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LXVIPAGE21zys液壓支架設(shè)計(jì)原版摘要本課題主要論述了液壓支架的主要設(shè)計(jì)過(guò)程。其中包括:液壓支架的選型、總體設(shè)計(jì)、主要零部件的設(shè)計(jì)、校核以及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。支架的形式為掩護(hù)式支架。支架除了要有效的對(duì)頂板進(jìn)行有效支撐,還要實(shí)現(xiàn)升、降、推移四個(gè)步驟。支架采用四連桿機(jī)構(gòu),改善支架的受力狀況,縮小支架的升降過(guò)程中頂梁前端前后移動(dòng)的距離。立柱采用單伸縮液壓缸,前端帶有加長(zhǎng)桿,以滿足支架最低及最高位置時(shí)的高度要求。頂梁掩護(hù)梁、底座都做成箱體結(jié)構(gòu)用鋼板焊接而成。在研制液壓支架時(shí),需要對(duì)支架進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)和分析研究,確定合理的液壓支架受力參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù),以及選定液壓支架最佳方案等方面綜合性的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。本設(shè)計(jì)主要從支架的工作原理這手,然后進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及校核。關(guān)鍵詞:液壓支架;頂梁;底座;立柱;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1國(guó)內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展地下開(kāi)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(kāi)采和露天開(kāi)采的煤產(chǎn)量。地下開(kāi)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(kāi)采優(yōu)質(zhì)煤,包括煉焦煤,都是采用地下開(kāi)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)CAD進(jìn)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(kāi)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1500~2500t/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。DWX型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(kāi)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(kāi)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(kāi)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。1.2本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(kāi)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)?,F(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(shù)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2.1液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2.1.1支架升降當(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(kāi)液控單向閥,立柱下腔回液,支架下降。2.1.2支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。2.1.3支架承載過(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(kāi)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。