ZY3500-25-47掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摘 要 液壓支架廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代長壁采煤工作面上。它不但能夠支撐頂板、推進(jìn)工作面刮板輸送機(jī)、自行前移，而且能夠為井下聯(lián)合采煤作業(yè)提供一個安全的環(huán)境。正確、合理地選擇液壓支架架型是長壁工作面采煤成功的前提和關(guān)鍵。因此， 綜合機(jī)械化采煤，是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，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。 本文介紹了：支護(hù)設(shè)備的發(fā)展歷史及最新動態(tài)； 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(shè)計的 一般步驟；液壓支架的操縱、維護(hù)、故障分析及處理等。在ZY3500/25/47 型掩護(hù)式支架的設(shè)計過程中，著重對頂梁、掩護(hù)梁、底座、和立柱以及四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析和設(shè)計。對重要結(jié)構(gòu)件如頂梁、底座和立柱等進(jìn)行了分析，根據(jù)其常見失效形式、影響因素及基本設(shè)計要求，給出了重要結(jié)構(gòu)件的受力分析、強(qiáng)度和剛度的設(shè)計方法。最后，本文對液壓支架的使用、維護(hù)與發(fā)展趨勢做了簡單的敘述。 關(guān)鍵詞 ： ZY3500/25/47 型掩護(hù)支架； 液壓支架； 結(jié)構(gòu)設(shè)計； 強(qiáng)度分析 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 ABSTRACT Modern 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 . Its successful selection and application are the prerequisite for successful longwall mining .Therefore the 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 day by day to the coal, we must largely produce comprehensive mechanization mining coal equipment, rapidly increase the comprehensive mechanization mining coal working surface. The followings are introduced in this paper: the develop history and latest dynamic state of the support equipments at domestic and international； the develop history and develop direction of the hydraulic 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. In the design process of ZY3500/25/47 type root support shield, this paper will focus on the analysis and design of canopy, caving shield, base and hydraulic legs, as well as the connection method of leg with base and canopy. The important structure, such as canopy, base, hydraulic legs and so on, are analyzed. According to its failures, affecting factors and basic considerations, the design method of the strength and stiffness of the important structure is introduced. Finally, this paper describes using, maintenance, development tendency of hydraulic support. Keywords ： ZY3500/25/47 type root support shield； hydraulic support； structure design； strength analysis 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目 錄 第一章 概 述 1.1 支護(hù)設(shè)備的發(fā)展歷史 1 1.1.1 單體支柱的發(fā)展歷史 1 1.1.2 液壓支架的發(fā)展歷史 1 1.2 我國液壓支架的發(fā)展歷史 2 1.3 液壓支架的用途、分類和結(jié)構(gòu) 2 1.3.1 液壓支架的用途 2 1.3.2 液壓支架工作面狀態(tài)及布置 3 1.3.3 液壓支架的分類 3 1.3.4 液壓支架的機(jī)構(gòu)型式及特點 5 1.4 液壓支架的工作原理 6 1.4.1 支架升降和推移 7 1.4.2 支架的承載過程 7 1.5 液壓支架的組成 8 1.5.1 支架的組成 8 1.5.2 液壓支架的支護(hù)方式 8 1.6 采煤工作面液壓支架設(shè)計要求 9 1.7 本文所做的主要工作 9 第二章 液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸的確定 2.1 支架的高度和支架間距的確定 10 2.1.1 支架的高度和支架的伸縮 比 10 2.1.2 支架間距和寬度的確定 10 2.2 底座的長度的確定 11 2.3 頂梁長度的確定 11 2.3.1 支架工作方式對頂梁長度的影響 11 2.3.2 頂梁長度計算 12 2.4 四連桿機(jī)構(gòu)的確定 12 2.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 12 2.