薄煤層液壓支架的設(shè)計（八根立柱支撐）【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 隨著煤炭資源的日益減少，如何更好的實現(xiàn)對薄煤層的開采成為了一個重要話題。在我國西南部的很多礦區(qū)，薄煤層已經(jīng)成為主采煤層。液壓支架作為煤礦開采的重要支護設(shè)備，在保證工人的人身安全的同時，還要提高煤礦的生產(chǎn)效率。因此，研制高質(zhì)高效的薄煤層液壓支架具有重要的意義。 傳統(tǒng)的液壓支架使用兩柱或四柱支撐，工作阻力小，而且四連桿機構(gòu)設(shè)計起來十分困難，最終只能用近似的雙紐線實現(xiàn)頂梁端部的運動，頂梁仍然有傾向煤壁的趨勢。本文設(shè)計的液壓支架采用八根立柱支撐，支護阻力大，取消了四連桿機構(gòu)，用立柱的液壓力抵抗水平力，是 液壓支架設(shè)計方法的巨大進步。 本文設(shè)計的內(nèi)容主要包括：頂梁、底座、前梁、立柱等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立液壓支架的三維模型，實現(xiàn)運動仿真，最后進行有限元分析校核關(guān)鍵部件的強度。設(shè)計的過程中參考了現(xiàn)有液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)點，如頂梁的箱形結(jié)構(gòu)、底座的底分式結(jié)構(gòu)等。 本設(shè)計的主要創(chuàng)新點在于：八根立柱對頂板實現(xiàn)密集支護，不僅提高了支護阻力，而且可以通過更換不同缸徑的懸浮式立柱，實現(xiàn) 支架的模塊化設(shè)計、 集成化裝配和規(guī)模化生產(chǎn)，大大縮短了生產(chǎn)和檢測周期，加快了我國綜采機械化生產(chǎn)進程。薄煤層液壓支架一般采用鄰架控制，為了減 少管路上的壓力損失，方便人員的操作，設(shè)計了一種先導(dǎo)控制的液壓系統(tǒng)，對液壓支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考價值。 關(guān)鍵詞： 液壓支架； 超靜定結(jié)構(gòu)； 運動仿真； 有限元分析 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 1 緒論 5 煤層開采技術(shù) 5 壓支架的用途及分類 5 壓支架的作用 5 壓支架的工作過程 5 壓支架的現(xiàn)場布置 7 壓支架的分類 8 壓支架的支護方式 9 液壓支架的基本要求 9 煤層液壓支架的結(jié)構(gòu)特點 9 壓支架的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 10 靜定結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和優(yōu)點 13 2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 壓支架的設(shè)計參數(shù) 14 架的高度和支架的伸縮比 14 架高度 14 架的伸縮比 14 架間距 14 座長度的確定 15 梁尺寸 15 架工作方式對頂梁長度的影響 15 梁長度 15 梁寬度 16 板覆蓋率 17 柱布置 17 柱數(shù) 17 撐方式 17 3 液壓支架部件設(shè)計 18 梁 18 要作用 18 構(gòu)型式 18 梁結(jié)構(gòu)和斷面形狀 19 護板的設(shè)計 20 護板的作用 21 護板的結(jié)構(gòu)型式 21 護板尺寸的確定 22 座的設(shè)計 22 座的作用 22 座的結(jié)構(gòu)形式 23 移裝置的設(shè)計 24 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 移裝置的用途 24 移裝置的要求 24 移裝置的結(jié)構(gòu) 24 柱的設(shè)計 27 柱的類型 27 浮式液壓支柱的優(yōu)點 28 助裝置的設(shè)計 28 幫裝置的設(shè)計 28 倒裝置的設(shè)計 30 壓支架的主要技術(shù)參數(shù) 31 護面積 31 護強度 31 護效率 31 斤頂參數(shù)的設(shè)計 32 移千斤頂 32 推千斤頂 32 4 立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核 32 伸縮立柱缸徑和工作阻力的確定 33 伸縮立柱缸徑的確定 33 站壓力的確定 33 柱初撐力的計算 33 柱工作阻力的計算 34 柱缸體壁厚的計算 34 缸穩(wěn)定性驗算和立柱強度校核 34 缸穩(wěn)定性驗算 34 柱強度驗算 35 體與缸底焊縫強度驗算 37 5 液壓支架受力分析 38 述 38 架工作狀態(tài) 38 算載 荷的確定 38 壓支架的受力分析與計算 39 梁的受力分析與計算 39 頂梁的受力分析與計算 40 座的受力分析與計算 41 梁的載荷分布 41 座接觸比壓 42 6 液壓支架強度計算 44 度條件 44 梁強度校核 45 梁強度校核 48 座強度校核 52 軸及耳板的強度校核 55 梁與頂梁聯(lián)結(jié)處銷軸的強 度校核 56 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 梁與頂梁聯(lián)結(jié)處耳板的強度校核 57 柱與底座處銷軸的強度校核 57 柱銷軸支座的強度校核 58 他地方銷軸和耳板的強度校核 59 7 液壓支架的液壓系統(tǒng)設(shè)計 59 壓支架的液壓系統(tǒng)簡介 59 壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求 59 壓支架的液壓傳動特點 59 壓支架的控制方式 60 壓支架的液壓系統(tǒng)擬定 60 8 液壓支架的運動仿真和有限元分析 63 于 的三維實體建模 63 模的目的與意義 63 中建模方法 64 中虛擬裝配 66 中運動仿真 67 仿真結(jié)果分析 69 于 2 的有限元分析 72 擬壓架實驗 73 2 有限元分析 73 9 結(jié)論 78 10 參考文獻 79 11 翻譯 80 中文譯文 84 12 致謝 91 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 緒論 煤炭工業(yè)是國民經(jīng)濟重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。