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、、分別表示支架的初撐、增阻、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2.2液壓支架的類型和結(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。2.2.1支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4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。2.2.2掩護(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3.0mm左右。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。2.2.3支撐掩護(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。2.2.4特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。2.3對(duì)液壓支架的基本要求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。液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100左右;移架力按煤層厚度而定,薄煤層一般為100kN~150kN,中厚煤層一般為150kN~250kN,厚煤層一般為250kN~400kN。防矸性能要好。排矸性能要好。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。為了操作和生產(chǎn)的需要,要有足夠?qū)挼娜诵械馈U{(diào)高范圍要大,照明和通訊方便。支架的穩(wěn)定性要好,底座最大比壓要小于規(guī)定植。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。在滿足強(qiáng)度條件下,盡可能減輕支架重量。要易于拆卸,結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單。液壓元件要可靠。2.4.2支架的支護(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迹煌ㄟ^(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0.15~0.3;按不同支護(hù)高度時(shí)各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核。2.4.3影響架型選擇的因素 (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2.5~2.8m(軟煤取下限,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1.96~2.16MPa,軟底板為0.98MPa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和20min以下時(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。2.4.4支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1.8~3.2米,屬于中厚煤層。支架的適應(yīng)高度為1.5~3.5米煤質(zhì)條件老頂II級(jí)、直接頂II級(jí),底板平整,無(wú)影響支架通過(guò)的斷層,根據(jù)表2.1初步選定為掩護(hù)式兩柱液壓支架。5支架受力分析與計(jì)算5.1支架工作狀態(tài)5.1.1頂板狀態(tài)在采煤工作面中,當(dāng)煤被采出后,就會(huì)出現(xiàn)一定的空間,由于受上部巖層壓力,出現(xiàn)離層和裂隙,如果不及時(shí)支護(hù),頂板就要冒落,不支護(hù)的時(shí)間越長(zhǎng),危險(xiǎn)就越大。