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求 13 2.4.3 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 14 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 第三章 液壓支架部件設(shè)計 3.1 頂梁 18 3.1.1 頂梁的主要作用 18 3.1.2 頂梁的結(jié)構(gòu)形式 19 3.1.3 頂梁結(jié)構(gòu)和端面形狀 19 3.2 頂梁側(cè)護(hù)板 21 3.2.1 側(cè)護(hù)板的主要作用 21 3.2.2 冊護(hù)板的種類與選擇 21 3.3 底座 21 3.3.1 底座的主要作用 21 3.3.2 底座的結(jié)構(gòu)形式與特點 22 3.4 推移裝置 22 3.5 立柱的設(shè)計 25 3.5.1 立柱類型 25 3.5.2 支柱的結(jié)構(gòu) 25 3.5.3 立柱的設(shè)計及強(qiáng)度校核 27 3.5.4 活塞桿及強(qiáng)度校核 30 3.6 擬定液壓系統(tǒng) 34 3.7 液壓支架的主要技術(shù)參數(shù) 35 第四章 液壓支架的受力分析 4.1 支架的受力分析及計算 38 4.1.1 支架整體受力分析 38 4.1.2 頂梁受力分析與計算 39 4.1.3 底座受力分析與計算 42 4.2 頂梁和底座的載荷分布 43 4.2.1 頂梁的載荷分布 43 4.2.2 支護(hù)強(qiáng)度計算 45 4.2.3 底座接觸比壓的計算 45 4.3 支護(hù)效率 47 第五章 液壓支架的強(qiáng)度計算 5.1 強(qiáng)度計算條件 49 5.2 強(qiáng)度校核 50 5.2.1 頂梁的強(qiáng)度校核 50 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 5.2.2 底座的強(qiáng)度校核 52 5.2.3 銷軸及耳板的強(qiáng)度校核 54 第六章 液壓支架的使用、維護(hù)與發(fā)展趨勢 6.1 液壓支架操作維護(hù)要求 56 6.2 液壓支架操作 56 6.3 液壓支架操作管理事項 56 6.4 維護(hù)和管理的具體內(nèi)容 57 6.5 液壓支架的故障及排除 58 6.5.1 結(jié)構(gòu)件和連接銷軸 59 6.5.2 液壓系統(tǒng)及液壓元件 59 6.5.3 液壓支架在操作過程中的問題 60 6.6 液壓支架的現(xiàn)代設(shè)計方法 61 6.7 液壓支架的研究途徑 62 6.8 液壓支架的發(fā)展趨勢 62 結(jié) 論 65 參考文獻(xiàn) 66 附 錄 67 致 謝 73 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 概 述 采煤綜合機(jī)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(jī)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(hù)工人的生命安全，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。我國綜采技術(shù)日趨成熟，不但生產(chǎn)水平，而且工藝水平已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。 液壓支架作為綜合機(jī)械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備之一，其重量約 為 綜采設(shè)備總重量的 80%-90%，其費用約占綜采設(shè)備總費用的 60%-70%。因此，為了降低成本，提高采煤的經(jīng)濟(jì)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。 1.1 支護(hù)設(shè)備的發(fā)展歷史 煤礦支護(hù)設(shè)備是保證回采工作面正常生產(chǎn)和安全生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，也是煤礦工作面使用規(guī)模最大、耗費資金最多的煤機(jī)產(chǎn)品。目前世界各國使用的煤礦支護(hù)設(shè)備主要是回采工作面單體支柱和回采工作面液壓支架。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1.1.1 單體支柱的發(fā)展歷史 20 世紀(jì) 50 年代出現(xiàn)了木支柱，它是一種古老而又簡陋的支護(hù)材料，沒有初撐力，也沒有恒增阻降距，支撐力也無法保證，而且也 浪費了大量的木材。 20 世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)了單體金屬摩擦支柱，與木支柱相比可節(jié)省大量木材，而且也可復(fù)用。但是它不能保證恒增阻降距。 20 世紀(jì) 80 年代出現(xiàn)了 DZ 型單體液壓支柱，與前兩種單體支柱相比可保證恒增阻降距，支撐力也能得到控制，但是由于這種支柱存在內(nèi)泄露，因此存在嚴(yán)重的安全隱患。 1.1.2 液壓支架的發(fā)展歷史 液壓支架的發(fā)展從 20 世紀(jì) 50 年代開始。 1954 年，英國研制出剁式支架。從此，開創(chuàng)了煤炭工業(yè)的新時代。 1958年法國試驗成功了節(jié)式支架。 五十年代末，為開采煤層厚超過 2m 的松散和破碎頂板條件下 的褐煤，前蘇聯(lián)開始研制掩護(hù)式液壓支架，并與 1961 年在阿樂斯 -科拖舉辦的貿(mào)易展覽會上展出了 OMKT 型掩護(hù)式支架。比起剁式和節(jié)式支架，掩護(hù)式支架能有效的控制頂板，防止開采過程中矸石滲入工作面，工作能力很好。 60 年代末和 70 年代初，隨著液壓支架在歐洲使用經(jīng)驗的日益增加，支架結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大變化。長頂梁、二柱、四柱以及多柱四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架相繼問世。并且，為適應(yīng)底板不平，底座采用分離鉸接式結(jié)構(gòu)；對于松軟底板，為減小底板比壓，采用接觸面積較大的底座；為防止碎矸竄入采區(qū)，采用了各種防竄矸的掩護(hù)裝置。 進(jìn)入 70 和 80 年代，液壓支架又有了新的發(fā)展。