掩護式液壓支架設計課件

1、中國礦業(yè)大學2009屆本科生畢業(yè)設計摘 要綜合機械化采煤，是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化采煤設備，迅速增加綜合機械化采煤工作面。液壓支架主要有以下幾個基本部分組成：頂梁，底座，液壓支柱，千斤頂，掩護梁，四連桿機構。設計要遵從支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等原則。在大采高液壓支架的設計過程中，介紹了液壓支架的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢；液壓支架的組成、作用和分類；液壓支架的液壓控制系統(tǒng)；液壓支架設計的一般步驟；液壓支架的操縱、維護、故障分析及處理等。著重對液壓系統(tǒng)、底座和立柱，以及立柱與底座和頂梁的連接方式進行了分析和設計。對

2、重要結構件如頂梁、底座、掩護梁和鉸接銷軸等進行了分析，根據(jù)其常見失效形式、影響因素及基本設計要求，給出了重要結構件的受力分析、強度和剛度的設計方法。關鍵詞：液壓支架； 立柱； 結構設計； 強度分析； 工藝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 錄1 前言12 緒論22.1 國內外液壓支架的研究現(xiàn)狀22.1.1 國內液壓支架現(xiàn)狀22.1.2 國外液壓支架現(xiàn)狀32.2 液壓支架的發(fā)展方向32.3 液壓

8、支架的組成42.4 液壓支架的工作原理52.4.1 升柱和降柱52.4.2 支架和輸送機前移52.5 液壓支架各部件結構及用途62.5.1 頂梁62.5.2 掩護梁62.5.3 活動側護板72.5.4 連桿72.5.5 底座72.5.6 液壓支架的主要液壓元件和泵站82.6 液壓支架工作狀態(tài)及布置102.7 液壓支架的支護方式112.8液壓支架設計目的、要求和設計必要的基本參數(shù)112.8.1 設計目的112.8.2 液壓支架設計的基本參數(shù)112.9 本文做的主要工作123 大采高工作面概況及設備選型123.1 工作面總體來壓情況133.2 大采高工作面設備選型133.2.1 工作面設備選型配套

9、原則133.2.2 液壓支架的選型143.2.3 采煤機選型163.2.4 刮板運輸機選型164 大采高液壓支架整體結構尺寸設計174.1 支架高度、支架間距、底座長度的確定174.1.1 支架的高度和支架的伸縮比174.1.2 支架間距和寬度的確定184.1.3 梁端距的確定194.1.4 支架底座長度的確定194.2 支架四連桿機構的確定194.2.1 四連桿機構的作用194.2.2 四連桿機構定位尺寸和極限參數(shù)的確定204.2.3 四連桿機構的設計214.3 頂梁長度的確定254.3.1 支架工作方式對頂梁長度的影響254.3.2 頂梁長度計算264.4 立柱布置284.5 通風斷面的計

10、算285 大采高液壓支架主要部件的選擇設計305.1 支架主要部件的設計要求305.2 頂梁的選擇設計305.3 頂梁側護板的選擇設計325.3.1 主要作用325.3.2 側護板的種類與選擇335.3.3 側護板的結構型式335.4 底座的選擇設計345.5 掩護梁的選擇設計355.6 掩護梁側護板的選擇設計365.7 連桿的選擇設計365.8 推移機構的選擇設計385.9 提底座機構選擇設計406 立柱和千斤頂?shù)脑O計426.1 立柱的設計426.1.1 立柱類型的選擇及其結構426.1.2 立柱上、下柱窩位置的確定436.1.3 雙伸縮立柱缸徑的確定486.1.4 泵站壓力的確定486.1

11、.5 立柱初撐力的計算486.1.6 立柱工作阻力的計算496.1.7 立柱缸體壁厚的計算496.1.8 立柱強度和穩(wěn)定性驗算506.2 平衡千斤頂?shù)脑O計566.2.1 平衡千斤頂位置的確定576.2.2 平衡千斤頂參數(shù)的確定596.3 推移千斤頂616.4 側推千斤頂626.4.1 側推千斤頂?shù)目刂品绞?26.4.2 側推千斤頂位置的確定627液壓系統(tǒng)的設計637.1 液壓系統(tǒng)的設計637.1.1 液壓系統(tǒng)的特點637.1.2 液壓支架的工作機構637.1.3 液壓支架的控制方式657.1.4 液壓支架的控制系統(tǒng)667.1.5 液壓支架液壓閥的密封技術分析667.1.6 液壓支架的液壓系統(tǒng)圖

