?? 滿足強(qiáng)度要求。 座強(qiáng)度校核 座受力情況 底座通過(guò)立柱，前后連桿支撐支架的頂梁及掩護(hù)梁，是支架的主要承壓部件，主要對(duì)其壓力強(qiáng)度進(jìn)行校核，基本不受彎矩影響。 底座的受力分析見(jiàn)圖 。 (a)底座受力圖 (b)底座彎矩圖 圖 座受力情況 圖中立柱的壓力以及前后連桿的拉力或壓力在前面已經(jīng)算出，由 0??M 得 40 0c o ss i ns i ns i nc o s 321 ?????? ????由上式求得前端的支反力為 1）最高位置時(shí)的情況： )co ss i ns i ns i s(1 321 ???? ????? = 5s i i ?????8c o ??? = s 21 ??? = ??? c o ss i nc o s)()( 3231 ????? ?= 5c o 315c o s) 2 0 9 0 ?????? = o o s ???? 在最低位置時(shí)的情況： 3s i i ?????? 8c o ??? = ?? 3co 0 9 6 ??????? 3c ? 表