而頂板冒落是有一定過(guò)程的,一般可分為三個(gè)階段,開(kāi)始頂板處于無(wú)壓狀態(tài),此時(shí)頂板較完整,而且沒(méi)有下沉,稱為無(wú)壓狀態(tài);但經(jīng)一定時(shí)間后,頂板就會(huì)下沉,通常稱為老頂來(lái)壓,此時(shí)頂板并不破裂,而且這種下沉帶有一定的周期性,所以稱為老頂周期來(lái)壓狀態(tài);如果不及時(shí)支護(hù),頂板就會(huì)破裂而冒落,此時(shí)叫冒落狀態(tài)。5.1.2支架工作狀態(tài)支架在這三種狀態(tài)下是這樣工作的:開(kāi)始支架以初撐力支撐頂板,此時(shí)為無(wú)壓狀態(tài);當(dāng)周期來(lái)壓時(shí),頂板下沉,使立柱下腔壓力增大,當(dāng)增大到大于安全閥調(diào)正壓力時(shí),安全閥被打開(kāi),使立柱下腔壓力下降,稱為立柱讓壓狀態(tài),使支架以工作阻力支護(hù)頂板;如果繼續(xù)來(lái)壓,就要不斷讓壓,所以立柱要有一定的向下行程,如沒(méi)有向下行程,稱為壓死狀態(tài),這是在設(shè)計(jì)和使用中必須注意避免的現(xiàn)象;當(dāng)支架前移后,此時(shí)頂板處于無(wú)支護(hù)狀態(tài),頂板就要冒落,這就是液壓支架在工作過(guò)程中的三種狀態(tài)。5.1.3支架受力支架在工作面受力是由于頂板下沉,同時(shí)又有向采空區(qū)移動(dòng)的趨勢(shì),使頂梁受合力和底座受底板反力,其中頂板合力的垂直分力,由支架工作阻力來(lái)克服,所以在計(jì)算支架的工作載荷時(shí)按支架的工作阻力來(lái)確定。7液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1液壓支架的液壓系統(tǒng)特點(diǎn)液壓支架由不同數(shù)量的立柱合千斤頂組成,采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等功作。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)都采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。液壓支架的液壓傳動(dòng),與其它機(jī)械的容積式液壓傳動(dòng)有很大的區(qū)別,其特點(diǎn)加下:工作液的壓力高(管路內(nèi)的壓力達(dá)20~40MPa,立柱內(nèi)的壓力達(dá)30~70MPa),流量大(35~140l/min);在液壓系統(tǒng)種,采用粘度低和容量大的液體作為工作介質(zhì);液壓缸、操縱閥,其它調(diào)節(jié)和控制裝置等總的數(shù)量大(高壓泵1~6臺(tái)、液壓缸300~1500個(gè)、安全閥150~300個(gè),還有同樣數(shù)量的液控單向閥);泵-液壓缸傳動(dòng)系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低;根據(jù)支架的數(shù)目改變液流的參數(shù);所有支架在結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及它們之間都有相同的連接方式(相同的液壓系統(tǒng));每節(jié)支架都重復(fù)著相同的工序,這些工序的總和構(gòu)成液壓支架的基本工序;為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率,實(shí)現(xiàn)無(wú)故障作業(yè)及工作人員的安全,液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。這些特點(diǎn)體現(xiàn)了液壓傳動(dòng)元件以及整個(gè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),即:液壓支架是以單節(jié)支架為單元的,這就決定了液壓系統(tǒng)的構(gòu)成,即工作面支架和端頭支架的液壓系統(tǒng)成為液壓支架的基本組成部分。此外,可以把泵站、中心控制臺(tái)和支架的液壓管路等部分作為支架的公用液壓系統(tǒng)。其中每個(gè)部分都具有獨(dú)立的功能,在改善液壓傳動(dòng)或者制定新的方案時(shí),一般都可以單獨(dú)地加以研究。7.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法根據(jù)液壓系統(tǒng)的架型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),確定立柱和千斤頂數(shù)目,并擬定液壓系統(tǒng)。帶壓移架回路如圖7.1所示。