頂梁不僅實現(xiàn)了 “立即前移支護(hù) ”，而且整個支架安裝了電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)微機(jī)控制與操作。 1981年杜賽爾多夫采礦展覽會上，展出了液壓連桿式液壓支架和具有液壓調(diào)高機(jī)構(gòu)的掩護(hù)式支架，并研制出采高為 6m的大采高支架及放頂煤支架；對于堅硬巖層設(shè)計了強(qiáng)力液壓支架等。 1.2 我國液壓支架的發(fā)展 1959 年 10 月，原北京礦業(yè)學(xué)院設(shè)計了三種液壓支架。 1961 年設(shè)計了 “本溪 - 型 ”支架，并制造出樣機(jī)進(jìn)行井下試驗。 1965 年北京煤炭科學(xué)院和鄭州充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 煤礦機(jī)械廠協(xié)作制造出仿英支架。 1973 年，北京 煤礦機(jī)械機(jī)械廠生產(chǎn)出第一套 BZZ 垛式支架，在陽泉礦務(wù)局使用。它是發(fā)展我國液壓支架的起點。從70 年代至今，光煤炭科學(xué)研究總院北京開采所共研制出 30 余種不同結(jié)構(gòu)型式的液壓支架。架型包括：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式，還有特殊采煤工藝用液壓支架，如放頂煤支架，水砂填充支架及端頭支架等。 總之，我國液壓支架是從 50 年代末開始著手研制，經(jīng)歷可研制試驗、引進(jìn)、仿制和改進(jìn)創(chuàng)新等階段，直到現(xiàn)在的獨立設(shè)計階段。目前，除液壓支架電液控制和支架計算機(jī)輔助設(shè)計與繪圖方面落后于國外，其他方面均以達(dá)到國外同期水平。 1.3 液壓支架的 用途、分類和結(jié)構(gòu) 1.3.1 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進(jìn)行，必須對頂板支護(hù)。而液壓支架是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高，移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠、是實現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。 1.3.2 液壓支架工作狀態(tài)及布置 圖 1-1 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(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、裝載機(jī)、乳化液壓站和油管等主要設(shè)備組成。 A-A 截面是采煤機(jī)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(jī)緊靠煤壁。采煤機(jī)割煤后，支架尚未前移時（ B-B 截面），端面距最大（等于采煤機(jī)截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后升柱支護(hù)新裸露頂板時，端面距又達(dá)到最?。?C-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(jī)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(jī)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。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 1-1 液壓支架在工作面布置示意圖 1采煤機(jī) 2液壓支架 3傳送帶輸送機(jī) 4轉(zhuǎn)載機(jī) 5刮板輸送機(jī) 6主進(jìn)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 1.3.3 液壓支架的分類 液壓支架分類方式很多，主要按照支架使用條件和結(jié)構(gòu)特點來分類。 1、 按使用條件分類 表 1-1 詳細(xì)表示了支架按使用條件分類情況。 表 1-1 按使用條件分類表 分類標(biāo) 準(zhǔn) 具體分為 使用高度 厚煤層一次采全高支架（ 3.5m） 中厚煤層支架（ 1.3m h 3.5m） 薄煤層支架（ 1.3m） 使用傾角 緩傾斜工作面支架（ 25） 傾斜工作面支架（ 25 45） 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 傾斜工作面支架（ 45） 采煤工藝 放頂煤支架 機(jī)械鋪（連）網(wǎng)支架 充填支架 使用地點 排頭支架 端頭支架 工作面支架 順槽超前支架 2、按主要結(jié)構(gòu)特點（表 1-2） 表 1-2 按主要結(jié)構(gòu)特點分類 分類標(biāo)準(zhǔn) 具體分為 分類標(biāo)準(zhǔn) 具體分為 調(diào)高機(jī)構(gòu) 四連桿式 控制方式 本架控制 單鉸點式 鄰架控制 擺桿式 成組控制和順槽 控制 配套方式 插腿式 組合方式 單架式 不插腿式 組合式 1.3.4 液壓支架結(jié)構(gòu)型式及特點 根據(jù)用途和在采煤工作面的安裝位置，液壓支架分為兩大類，即端頭支架和中間支架。 端頭支架安裝在采煤工作面兩端與順槽連接處。一般來說，它的頂梁較長，支護(hù)空間較大，具有較大的支撐力，并兼有支撐和錨固作用，其整體性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均較高。 中間支架安裝在除端頭支架以外的采煤工作面的全部作業(yè)位置。其作業(yè)是確保采煤工作面人員與設(shè)備的安全，并實現(xiàn) 頂板管理與支護(hù)以及采煤作業(yè)過程機(jī)械化。液壓支架的分類主要是對中間支架進(jìn)行分類。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 中間支架按其結(jié)構(gòu)及與圍巖相互作用方式可分為 :支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三大類，如圖 1-2。后兩類又統(tǒng)稱為掩護(hù)型液壓支架。 1.支撐式液壓支架 支撐式液壓支架是利用立柱與頂梁直接支撐和控制采煤工作面頂板的，沒有掩護(hù)梁。