12、678 液壓支架主要技術參數(shù)的確定688.1 支護面積688.2 支護強度698.3 支護效率708.4 底座接觸比壓708.5 液壓支架主要技術參數(shù)一覽表739 液壓支架的受力分析769.1 支架的工作狀態(tài)分析769.2 支架計算載荷的確定769.3 大采高液壓支架整體力學分析779.4 支架受力分析與計算819.4.1 立柱傾角的計算829.4.2 頂梁的受力分析與計算829.4.3 掩護梁的受力分析與計算849.4.4 底座的受力分析與計算859.5 頂梁的載荷分布8710 液壓支架的強度計算8910.1 強度條件8910.2 頂梁強度校核9010.3 底板強度校核9610.4 耳板的強

13、度校核9910.5 掩護梁強度校核10110.6 銷軸的強度校核10511 液壓支架的使用與維護10711.1 液壓支架操作維護要求10711.2 液壓支架操作10711.3 液壓支架操作管理事項10711.4 維護和管理的具體內容10811.5 液壓支架的故障及排除10911.5.1 結構件和連接銷軸11011.5.2 液壓系統(tǒng)及液壓元件11011.5.3 支架在操作過程中的問題111參考文獻113翻譯部分115英文原文115中文譯文120致謝124中國礦業(yè)大學2009屆本科生畢業(yè)設計 第 124 頁1 前言我國液壓支架技術起步于20世紀60年代末70年代初,當時煤炭科學研究總院北京開采所、

14、太原、唐山和上海研究所等單位都先后開始對液壓支架展開研究。30多年來，先后開發(fā)研制了垛式、節(jié)式和掩護式等系列液壓支架,并且針對不同地質條件和煤層厚度開發(fā)了大采高液壓支架、薄煤層液壓支架、大傾角液壓支架和鋪網(wǎng)式等液壓支架。20世紀50年代前，在國內外煤礦生產(chǎn)中，基本上采用木支柱、木頂梁或金屬摩擦支柱鉸接頂梁來支護頂板。1954年英國首次研制出液壓支架，目前，以液壓支架為主體的地下綜采設備，已逐步向程控、遙控和自動化方向發(fā)展。我國是煤炭生產(chǎn)大國，在20世紀60年代也曾研制了幾種液壓支架，但未得到推廣和應用。20世紀70年代，我國從英、德、波蘭和前蘇聯(lián)等國家引進數(shù)十套液壓支架，經(jīng)過使用、仿制和總結經(jīng)

15、驗，到20世紀80年代以后，我國液壓支架的研制和應用獲得了迅速的發(fā)展，相繼研制和生產(chǎn)了TD系列、ZY系列和ZZ系列等20多種不同規(guī)格的液壓支架。目前，在國內大、中型礦井中，條件合適的煤層均采用液壓支架進行綜合機械化開采。1980年起，人們取得了對自移式液壓支架的研制成功并逐步改進完善，進而普遍推廣應用，使回采工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運煤和支護控頂?shù)裙ば蛉繉崿F(xiàn)綜合機械化，煤礦取得了較大綜合效益。采煤綜合機械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化采煤不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕繁重的體力勞動，改善工人的作業(yè)環(huán)境，保護工人的生

16、命安全，是煤炭工業(yè)技術的發(fā)展方向。我國綜采技術日趨成熟，不但生產(chǎn)水平，而且工藝水平已進入世界先進行列。液壓支架作為綜合機械化采煤的關鍵設備之一，其重量約為綜采設備總重量的80%-90%，其費用約占綜采設備總費用的60%-70%。因此，為了降低成本，提高采煤的經(jīng)濟效益，世界各產(chǎn)煤大國都一直在積極地開展液壓支架的研究。2 緒論2.1 國內外液壓支架的研究現(xiàn)狀綜合機械化采煤是煤炭工業(yè)的一次技術革命，從根本上改變了煤炭工業(yè)的面貌，綜合機械化采煤是20世紀人類科技發(fā)展的重要成果。綜合機械化采煤技術在我國的研究試驗、使用、發(fā)展，徹底改變了我國煤炭工業(yè)的面貌，降低了工人的勞動強度，提高了產(chǎn)量、勞動生產(chǎn)率和企

17、業(yè)效益，滿足了國民經(jīng)濟建設對煤炭的需求，合理的集中生產(chǎn)簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)安全性。我國綜采技術發(fā)展的30多年，使我國的煤炭生產(chǎn)技術水平跨進了世界先進行列，綜放技術躍居世界領先地位。工作面支護問題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問題。因此以液壓支架為主要設備的綜合機械化采煤(以下簡稱綜采)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，使煤礦生產(chǎn)面貌徹底改觀。但是綜采設備初期投資高，特別是液壓支架占綜采設備總投資約60%，因此液壓支架的合理選用尤顯重要。2.1.1 國內液壓支架現(xiàn)狀我國在1964年由太原分院和