在立柱控制閥前面裝設(shè)一個(gè)由移架液路控制的支撐保持閥和一個(gè)與立柱活塞桿腔液路相通的截流閥,可時(shí)支架帶壓移架,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在移架時(shí),支架對(duì)頂板的支撐力應(yīng)大于10KN/m。7.3千斤頂系統(tǒng)千斤頂系統(tǒng)包括前梁、平衡、側(cè)推、推移、護(hù)幫、防倒、防滑和調(diào)架千斤頂。這類千斤頂控制系統(tǒng)一般由油缸上加一些必要的液壓閥構(gòu)成。常用的千斤頂控制回路有如下形式:7.3.2.推移千斤頂系統(tǒng)推移千斤頂系統(tǒng)如下圖所示。a為單向鎖緊回路,b為差動(dòng)回路,c為千斤頂定壓回路,用于輔助移架千斤頂?shù)耐屏ο拗圃谝欢ǚ秶?,在該千斤頂?shù)幕钊灰粋?cè)液路上增設(shè)一個(gè)定壓開(kāi)關(guān)閥。當(dāng)操縱操縱閥時(shí),壓力液經(jīng)分流閥后分成兩路:一路去推移千斤頂,另一路經(jīng)定壓開(kāi)關(guān)閥去輔助移架千斤頂。當(dāng)液壓力超過(guò)定壓關(guān)閉閥的調(diào)整壓力時(shí),該閥關(guān)閉,切斷液路,保證輔助移架千斤頂?shù)耐屏Σ怀^(guò)調(diào)定值。7.3.4.活動(dòng)側(cè)護(hù)板控制方式(1)彈簧機(jī)構(gòu)式。其優(yōu)點(diǎn)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不需要液壓元件,但功能較差,不具備調(diào)架性能,適應(yīng)煤層傾角很小的工作面。(2)彈簧與液壓無(wú)閉鎖混合系統(tǒng)。這種方式除彈簧機(jī)構(gòu)外,需裝備3-4個(gè)千斤頂及其操縱系統(tǒng)。與第一種方式相比,增加了設(shè)備費(fèi)用,在功能方面并未獲得顯著的改善。但目前我國(guó)煤礦大量的支架式采用這種控制方式的活動(dòng)側(cè)護(hù)板。(3)彈簧與液壓閉鎖系統(tǒng)混合式。與第二種無(wú)閉鎖系統(tǒng)比較,只是控制閥的功能不同,并增加了2—3個(gè)安全閥,使設(shè)備費(fèi)用并不會(huì)顯著增加,卻獲得了較好的防倒、防矸和調(diào)架的性能。(4)全液壓控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)方面取消了彈簧,增加了一條低壓供液系統(tǒng)和壓力順序閥,使活動(dòng)側(cè)護(hù)板具備了良好的性能,還可簡(jiǎn)化頂梁和掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)7.4乳化液泵站系統(tǒng)7.4.1乳化液泵站 乳化液泵站是采煤工作面文護(hù)設(shè)備及推移裝置的動(dòng)力源。主要由乳化液泵組、乳化液箔組組成,還包括必要的控制、保護(hù)、監(jiān)視等元件及聯(lián)接管路。 泵站的布設(shè)分為固定式和移動(dòng)式兩種。供液的方式為單一工作面供掖和集中對(duì)多個(gè)工作面供液。表7.1泵站供液方式方式布設(shè)地點(diǎn)與配置供給地點(diǎn)與輸送固定式泵站集中供液在采區(qū)或礦井硐室中,配置多臺(tái)泵組和大容量液箱通過(guò)大管徑金屬管道向去全采區(qū)或礦井的各個(gè)采煤工作面供液?jiǎn)我还┮涸诠ぷ髅骓槻鄱瞬宽鲜覂?nèi),配兩臺(tái)泵組和一臺(tái)乳化液箱組通過(guò)大管徑硬管或高壓軟管向本工作面供液移動(dòng)式泵站單一供液在距采煤面30~50m的順槽內(nèi)布設(shè)兩臺(tái)泵組,一臺(tái)箱組,隨工作面的推進(jìn)而移動(dòng),也可安裝于動(dòng)力列車上通過(guò)高壓軟管于工作面主供液管連接供液泵站主要多數(shù)應(yīng)滿足采煤工作面供液需要,同時(shí)要有合理的管路和閥類配套。泵站公稱壓力取決于立柱初撐壓力和杏千斤頂?shù)膖作壓力。在此基礎(chǔ)上考慮一定的富裕系數(shù),以補(bǔ)償系統(tǒng)沿程的壓力損失。泵站的液箱容積應(yīng)能保證系統(tǒng)正常循環(huán)時(shí)液體的充分沉淀和排氣,灑溫不要超出0℃,能容納由于頂板下沉等原因回流的液體。一勝液箱容積不少于泵公稱流量的6倍。為了驗(yàn)證泵站系統(tǒng)組配的合理性,可用液壓支架液壓系統(tǒng)優(yōu)化程序進(jìn)行檢驗(yàn)。