其頂梁較長，立柱較多，一般呈垂直布置，聯(lián)結(jié)著頂梁和底座，無法承受水平作用力，這是此種支架的最大弱點；靠立柱支撐頂梁來維持一定的工作空間；頂板巖石則在頂梁后部垮落。這類支架的特點是：具有較大的工作阻力和良好的切頂性能 ，通風(fēng)面積大；采區(qū)防矸不嚴(yán)密；由于頂梁較長，對頂板重復(fù)支撐次數(shù)多；適用于老頂來壓強(qiáng)烈的或直接頂穩(wěn)定和堅硬的頂板。 2.掩護(hù)式液壓 掩護(hù)式液壓支架是利用立柱、頂梁、及掩護(hù)梁來支撐頂板和防止頂板巖石涌入工作面。其頂梁較短，立柱較少，一般呈傾斜布置，聯(lián)結(jié)著頂梁和底座或掩護(hù)梁和底座；掩護(hù)梁直接與冒落的矸石接觸，靠其掩護(hù)作用來維持一定工作空間；頂板巖石則在掩護(hù)梁后部垮落。掩護(hù)式液壓支架的特點是 ： 調(diào)高范圍大，適應(yīng)煤層厚度變化的能力強(qiáng)， 由于掩護(hù)式液壓支架的這些優(yōu)點，目前它已經(jīng)成為世界各主要產(chǎn)煤大國研制和使用的重點架型 。 圖 1-2 液壓支架結(jié)構(gòu)型式 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 a) 支撐式 b) 掩護(hù)式 c) 支撐掩護(hù)式 1前探梁 2頂梁及其側(cè)護(hù)板 3掩護(hù)梁及其側(cè)護(hù)板 4前連桿 5后連桿 6底座 7立柱 8推移千斤頂 9平衡千斤頂 10操縱閥與控制閥 11 護(hù)幫機(jī)構(gòu) 12護(hù)幫千斤頂 13前梁千斤頂 14擋矸簾 3.支撐掩護(hù)式液壓支架 它利用支撐和掩護(hù)的雙重作用來維持一定的工作空間。這類支架的特點式：立柱較多，垂直支撐或立柱傾角較小，工作阻力大，切頂性能較好；采用掩 護(hù)梁，架間密封，擋矸掩護(hù)性能好；采用四連桿機(jī)構(gòu)，能承受側(cè)向力；適用范圍較寬 。 1.4 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程中，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，支架要實現(xiàn)升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的，如圖 1-3所示。 PO923468117121015圖 1-3 液壓支架工作原理 1-頂梁； 2-立柱； 3-底座； 4-推移千斤頂； 5-安全閥； 6-液控單向閥； 7、 8-操縱閥； 9-輸送機(jī)； 10-乳化液泵； 11-主供液管； 12-主回液管 1.4.1 支架升降和推移 當(dāng)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(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)充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 操縱閥 8處于降柱位置時，工作液體進(jìn)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(jī)是通過操縱閥 7和推移千斤頂 4來進(jìn)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(jìn)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(jī)為支點前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。 1.4.2 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。 初撐階段 在升架過程中，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，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。 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。 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越高。當(dāng)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(dāng)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。 1.5 液壓支架的組成 液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場頂板，維護(hù)安 全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。 1.5.1 支架的組成 液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點和與圍巖的作用關(guān)系一般分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式。根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為 4充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 個部分： 1、承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護(hù)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(hù)幫（或挑梁）裝置、伸縮梁（或插板）裝置、活動側(cè)護(hù)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。 1.5.2 液壓支架的支護(hù)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(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。 1、即時支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 移架 推溜。即時支護(hù)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(hù)方式。 2、滯后支護(hù) 一 般循環(huán)方式為：割煤 推溜 移架。滯后支護(hù)的特點是，支護(hù)滯后時間較長，梁端距大，支架頂梁較短?