18、鄭州煤機廠設計70型邁步式自移支架，從此開始了液壓支架的國產(chǎn)化道路。1984年，北京開采所、沈陽所、鄭州煤機廠在沈陽蒲河礦進行我國第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗，繼而研制了多種低位、中位和高位放頂煤支架，成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水平分層工作面使用。1990年后，國產(chǎn)液壓支架得到了全面的發(fā)展，到1998年止，全國己建成88處高產(chǎn)高效礦井，其中14處礦單個工作面的單產(chǎn)達15.72萬噸/月，原煤生產(chǎn)人員效率達9.16噸/工，綜采機械化水平達49.32%，達到了世界先進水平。30多年來在液壓支架技術不斷發(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計所為主的支架研究設計隊伍，采用計算

19、機CAD進行各種類型支架的設計，用有限元計算軟件等進行計算，并普及計算機繪圖。我國制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設計、選型和使用提供了有力的指導依據(jù)。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機械工業(yè)部及船舶制造總公司等工業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國家煤礦支護設備質量檢測中心為骨干的檢測隊伍。制定有關支架檢測標準n項，建立了各項支架檢測手段，造就了一支研究制造和使用液壓支架的龐大隊伍；形成了研制液壓支架的雄厚基礎。不僅能滿足國內的需要，還向美國、俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架或成套綜采設備。2.1.2 國外液壓支架現(xiàn)狀80年代以來，世界主要采煤國家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、

20、降低成本、實現(xiàn)礦井集中生產(chǎn)做努力，人們積極開發(fā)和應用新技術，致力于高性能、高可靠性的新一代液壓支架的研制。新型液壓支架普遍具有微型電機或電磁鐵驅動的液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機裝有紅外線傳感裝置，立柱缸徑超過400mm。為減少割煤時間，一般采用0.8一lm的截深。支架還采用屈服強度800I000MPa的鋼板，既有較高的強度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能。隨著長壁工作面長度的不斷增加，為適應快速移架的需要，國外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為40一50MPa，額定流量400800L/min，實現(xiàn)工作面支架的單架程控或分組程控操作，其移架速度可達到6一8s/架。美國是

21、世界上最先進的采煤國家，早在1990年就己采用額定壓力50MPa、額定流量478L/min的乳化液泵站，以實現(xiàn)支架快速推進，移架速度達68s/架。美國的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護式支架，使用壽命8一10年，可用率高達95%一98%。支架平均工作阻力6470kN(最大為9800kN)，支架寬度普遍增大，中心距達到1.75m，并向2m發(fā)展，增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時間、增加有效工作時間和提高單產(chǎn)。如洛斯公司20英里礦在2505280m長壁綜采面用工作阻力為28565kN電液控制兩柱掩護式支架，1997年6月產(chǎn)商品煤90.43萬噸，成為世界上首次月產(chǎn)商品煤近百萬噸的工作面；1995年9

22、月，糜鹿礦用工作阻力為8900kN電流控制的兩柱掩護式支架，月產(chǎn)煤達到60.11萬噸。美國綜采工作面最高日產(chǎn)超7萬噸，工效1336噸/工。澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn)，使用兩柱掩護式支架，支架的平均工作阻力7640kN。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護式支架，在1995年8月8日創(chuàng)下澳大利亞有史以來日產(chǎn)3.41萬噸的最高記錄，班產(chǎn)一直保持在5000一6000噸。英國也在大力發(fā)展兩柱掩護式支架，工作阻力有了很大提高，達到60008000kN。2.2 液壓支架的發(fā)展方向當前，世界液壓支架發(fā)展方向：1) 掩護支架化由于掩護與支撐掩護式支架的優(yōu)良性能，今后仍將是工作面液壓支架的主要架型。2

23、) 輕型化進行優(yōu)化設計，減輕支架重量，這樣不僅降低成本，而且利于運輸搬家，適應中小礦井和地質構造較復雜的煤層。中國、俄羅斯和歐洲一些國家的液壓支架有這種發(fā)展趨勢。3) 強力化為適應工作面高產(chǎn)、高效，增加液壓支架的可靠性，減少維修，滿足地質條件較好的大、中型礦井集中化生產(chǎn)等要求，在美國、澳大利亞等國，這種液壓支架強力化的趨勢比較明顯。4) 多樣化由于煤礦地質條件、采煤方法以及生產(chǎn)，管理等各不相同，對液壓支架提出了各種不同的要求。為使液壓支架更加合理，實用，面向用戶，結構也趨于多樣化。液壓支架的使用范圍，如適應的采高、傾角，頂?shù)装鍡l件及采煤方法等更為廣泛。5) 成套化與系列化液壓支架只有與采煤機、