7.4.2泵站液壓系統(tǒng)乳化液泵站系統(tǒng)應(yīng)符合以下基本要求:(1)系統(tǒng)及其元件應(yīng)能滿足工作面支護(hù)設(shè)備和推移設(shè)備的要求。(2)控制系統(tǒng)中,應(yīng)配有各自獨(dú)立的兩臺(tái)泵組。(3)應(yīng)有完善的過(guò)濾裝置及磁過(guò)濾。(4)必須有兩級(jí)壓刀保護(hù)裝置。固定泵站應(yīng)有失壓保護(hù)。(5)應(yīng)設(shè)有壓力指示。(6)應(yīng)有消除系統(tǒng)脈動(dòng)和補(bǔ)能的蓄能器。由于工作面支架的立柱和千斤頂所需要的壓力不同,就需要泵站共給不同的壓力液。一般情況下,立柱要達(dá)到較高的初撐力,就需要高壓液。要求推力較小的千斤頂,例如側(cè)推千斤頂?shù)染鸵^低的壓力液。由此,本次設(shè)計(jì)選用高壓—低壓泵液壓系統(tǒng):工作面同時(shí)需要高壓和低壓時(shí),可以設(shè)置一套高壓泵,一套低壓泵,組成整套乳化液泵站,其原理系統(tǒng)圖表示如圖7.6示。高低壓泵可以用一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)。1、乳化液泵乳化液泵與電動(dòng)機(jī)、機(jī)架等組成乳化液泵組,作為一個(gè)泵站組件。工作原理:機(jī)械化采煤工作面一般采用臥式三往塞往復(fù)式乳化液泵。它是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),將曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)連桿—塊沿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)柱塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。其工作原理如圖7.7所示。當(dāng)柱塞左行時(shí),缸體腔容積增大形成真空。液箱里的乳化液在大氣壓力下經(jīng)吸液閥被吸入缸體。此時(shí)排液閥在排液管內(nèi)液壓下關(guān)閉。當(dāng)柱塞右行時(shí),缸體腔逐漸縮小,液體受壓.推開(kāi)排液閥,關(guān)閉吸液閥.將乳化液注入排液管路輸入系統(tǒng)。柱塞往復(fù)一次完成一個(gè)吸、排液循環(huán)。其排液量呈正弦規(guī)律變化。由于三個(gè)柱塞運(yùn)動(dòng)互呈120度的相位角,泵的連續(xù)流量為三個(gè)柱塞排量總和,其流量壓力脈動(dòng)為三條正弦曲線的疊加,如圖7.8所示。2、乳化液箱乳化液箱是泵站系統(tǒng)中貯存、回收和過(guò)濾工作液的裝置。具有較完善的過(guò)濾系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。有些還配有自動(dòng)卸載閥、減壓閥、蓄能器等元部件。由液箱及裝在其上的元件和連接膠管組成乳化液箱組。一般單一供液的工作面泵站系統(tǒng)配一臺(tái)液箱組和兩臺(tái)泵組。在必要時(shí)增設(shè)輔助液箱組。7.4.3乳化液泵站的元部件1、泵用安全閥泵用安全閥是乳化濃泵的過(guò)載保護(hù)裝置。安裝于泵的高壓排液口。當(dāng)高壓管路意外堵塞或系統(tǒng)自動(dòng)卸載閥失靈時(shí),泵壓升高超道安全閥的彈簧調(diào)定壓力時(shí),使安全閥開(kāi)啟,釋放出高壓液體,使泵卸載。2、自動(dòng)即截閥該閥是泵站的壓力控制和過(guò)載保護(hù)元件。正常工作時(shí)泵排出的液體流經(jīng)卸載閥的單向閥進(jìn)入供液系統(tǒng)。在系統(tǒng)異?;蚬ぷ髅娌恍韫┮?,系統(tǒng)壓力超過(guò)卸載閥調(diào)定壓力最高值并控制液流使卸載閥口自動(dòng)打開(kāi),泵排出的液體流回乳化液箱,使泵處于空載循環(huán)遠(yuǎn)行,在系統(tǒng)壓力低于卸載閥調(diào)它的恢復(fù)壓力值時(shí),卸載閥自動(dòng)關(guān)閉,使泵恢復(fù)正常循環(huán)供液。自動(dòng)卸載閥往往還聯(lián)通一個(gè)手動(dòng)卸載閥組成卸載閥組可以起三個(gè)作用:(1)保證泵組在排供液時(shí),進(jìn)入低壓或空載運(yùn)行。節(jié)省能量消耗,延長(zhǎng)泵站使用壽命。(2)在系統(tǒng)出現(xiàn)異常,壓力超調(diào)時(shí),起卸載保護(hù)作用。