我國的薄煤層資源豐富，全國薄煤層的儲量占全部可采儲量的 分布面廣，煤質(zhì)好。但由于薄煤層采煤生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟效益差，部分煤礦不重視薄煤層的開采，造成許多薄煤層煤炭資源嚴重浪費。隨著厚煤層及中厚煤層煤炭資源的逐漸減 少，許多煤礦開始重視對薄煤層的開采工作。 液壓支架是現(xiàn)代化煤礦進行高效綜采和安全生產(chǎn)最為關(guān)鍵的設(shè)備之一。無論是采用刮板輸送機、滾筒采煤機和液壓支架的綜采技術(shù)，還是運行軌道、強力刨煤機和液壓支架的綜采技術(shù)，液壓支架都是作為煤礦井下支護關(guān)鍵設(shè)備，因此，研究高質(zhì)高效的薄煤層液壓支架有著重要的意義。 煤層開采技術(shù) 五十年代以前，我國在薄煤層中主要使用炮采工藝，以后使用了截煤機掏槽爆破落煤，并發(fā)展了薄煤層采煤機，六十年代開始采用刨煤機，并在技術(shù)上逐步得到完善。薄煤層開采應(yīng)有合適的配套設(shè)備，目前，從國內(nèi)外發(fā)展來 看，比較理想的是刨煤機或爬底板式采煤機采煤，用液壓支架進行支護，實現(xiàn)采煤機械化。 在現(xiàn)有技術(shù)條件下， 右煤厚的煤層可用的采煤方法有： 1 傳統(tǒng)的長壁炮采采煤法； 2 單體液壓支柱高檔普采采煤法； 3 薄煤層螺旋鉆采煤法； 4 綜合機械化采煤法。 以上四種可行的薄煤層采煤方法中，第一、二種采煤方法由于工人勞動強度大，作業(yè)條件惡劣，生產(chǎn)效率低，同時不符合現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展方向，除個別開采條件過于復(fù)雜，難以使用綜采機組開采的區(qū)域以外，不應(yīng)推薦其作為主要的采煤方法。第三種采煤方法具有勞動強度較小，作業(yè)環(huán)境良好的優(yōu)點，但 由于其生產(chǎn)效率太低，難以使作為保護層開采的薄煤層開采和主采煤層的開采速度相配套，也難以作為薄煤層開采的主要采煤方法。只有薄煤層綜采開采既具有工人勞動強度小、作業(yè)環(huán)境較好的優(yōu)點，也具有安全高效的優(yōu)勢，滿足了主采煤層高強度開采的需要，更代表了薄煤層采煤方法的技術(shù)發(fā)展方向 ,因此，對于薄煤層的高產(chǎn)高效提出了更高的要求。 壓支架的用途及分類 壓支架的作用 液壓支架是綜采工作面的主要設(shè)備之一，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業(yè)空間，推移工作面采運設(shè)備。實踐表明，液壓支架具有支護性能好、強度高 、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲刮板輸送機和采煤機組成綜采機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。 壓支架的工作過程 1 支架的升降和推移 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 壓支架工作原理圖 123456 7、 89101112當操縱閥 8 處于升柱位置時，從乳化液泵站來的高壓液體通過操縱閥 8、液控單向閥6 進入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當操縱閥 8 處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。 支架的前移和推移輸送機是通過操縱閥 7 和推移千斤頂 4 來進行的。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥 7 置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進入推移千斤頂 4的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。這時，支架以輸送機為支點前移。移架結(jié)束后，在把支架升起 ，使支架撐緊頂板。若將操縱閥 7 置于推溜位置，高壓液體進入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機以支架為支點被推向煤壁。 2 支架的承載過程 支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過程。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。 （ 1） 初撐階段 在升架過程中，當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，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。初撐力的大小取決于泵站的工作壓力 、 立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下 沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。 （ 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，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。 （ 3） 恒阻階段 隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。當升高到安全閥 5 的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當降到安全閥的調(diào)定壓力時，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，支架對頂板的 支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。 