24、輸送機等設備共同配套使用，才能最大限度地發(fā)揮作用。由于液壓支架使用范圍逐漸擴大，要求與采煤機、輸送機等設備進行成套化設計與制造。此外，液壓支架還要與特殊采煤工藝，如放頂煤、風力(水砂)充填、水平分層及急傾斜煤層開采等采煤工藝加以成套考慮。支架的液壓元部件逐漸系列化，標準化，這樣便于多樣化的總體設計和實現(xiàn)支架的計算機輔助設計與制造(CAD一CAM)。6) 自動化電子液壓控制系統(tǒng)可使液壓支架實現(xiàn)程序、成組或者自動化集中控制，從而改善支護效果，適應工作面高產(chǎn)、高效和安全的要求。有的還與采煤機，輸送機等一起實現(xiàn)自動控制。2.3 液壓支架的組成液壓支架按其結構特點和與圍巖的作用關系一般分為三大類，即支撐

25、式、掩護式和支撐掩護式。根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為四個部分：1、承載結構件 如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷；2、液壓油缸 包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實現(xiàn)支架的各種動作，產(chǎn)生液壓動力；3、控制元部件 包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動作及保證所需的工作特性；4、輔助裝置 如推移裝置、護幫（或挑梁）裝置、伸縮梁（或插板）裝置、活動側護板、防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。2.4 液壓支架的工作原理液壓支架在工

26、作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的乳化液通過工作性質不同的幾個液壓缸來完成的。如圖24所示。2.4.1 升柱和降柱當需要支架上升支護頂板時，高壓乳化液及進入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使于活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。當需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。 圖24 液壓支架工作原理1 輸送機；2 推移千斤頂；3 立柱；4 安全閥；5 液控單向閥；6 操縱閥2.4.2 支架和輸送機前移支架和輸送機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成的。當需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊麠U

27、腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當需要推輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。2.5 液壓支架各部件結構及用途2.5.1 頂梁頂梁都為箱型結構，一般由鋼板焊接而成。為加強結構的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構成封閉式棋盤型頂梁，頂梁前端呈滑橇式或圓弧型，以減少移架阻力。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側有孔，孔用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。掩護式液壓支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護梁上的銷孔相連。為了滿足各種支架強度和剛度的要求，頂梁可分為整體頂梁和分段組合式頂梁兩大類。用途：

28、l 用于支撐維護控頂區(qū)的頂板；l 承受頂板的壓力；l 將頂板載荷通過立柱、掩護梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。2.5.2 掩護梁掩護梁是支撐掩護式和掩護式支架的特征之一，它直接承受冒落矸石的載荷和頂板通過頂梁傳遞的水平載荷引起的彎距，一般都采用有鋼板焊接而成的箱體結構，在掩護梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座?；顒觽茸o板裝在掩護梁的兩側。掩護梁的側面形狀有折線型和直線型兩種，通常插腿式掩護式支架掩護梁采用折線型，結構強度高，可以增大通風斷面，但工藝性差。掩護式和支撐掩護式支架多采用直線型，使得制造工藝簡單。掩護梁一般做成整體，也有做成左右對分的對分式結構，尺寸小，易于加工、運輸和安裝

29、,但結構強度差。用途：l 掩護梁承受頂梁部分載荷和掩護梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座；l 掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩；l 掩護梁和頂梁（包括活動側護板）一起，構成了支架完善的支撐和掩護體，完善了支架的掩護和擋矸能力。2.5.3 活動側護板目前用的掩護式支架都有比較完善的側護裝置，不僅掩護梁兩側有側護板，而且主梁或整體頂梁從前排立柱到頂梁后端的兩側均有側護板。支架工作時，一側的側護板是固定的，另一側是活動的，制造式通常兩側側護對稱，活動側護板通過彈簧套筒和側推千斤頂與梁體連接，總裝時按照需要將一側用螺栓或銷子固定在頂梁和掩護梁上。還有一種是兩側皆為活動側護板，這種側護板可以適應工

30、作面開采方向變化的要求，有利于放倒和調架。用途：l 消除相鄰支架掩護梁和頂梁之間的架間間隙；l 防止冒落前是進入支護空間作為支架移架過程中的導向板；l 防止支架將落后側倒；l 調整支架的間距。同時，側護板必須同時具有導向、防倒和調架等功能，否則將因支架不平行、傾倒或間距加大而出現(xiàn)架間空隙，影響防釬效。2.5.4 連桿 前后連桿是四連桿機構中重要的運動和承載部件，與掩護梁和底座的一部分共同組成四連桿機構，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。雙扭線式支架的連桿應能承受從掩護梁傳遞來的冒落石的載荷和頂板水平運動引起的載荷，從而對它們有足夠的要求，一般后連桿為整體鑄鋼件，前連桿為左右分支的鑄鋼