(3)當(dāng)起動(dòng)時(shí)打開(kāi)手動(dòng)卸載閥,可零壓起動(dòng)。因此卸載閥在系統(tǒng)中是一重要元件,并且呈頻繁動(dòng)作狀態(tài),要求性能穩(wěn)定、可靠。卸載閥的頻繁動(dòng)作給系統(tǒng)帶來(lái)振動(dòng)和沖擊,一般應(yīng)裝于泵組上,與泵出口直接連接,并配以較大的系統(tǒng)蓄能器。3、減壓閥為滿足兩種或兩種以上的工作面支護(hù)設(shè)備所需要的工作壓力,采用系統(tǒng)減壓閥,使泵排出的高壓液降到所需要的工作壓力,同時(shí)供給使用。減壓閥主要由主閥、調(diào)節(jié)裝置及安全閥三部分組成。主閥通過(guò)間隙節(jié)流產(chǎn)生壓降,成為減壓部分,調(diào)節(jié)裝置是靠彈簧或蓄能器及調(diào)節(jié)活塞來(lái)調(diào)定二次壓力,并保持其壓力穩(wěn)定;安全閥起二次側(cè)壓力過(guò)壓保護(hù)作用。4、過(guò)露裝置液箱的過(guò)濾裝置包括吸液過(guò)濾器(裝于吸液斷路器上)、過(guò)濾網(wǎng)槽、磁過(guò)濾器及高壓過(guò)濾。附錄二(譯文)長(zhǎng)臂式采煤用的采煤機(jī)長(zhǎng)臂式采煤在歐洲已普遍機(jī)械化,幾乎全部使用采煤機(jī)和刨煤機(jī)。在德意志聯(lián)邦共和國(guó),刨削式采煤比其他國(guó)家用得更為廣泛,盡管如此,用采煤機(jī)采出煤炭時(shí)的比率穩(wěn)步增加。在1977年10月,他的產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的36%。采煤機(jī)之所以得到發(fā)展有許多令人信服的理由。采煤機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)比刨煤機(jī)受頂?shù)装鍡l件,夾石和煤層厚度的變化影響更小。截高適應(yīng)性強(qiáng),截深穩(wěn)定、頂板易于控制,是傾向于使用采煤機(jī)的另一些理由。1976年10月,刨煤機(jī)工作面的有效工作時(shí)間在35%左右,相比之下,采煤機(jī)工作面為48%。平均日產(chǎn)量也反映了上列數(shù)字(在德意志聯(lián)邦共和國(guó)1977年10月刨煤機(jī)工作面平均日產(chǎn)煤1180噸,采煤機(jī)工作面采煤1678噸)。但是,這里必須指出,采煤機(jī)通常是在厚度較大的煤層中使用。目前采煤機(jī)的適用范圍是厚度從0.75米到4.5米的煤層。適用于可能遇到的不同工作條件的各種形式的采煤機(jī)是根據(jù)積木式結(jié)構(gòu)原理由許多主要部件組裝而成的。例如,Eickhoff采煤機(jī)分別備有縱置式電動(dòng)機(jī),功率為170,200,300千瓦,而450千瓦的不久即將問(wèn)世。橫置式電動(dòng)機(jī)目前為150千瓦,230千瓦的也即將供貨。采煤及騎在輸送機(jī)上面或者貼著輸送機(jī)移動(dòng)。搖臂有不同長(zhǎng)度,從740毫米至2230毫米,各種采煤機(jī)可以制造成在常用的各種電壓和頻率下運(yùn)轉(zhuǎn),可以用各種的牽引方法和速度,可以有不同的滾筒速度以及為各種高度的機(jī)型作出不同的滾筒設(shè)計(jì)。與前些年不同,這類機(jī)械的制造廠商不再大批生產(chǎn)同型號(hào)的機(jī)械設(shè)備,而不得不根據(jù)不斷修正與改進(jìn)的原則利用現(xiàn)有的大量組件組裝采礦機(jī)械,并根據(jù)所遇到的采掘條件使這些機(jī)械與工作面輸送機(jī)和頂板支護(hù)設(shè)備配套,形成完整的系統(tǒng)。盡管對(duì)于惡劣的井下工作條件來(lái)說(shuō)已經(jīng)取得了很大的技術(shù)發(fā)展并達(dá)到了很高的工作安全性,為了滿足下列的要求,尚需進(jìn)一步做出努力來(lái)發(fā)展采掘機(jī)械:增加產(chǎn)量(同時(shí)進(jìn)一步改進(jìn)操作安全性);擴(kuò)大工作范圍(例如,開(kāi)采急傾斜煤層);改善工人工作條件(例如,減少粉塵產(chǎn)生和噪音)。增加產(chǎn)量當(dāng)前的趨勢(shì)是從更少的工作面中采出更多的煤炭。某些工作面的產(chǎn)量已經(jīng)很高,以致工作面工作稍有停頓,即會(huì)造成大量損失產(chǎn)量的后果。因此,采煤機(jī)產(chǎn)量的提高就與提高運(yùn)轉(zhuǎn)安全性、提高利用率,以及更方便的監(jiān)控機(jī)械所有的功能密切相關(guān)。