支架的支撐力和時間的關(guān)系曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖 示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 架的工作特性曲線 初撐階段； 增阻階段； 恒阻階段； 初撐力； 工作阻力 壓支架的現(xiàn)場布置 圖 壓支架在工作面布置示意圖 1采煤機 2液壓支架 3傳送帶輸送機 4轉(zhuǎn)載機 5刮板輸送機 6主進液管 7主回液管 8乳化液泵 9乳化液箱 10端頭支架 11單體液壓支柱 圖 示為液壓支架在工作面的布置示意圖。每個工作面一般由滾筒、采煤機、液壓支架、刮板輸送機、裝載機、乳化液壓站和油管等主要設(shè)備組成。為了實現(xiàn)頂板及時支護，常采用先移架后推溜的方式。采煤機每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個主要動作過程。 面是采煤機割煤前支架的工作狀態(tài)。此時，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機緊靠煤壁。采煤機割煤后，支架尚未前移時（ 面），端面距最大（等于采煤機截深）；當支架降柱卸載前移，然后 升柱支護新裸露頂板時，端面距又達到最小（ 面）。支架支撐頂板后，以其為支點操作推溜千斤頂。將輸送機推向煤壁，實現(xiàn)推溜。此時，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U又處于伸出狀態(tài)（ 面），以便完成下一個動作過程。 隨著采煤機割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個主要動作過程。從而對頂買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 板進行及時支護，防止頂板冒落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設(shè)備的安全，實現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過程機械化，提高采煤工作效率。 壓支架的分類 1 按架型結(jié)構(gòu)及與圍巖關(guān)系分 （ 1）掩護式 1）支掩掩護式支架分 插底式和不插底式； 2）支頂掩護式分為支架平衡千斤頂設(shè)在頂梁與掩護梁之間和支架平衡千斤頂設(shè)在底座與掩護梁之間。 （ 2）支撐掩護式 1）支頂支撐掩護式支架； 2）支頂支掩支撐掩護式，其中一排立柱支撐在掩護梁上。 （ 3）支撐式支架 1）節(jié)式支架分兩框架式、三框架及四框架組合式兩類； 2）垛式支架。 2 按適用煤層傾角分 （ 1）一般工作面支架； （ 2）大傾角支架。 3 按適用采高分 （ 1）薄煤層支架； （ 2）中厚煤層支架； （ 3）大采高支架。 4 按適用采煤方法 （ 1）一次采全高支 架； （ 2）放頂煤支架； （ 3）鋪網(wǎng)支架； （ 4）充填支架。 5 按在工作面中的位置分 （ 1）工作面支架； （ 2）過渡支架（排頭支架）； （ 3）端頭支架。 6 按穩(wěn)定機構(gòu)分 （ 1）四連桿機構(gòu)支架； （ 2）單鉸點機構(gòu)支架； （ 3）反四連桿機構(gòu)支架； （ 4）單擺桿式支架； （ 5）機械限位支架（橡膠限位、彈簧鋼板限位、千斤頂限位）。 7 按組合方式 （ 1）單架式支架； （ 2）組合式支架。 8 按控制方式分 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （ 1）本架控制方式； （ 2）鄰架控制方式； （ 3）成組控制方式。 9 按控制原理 分 （ 1）液壓直接控制支架； （ 2）液壓先導(dǎo)控制支架； （ 3）電液控制支架。 壓支架的支護方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 3 個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護方式，從而決定工作面 “三機 ”的不同配套關(guān)系。 1 即時支護 一般循環(huán)方式為：割煤 移架 推溜。 即時支護的特點是：頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護方式。 2 滯后方式 一般循環(huán)方式為：割煤 推溜 移架。 滯后支護的特點是：支護滯后時間較長，梁端距大，支護 頂梁較短。適用于穩(wěn)定、完整的頂板。 3 復(fù)合支護 一般循環(huán)方式為：割煤 支架伸出伸縮梁 推溜 收伸縮梁 移架。 復(fù)合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加的反復(fù)支撐的次數(shù)?？捎糜诟鞣N頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 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，對中厚煤層一般為 150 250 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、稀釋有害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)定值。 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)要簡單。 12 液壓元件要可靠。 煤層液壓支架的結(jié)構(gòu)特點 根據(jù)煤層厚度劃分，薄煤層截高一 般小于 國不少礦區(qū)薄煤層是主采煤層。薄買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 煤層支架的結(jié)構(gòu)特點是： 1 伸縮比大 立柱大多采用雙伸縮立柱，薄煤層支架高度低，操作不太方便，立柱很少采用帶機械加長段結(jié)構(gòu)。為滿足大伸縮比的要求，特別是掩護式液壓支架，立柱傾角較大，在低位狀態(tài)工作時，支護效率較低。 2 人行通道困難 對于薄煤層支架，如何設(shè)置人行通道是十分重要的。在瓦斯含量大、對通風(fēng)有特殊要求的綜采工作面，大多設(shè)計成雙人行通道。支撐掩護式支架的前立柱前留有人行通道，在前、后