31、件,這樣可使支架的有效利用空間大些。雙扭線式支架的梁、各連桿雖然增加了支架結構的穩(wěn)定性，但也因要抵抗頂板的水平運動大大增加了對支架承載構件的作用力，結果使構件斷面增大，支架重量增加。掩護式和支撐掩護式支架的進一步發(fā)展方向之一是尋求減輕支架的重量的方法，其中一個辦法就是把剛性連桿用液壓油缸代替，它的最大承受載荷可由安全閥調定，這樣適當控制支架承受的水平載荷，從而減輕支架的重量,但這樣做的結果使得支架的穩(wěn)定性降低，因此在限制液壓連桿的受力時應滿足支架穩(wěn)定性的需要。2.5.5 底座底座有三種類型：整體式 整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結構,整體性強,穩(wěn)定性好,強度高,不易變形,與底板接觸面積大,比壓

32、??；對分式 為使底座在一定范圍內適應底板起伏不平的變化,通常把底座制成前,后或左,右對分式；底靴式 底靴式底座的特點是每根立柱支承在一個底靴上,立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷軸連接，結構簡單，動作靈活，對底板的不平整適應性強，但剛性差，與底板接觸面積小，穩(wěn)定性差，一般用于節(jié)式支架。掩護式和支撐掩護式支架的底座多采用整體剛性平底座，各種形式的底座前端都制成滑橇形，以減小支架的移架阻力.同時底座后部重量大于前部，避免移架時啃底，底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。在整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少底座后部與底板的接觸

33、面積，增加底座后部比壓,同時有利于排矸。2.5.6 液壓支架的主要液壓元件和泵站2.5.6.1 立柱立柱是支架實現(xiàn)支撐和承載的主要部件，它直接影響到支架的工作性能，同時還處于高壓受力狀態(tài)，因此，立柱除了具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓和抗彎強度，密封良好、結構簡單并能適應支架的工作要求。立柱類型： 立柱按動作不同分為單作用立柱和雙作用立柱；按結構不同可分為活塞式和柱塞式；按伸縮不同可分為單伸縮式和雙伸縮式立柱。單作用立柱是屬于液壓升柱、自由降柱的工作方式，應用較少，目前廣泛采用的是雙作用活塞立柱，依靠液壓力來實現(xiàn)升柱和降柱。在伸縮方式上，大多采用單伸縮，只有當煤層厚度比

34、較大，或為了擴大支架調高范圍時才采用雙伸縮立柱。立柱結構：液壓支架實際上是推力油缸作為支撐裝置，具有以下特點：立柱一般由活塞、活塞桿、缸體三部分組成，由于支架工作時，立柱承受的載荷較大，降柱力較小，故活塞桿直徑較大，常采用空心結構，以保證有足夠的剛度，活塞一般采用Y型密封圈，銅環(huán)導向，缸體底部焊接，缸體與缸蓋之間用鋼絲、螺紋或卡環(huán)連接。立柱的頭部結構為球型，頂梁、掩護梁、底座之間的連接采用銷軸活壓塊固定，以便立柱工作時有一定的適應性。立柱的供液方式有外供液和內供液兩種，一般雙伸縮立柱采用內供液方式，單伸縮立柱大多用外供液方式，此方法簡單，加工、維修都很方便。為在一定范圍內適應煤層厚度變化，立柱

35、上端可根據(jù)需要裝設機械加長桿，以增加支架高度，但其長度必須控制在立柱剛性所允許的范圍內才可以。2.5.6.2 液控單向閥液控單向閥是支架液壓系統(tǒng)中的關鍵元件之一，通常稱為“液壓鎖”。支架的工作可靠與否，與單向閥的密閉性能有直接關系，如果單向閥鎖不住立柱下腔的工作液體，支架就會出現(xiàn)自動慢慢下縮，是不允許的，如果液控單向閥動作不靈敏，則立柱的初撐力就達不到設計要求，因此要求液控單向閥密封可靠、動作靈敏，并要求使用壽命長。2.5.6.3 安全閥安全閥也稱為定壓閥，它與液控單向閥組合在一起，是液壓支架不可缺少的一種控制閥。安全閥是使支架保持平衡工作特性和可伸縮性的重要元件，和液控單向閥一樣，它長期處于