因此性能的改進(jìn)就不僅限于研制更大功率的電動(dòng)機(jī)、牽引部、機(jī)頭和搖臂,而且還包括研制機(jī)器的電器監(jiān)控系統(tǒng),最終實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化。這也適用于截齒的改進(jìn),因?yàn)榻佚X的壽命和價(jià)格決定采煤機(jī)的性能。提高產(chǎn)量,還可以通過(guò)在一個(gè)工作面使用多臺(tái)采煤機(jī)的辦法實(shí)現(xiàn)。這樣,由于免開(kāi)切口,避免因大塊煤從工作面脫落不得不用人力破碎等原因而造成的停頓,就可以提高效率。還有一個(gè)很明顯的問(wèn)題,那就是把工作電壓限制在1000伏以內(nèi)限制了采煤機(jī)的性能發(fā)揮,要進(jìn)一步增大電動(dòng)機(jī)的額定功率,就必須采用更高的電壓。擴(kuò)大應(yīng)用范圍在水平煤層,緩傾斜煤層或仰斜開(kāi)采中,采煤機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)取得全面經(jīng)驗(yàn)。薄煤層的開(kāi)采受到難以克服的限制,這是由于輸送機(jī)的高度,采煤機(jī)下應(yīng)留有必要的間隙,以及采煤機(jī)本身高度的限制。因此只有當(dāng)采煤機(jī)貼著輸送機(jī)移動(dòng)式薄煤層的煤才能被采出。這就造成一個(gè)導(dǎo)向問(wèn)題,僅僅利用行走道軌上的導(dǎo)向設(shè)備是解決不了問(wèn)題的。一個(gè)新近發(fā)現(xiàn)的解決辦法是使采煤機(jī)卡住輸送機(jī)滑行。這就使得把采煤機(jī)運(yùn)用于到目前為止只適用于使用刨煤機(jī)的煤層厚度成為可能。大量的EDW-170-LN型采煤機(jī)正在工作,特別是在英國(guó),用于開(kāi)采高品位煉焦煤的薄煤層。在急傾角的煤層,采煤機(jī)的使用受到牽引困難的限制,而且不易找到一種能把采煤機(jī)保持在坡道上的使用裝置。一些新的設(shè)計(jì),無(wú)需在采煤機(jī)以外另設(shè)安全裝置,它備有必要的牽引裝置,已把采煤機(jī)的工作范圍擴(kuò)大到急傾斜煤層。隨著作業(yè)深度增加,巷道的掘進(jìn)與維護(hù)費(fèi)大量增加。掘進(jìn)超前平巷一向妨礙采煤工作面的推進(jìn)。目前用于采煤機(jī)的無(wú)鏈牽引系統(tǒng)允許使用多機(jī)操作。專門設(shè)計(jì)的工作面端頭采煤機(jī)可以在此種系統(tǒng)中使用,它不僅可以免開(kāi)切口,還可以切割巷道部分,因此產(chǎn)量提高,結(jié)果導(dǎo)致生產(chǎn)效率的提高。改善井下工人工作條件與其他工業(yè)活動(dòng)相比,在井下工作特別勞累而且危險(xiǎn)。因此目前正在致力于減輕勞作負(fù)擔(dān)和提高井下作業(yè)的安全性,這不僅是由于有嚴(yán)格的規(guī)程,而且還處于能招募到愿意開(kāi)采煤機(jī)的工人的需要。這一點(diǎn)也促進(jìn)了不斷改進(jìn)技術(shù)的必要性。多年以來(lái),采煤機(jī)工作面的防塵問(wèn)題一直是個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題,至今在這方面還有許多工作要做。為此最近常常有人議論用水槍進(jìn)行水力開(kāi)采,或是用水槍協(xié)助傳統(tǒng)的采煤機(jī)。井下作業(yè)不斷地受到爆炸性氣體的威脅。為了消滅這類事故,在英國(guó)常常采用空心軸通風(fēng)法,用文丘里噴嘴把水和空氣注入截槽深部。采煤機(jī)的操作改進(jìn),還包括在采煤機(jī)的兩端配備了控制設(shè)備,用無(wú)線電控制,還可用自動(dòng)控制使采煤機(jī)在工作面獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。采煤機(jī)的部件上文簡(jiǎn)要談到的發(fā)展目標(biāo)不斷改善和進(jìn)一步發(fā)展采煤機(jī)的所有部件。電動(dòng)機(jī)提高產(chǎn)量要求強(qiáng)大的電動(dòng)機(jī)功率。每一特定的煤種應(yīng)該使用一種最適用的機(jī)械設(shè)備以便使單位能耗(千瓦小時(shí)/立方米)最低。在有限的空間內(nèi)容納很高的功率需要采用水冷式電機(jī)。