36、高壓狀態(tài)。支架經(jīng)常的工作狀態(tài)取決于頂板壓力逐漸增強和頂板巖石的極其緩慢下沉情況。若安全閥的密封性能不好，不能保證支架達到設計的工作阻力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，故要求安全閥的動作靈敏，閥的開啟壓力和關閉壓力差值很小，有一定的卸荷開口量，密封可靠和工作穩(wěn)定，沒有震蕩現(xiàn)象，有較長的使用壽命，結構簡單，拆裝方便。液壓支架采用安全閥均為直動式，結構簡單、工作靈敏度高，過載時，它能及時起到溢流作用，利用液壓和彈簧力的相互作用，以實現(xiàn)閥的開啟溢流和復位定壓作用。2.5.6.4 操縱閥操縱閥是控制各液壓缸進出油路使立柱完成各種動作的開關，故要求密閉性好，工作可靠、操作方便。操縱閥的機能通過和位數(shù)必須滿足支架的動作要

37、求，操縱閥的機能一般在停止位置時，各個通路應全部回液，相當于“Y”型機能，故操縱閥上油液高壓進液口和一個低壓回路上。操縱閥按控制不同，可分為手控、液控、電控和電液控四種，按動作原理可分為往復式和回轉式兩種。往復式：往復式操縱閥的閥芯元件是沿軸向做往復運動，開閉進出口油路實現(xiàn)換向作用。它采用結構為二位三通或三位四通電磁閥構成組合機構，每個閥獨立操作可實現(xiàn)復合化。但體積大，結構較復雜，閥的操作機構一般采用杠桿式凸輪閉輪鎖的控制裝置，也可用電控或電液控，因此往復式操作有利于實現(xiàn)遙控和自動化。回轉操縱閥：回轉操縱閥優(yōu)點是體積小，位數(shù)多，操作簡單方便，但只有單一動作，難以實現(xiàn)組合操作。2.5.6.5 泵

38、站泵站一般有乳化液泵、乳化液箱和一套壓力控制與保護裝置組成，裝在可沿軌道或底板移動的平板列車上，泵站是液壓支架的動力源，一般按設在中間運輸巷內，支架的液壓傳動以乳化液作為傳遞能量的介質，泵站的工作壓力除了應滿足支架初撐力要求的壓力和千斤頂?shù)淖畲髩毫ν?，還應加上管路損失。2.6 液壓支架工作狀態(tài)及布置圖2-5所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、轉載機、乳化液泵站和油管等主要設備組成。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。A-A截面是采煤機割煤前支架的工作狀態(tài)。此時

39、，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（B-B截面），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?。–-C截面）。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)（D-D截面），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上述四個主要動作過程。從而對頂板進行及時支護，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。圖2-5 液壓支架在工作面布置示

40、意圖1采煤機 2液壓支架 3傳送帶輸送機 4轉載機 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2.7 液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，是目前應用最廣泛的支護方式。2、滯后支護一般循環(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，支架頂梁較短。可用于穩(wěn)定、完整的頂板。3、復合支護一般循環(huán)方式為：割煤支

41、架伸出伸縮梁推溜收伸縮梁移架。復合支護的特點是，支護滯后時間短，但增加了反復支撐次數(shù)?？蛇m用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應高產(chǎn)高效要求，目前應用較少。2.8液壓支架設計目的設計必要的基本參數(shù)2.8.1 設計目的采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)機械化采煤設備，迅速增加綜合機械化采煤工作面。而且每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的底板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理性質等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效的支護和控制頂板，必須設計出不同類

42、型和不同結構尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設計工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。2.8.2 液壓支架設計的基本參數(shù)（1）頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進行選型。（2）最大和最小采高根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護強度。（3）瓦斯等級 根據(jù)瓦斯等級，按安全規(guī)程規(guī)定，驗算通風斷面。（4）底板巖性及小時涌水量 根據(jù)底板巖性及小時涌水量驗算底板比壓。（5）工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。（6）煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。（7）井筒罐

43、籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。（8）配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。2.9 本文做的主要工作1、基本參數(shù)的確定2、四連桿機構的選擇與設計3、底座形式的選擇與設計4、頂梁形式的選擇與設計5、掩護梁形式的選擇與設計6、側護板形式的選擇與設計7、推移裝置形式的選擇與設計等等。3 大采高工作面概況及設備選型3.1 工作面總體來壓情況圖31大采高工作面總體來壓規(guī)律表31頂板跨落來壓特征可以看

44、出，在第1關鍵層(20m處)斷裂、垮落后，工作面來壓明顯增加，導致支架初撐力不足，斷裂線向煤壁方向移動，同時破斷角增大，工作面壓力顯現(xiàn)明顯。3.2 大采高工作面設備選型3.2.1 工作面設備選型配套原則(一)生產(chǎn)能力配套 工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機落煤能力，而刮板輸送機、液壓支架及運輸巷運輸設備的運輸能力要高于采煤機生產(chǎn)能力的20以上，要保證工作面高產(chǎn)，工作面運輸設備的運輸能力要大于采煤機的落煤能力，液壓支架的移架速度一定要滿足采煤機高產(chǎn)快速運行的要求。1、采煤機生產(chǎn)能力選擇，采煤機的生產(chǎn)能力的決定是依據(jù)工作面的年產(chǎn)量及每小時生產(chǎn)能力而確定的。采煤機生產(chǎn)能力(th)=60(minh)采高(m)

45、截深(m)采煤機牽引速度(minm) 煤的密度 (tm3 )系數(shù)2、刮板輸送機生產(chǎn)能力要高于采煤機的生產(chǎn)能力。 3、液壓支架生產(chǎn)能力的確定，為了保證工作面采煤機連續(xù)截煤，整個工作面支架的移機速度應大干采煤機連續(xù)截煤的平均截煤牽引速度。 (二)性能配套 主要解決各設備性能互相協(xié)調與制約的問題，從而發(fā)揮設備性能，滿足安全生產(chǎn)需要。(三)空間配套 從安全角度出發(fā)，支架前柱到煤壁的無立柱空間寬度越小越好。 (四)壽命配套 采煤機、刮板輸送機和液壓支架的大修周期應相互配套。綜合機械化采煤是將工作面的落煤、裝煤、運煤、支護的各個環(huán)節(jié)有機的聯(lián)系在一起，使各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械化的過程，各設備之間的合理匹配，將使效

46、率顯著提高，勞動條件將有很大改善。3.2.2 液壓支架的選型液壓支架選型原則： 1、支護強度應與工作面礦壓相適應。支架的初撐力和工作阻力要適應直接頂和基本頂巖層移動產(chǎn)生的壓力，將空頂區(qū)的頂板移近量控制到最小程度；2、支架結構應與煤層賦存條件相適應；3、支護斷面應與通風要求相適應，保證足夠風量，且風速不能超過規(guī)定值；4、液壓支架應與采煤機、刮板輸送機等設備相匹配。支架的寬度應與刮板輸送機中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘炔擅簷C截深大100200mm，支架沿工作面的移架速度應能跟上采煤機的工作牽引速度并能滿足生產(chǎn)指標。3.2.2.1 架型的確定該工作面煤質較松軟(f=0.30.5)，頂板中等穩(wěn)

47、定，底板巖性較軟，且工作面內發(fā)育斷層較少，煤層起伏變化不大大。根據(jù)上述原則，通過對該工作面開采地質條件分析、研究，最終確定選用二柱支頂掩護式支架。如圖32所示：圖32二柱掩護式支架3.2.2.2采高的確定該工作面煤厚4.06.0m，平均厚度5.2m。從提高回采率和控制頂板兩方面考慮，支架最大高度應為6.3m。根據(jù)雙伸縮立柱的伸縮比，支架的最低高度應為2.8m。3.2.2.3支架中心距的確定支架的中心距，目前國內外有1.25m、1.50m、1.75m、2.0m四種。從大采高支架使用的穩(wěn)定性和配合采煤機牽引速度實現(xiàn)快速采煤考慮，1.75m乃至2.0m的寬支架更優(yōu)越。特別是在選用大功率采煤機時，需1

48、47mm節(jié)距的銷軌，這就要求必須采用中部槽1.75m長的運輸機，故選擇1.75m中心距的支架。3.2.2.4工作阻力的確定目前，國內外確定支架支護強度和工作阻力，通常采用巖重倍數(shù)法和經(jīng)驗類此法來估算。通過對比兩種方法計算結果，取其最大值q = 0.7MPa計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動載系數(shù)(取1.25)； s支架的支護面積(取10.95)；通過對國內外架型分析、研究，結合該工作面開采技術條件，最終選定支護強度為1Mpa的ZY10800/28/63型支架作為該工作面支架，能夠保證工作面支護強度。為防止煤壁片幫，液壓支架增設二級護幫板，以增強

49、對煤壁支護效果。3.2.3 采煤機選型采煤機的選型直接關系到安全高效能否實現(xiàn)。實行一次采全高，在選擇采煤機時著重考慮以下因素：（1）功率采煤機功率的確定一般主要看所切割的煤的硬度與韌性。該面煤層硬度低，易于切割，但面內斷層較多，煤層起伏及傾角變化較大，為保證遇斷層時具有足夠的切割巖石的能力，實現(xiàn)連續(xù)、高效回采，故該面應選擇大功率采煤機。（2）牽引速度本工作面設計生產(chǎn)能力3.0Mt/a，根據(jù)有關參數(shù)計算，平均日循環(huán)應達到12刀，要求采煤機的平均牽引速度應在15m/min左右。（3）技術先進性與可靠性目前，國內外采煤機的發(fā)展主流為交流電牽引采煤機。從技術先進性看，國內外幾個主要采煤機廠家的主要產(chǎn)品