目前,冷卻電機(jī)定子已作為既定標(biāo)準(zhǔn),最新設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)已有了端罩冷卻,此外,為了進(jìn)一步提高一定空間內(nèi)的電動(dòng)機(jī)功率還正在試驗(yàn)冷卻主軸。到目前為止,長(zhǎng)臂采煤機(jī)所用的電動(dòng)機(jī)都是三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī),由于它的結(jié)構(gòu)足夠堅(jiān)固,可以應(yīng)付井下運(yùn)轉(zhuǎn)條件。為盡量把單位能耗(千瓦小時(shí)/立方米)降至最小,就必須使?jié)L筒轉(zhuǎn)速與采煤機(jī)牽引速度相協(xié)調(diào),為達(dá)到這一目的,可以在采煤機(jī)上配備直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)滾筒,據(jù)說(shuō)在蘇聯(lián)研制了這種機(jī)械,而關(guān)于使用結(jié)果還沒(méi)有資料。一般的采煤機(jī)都是沿機(jī)身的縱軸方向裝置電動(dòng)機(jī),在兩端都需要出軸以便把動(dòng)力傳遞給機(jī)頭。這樣的采煤機(jī)需要復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng),但是有個(gè)好處,就是電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力能夠按需要分配給兩個(gè)滾筒和牽引部。像EDW-150-2L這樣的新式采煤機(jī)裝備有橫置式電動(dòng)機(jī),他們直接安裝在搖臂上。但是這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有代價(jià)的,既不可能在兩個(gè)滾筒之間分配動(dòng)力,而承受較重載荷的那個(gè)滾筒由于達(dá)到了最大的功率,將決定采煤機(jī)的移動(dòng)速度。牽引部采煤機(jī)的液壓牽引部件到目前也使用了將近三十年。在這三十年當(dāng)中,液壓牽引已改進(jìn)到高度完善的程度。目前已可以把采煤機(jī)的牽引速度作為電動(dòng)機(jī)和牽引部負(fù)荷的函數(shù)來(lái)控制(Eicomatic)。這樣的牽引部可以避免過(guò)負(fù)荷,并可采用難燃液安全運(yùn)行。但近十年來(lái)半導(dǎo)體技術(shù)已發(fā)展到一定階段,目前已有可能以直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)牽引部,其速度由可控硅整流器控制。與液壓牽引部相比,電氣牽引部比較簡(jiǎn)單和牢固耐用,電氣部件容易通過(guò)使用控制插件進(jìn)行檢查和維護(hù)。此外,它的各種功能可以得到監(jiān)視,他的變速反應(yīng)比液壓牽引快。在第一批配備了這種電力牽引部的采煤機(jī)中,有EickhoffEDW-150-2L型雙端可調(diào)高滾筒采煤機(jī),首次安裝試用以來(lái),其電力牽引部完全滿足預(yù)期的要求。無(wú)鏈牽引系統(tǒng)繼牽引繩和牽引鏈之后,無(wú)鏈牽引系統(tǒng)使用日益廣泛。這類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是更為安全,機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定,并可以在一個(gè)工作面使用多臺(tái)采煤機(jī)。目前有若干種不同結(jié)構(gòu)形式在英國(guó)使用。對(duì)于某些無(wú)鏈牽引系統(tǒng)來(lái)說(shuō),有一個(gè)問(wèn)題是他們妨礙工作面輸送機(jī)的彎曲性能,可能使運(yùn)行受到約束。Eickhoff工廠出產(chǎn)的Eicotrack系統(tǒng)解決了這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)榕c其他系統(tǒng)不同,他的導(dǎo)軌節(jié)段長(zhǎng)度只用輸送機(jī)槽的一半,所以兩輸送機(jī)槽之間的錯(cuò)位和折角對(duì)兩個(gè)導(dǎo)軌節(jié)段之間只有一半的影響。這一優(yōu)越性能自然需要較高的成本。然而在某些場(chǎng)合,工作面輸送機(jī)的彎曲性能還是顯得不夠。

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