50、相差不大，但可靠性有較大區(qū)別。國外采煤機一般開機率在7095%，而國產(chǎn)采煤機的開機率在50%60%左右。綜合以上因素，并對供貨周期、價格、性能進行比較，最終選定西安煤礦機械廠生產(chǎn)的MG750/1910-WD型交流電牽引采煤機用于該工作面生產(chǎn)。3.2.4 刮板運輸機選型刮板輸送機選型原則： 1、刮板輸送機應能保證工作面落煤生產(chǎn)能力需要，選擇刮板輸送機應以工作面最大生產(chǎn)能力乘以1.2的不均衡系數(shù)為基礎；2、結構形式一般與采煤機相配套，輸送機槽的結構應與工作外面底板條相適應，并應考慮與采煤機底板托架和行走機構尺寸相匹配；3、輸送機鋪設長度可根據(jù)刮板輸送機技術特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素確定。

51、根據(jù)工作面生產(chǎn)能力的要求以及采煤機、液壓支架和運輸機的配套關系，參照國內外工作面輸送機的技術參數(shù)以及該礦區(qū)近幾年綜采 “三機”配套成熟的經(jīng)驗，最終選定SGZ1000/3000型運輸機。表33工作面設備配套匯總表設備名稱產(chǎn)地型號技術參數(shù)采煤機西安MG750/1910-WD裝機功率為1910KW，供電電壓為3300V，采高為2.7-5.5m液壓支架鄭州ZY8000/35/60工作阻力為8000KN，支撐高度為3.5-6.0m，支護強度為0.6-0.75MPa刮板輸送機張家口SGZ-1000/3000運輸能力為3000t/h，總裝機功率為3*1000kw，電壓等級為3300v轉載機張家口SZZ135

52、0/525運輸能力為4000t/h，總裝機功率為525kw，電壓等級為3300v破碎機張家口PCM400破碎能力為4000t/h，總裝機功率為400kw，電壓等級為3300v乳化液泵無錫煤機廠BRW400/31.5額定壓力為31.5MPa，額定流量400L/min，數(shù)量為2臺帶式輸送機山西煤機廠SSJ-1200/2*250功率為500KW，輸送帶寬度為1200mm，運輸能力為1400t/h4 大采高液壓支架整體結構尺寸設計4.1 支架高度,支架間距,底座長度的確定4.1.1 支架的高度和支架的伸縮比1、支架高度支架高度的確定原則，應根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內地質條件的變化等因素來確定， 其

53、最大與最小高度為： （4-1） （4-2）式中： 支架最大高度（mm）；支架最小高度（mm）；煤層最大厚度（mm）；煤層最小厚度（mm）；考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200300mm；頂板最大下沉量，一般取100200mm；移架時支架的最小可縮量，一般取50mm；浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm。取=200mm，由設計給出的參數(shù)可得，支架最大高度為6000mm，最小采高沒有給出要求，參照采煤機及刮板輸送機的情況選擇3500mm。2、支架的伸縮比液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應具有較大的伸縮比。一般范圍是1.5至2.5，煤層較薄

54、時選大值。但是考慮盡量減輕支架重量，降低造價，可搞系列化，加強支架對頂?shù)装宓倪m應性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機械加長桿來增加調高范圍。該支架的伸縮比：4.1.2 支架間距和寬度的確定所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離，按如下公式計算： （4-4）式中： 支架間距（支架中心距）；每架支架頂梁總寬度；相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙；每架所包含的組架或框架數(shù)整體自移式支架；整體邁步式支架；節(jié)式組合邁步支架2支架節(jié)數(shù)。支架間距主要根據(jù)支架形式確定，但目前主要根據(jù)刮板輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長度為1.5m，千斤頂連接位置在刮板槽中間，所

55、以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m。取=1600mm，=100mm，=1則=1600+1001=1700mm4.1.3 梁端距的確定所謂頂端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機和采煤機的傾斜，以及采煤機割煤時垂直分力使搖臂和滾筒向液壓支架傾斜，為避免割到頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距也應越大，根據(jù)支架高度，我們選定梁端距=365mm。4.1.4 支架底座長度的確定底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件，在設計支架的底座長度時，應考慮如下諸方面：支架對底板的比壓要小，支架內部應有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制裝置，推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度取3.5倍的移架步距，一個移架步距為0.6m，即2.1米左右，支撐掩護式支架的底座長度取4倍的移架步距，即2.4米左右。4.2 支架四連桿機構的確定4.2.1 四連桿機構的作用1梁端