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。 3、復(fù)合支護(hù) 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(hù)的特點是，支護(hù)滯后時間短，但增加了反復(fù)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(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 1.6 采煤工作面液壓支架設(shè)計要求 為了滿足長臂工作面的生產(chǎn)要求對液壓支架提出了以下要求： 1.能有效的控制頂板。具體有這些要求 ： 能適應(yīng)頂板下沉、來壓及冒落的特性；能防支架前方與上方 冒頂；不應(yīng)出現(xiàn)陷底而影響性能與移架 。 2.保證安全的工作空間。具體要求如下：有寬敞的工作空間；能很好的充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 防矸、排矸；能良好的通風(fēng)、照明、通訊、防塵、防火 。 3.應(yīng)該適應(yīng)煤層地址條件變化。要求支架有足夠的調(diào)高范圍；適應(yīng)不平頂?shù)装濉⑴_階和斷層等條件；適應(yīng)煤層傾角變化 。 4.能夠保證正常的生產(chǎn)循環(huán)。也就是說應(yīng)保證正常移架、推溜；能與采煤、運(yùn)輸?shù)裙に嚋?zhǔn)確配合；運(yùn)輸，安裝，搬家方便；還得便于維修 。 5.最后對于投資者來說，應(yīng)該保證初期投資低、維修費用低。 1.7 本文所做的主要工作 畢業(yè)設(shè)計名稱： 掩護(hù)式液壓支架設(shè)計 參數(shù)如下： （ 1） 要求工作阻力 350t； （ 2）最小采高 2.5m； （ 3） 最大采高 4.7m。 本次設(shè)計主要工作如下：四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計、各個結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、各結(jié)構(gòu)件的受力分析及強(qiáng)度校核及支架 發(fā)展趨勢。 第二章 液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 2.1 支架高度和支架間距的確定 2.1.1 支架的高度和支架的伸縮比 一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。 由于我國急斜煤層煤層厚度都比較大，煤層厚度在 20 80m之間，所以按厚煤層高度的確定原則來確定該放頂煤液壓支架的高度。 max maxH =M（ 200 300） （ 2-1） min minH =M （ 300 400） （ 2-2） 式中：maxH 支架最大高度（ mm） ； minH 支架最小高度（ mm） ； maxM 最大采高（ mm） ； minM 最小采高（ mm） 。 本 設(shè)計最大 采高maxM 4500mm,取支架最大高度 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 maxH 4500 200 4700mm 本 設(shè) 計最小 采高 minM 2800mm,取支架最小高度 minH 2800 300 2500mm 支架 最大高度 與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。 支架的伸縮比指其最大高度與最小高度之比值。即： maxminHm=H (2-3) 代 入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 m=25004700=1.88 2.1.2 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線間的距離。按下式計算： c m 3b = B + n C（ 2-4） 式 中： cb 支架間距（支架中心距）； mB 每架支架頂梁總長度； 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 n =1；整體邁步式支架 n =2；節(jié)式邁步支架 ， n =支架節(jié)數(shù)。 支架間距cb要根據(jù)支架型式來確定，但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)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定，我國刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度為 1.5m,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 1.5m。 大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用 1.75m,輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 1.25m。 本次設(shè)計 取 支架的中心距為 1.5m。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為170mm 200mm。本次設(shè)計取支架頂梁的最小寬度為 1400mm,最大寬度為1570mm,亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?170mm。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2.2 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(shè)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應(yīng)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(hù)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 2.1m左右，支撐掩護(hù)式支架的底座長度取 4 倍的移架步距，即 2.4m左右。在這里取底座長度為 2.5m。 2.3 頂梁長度的確定 根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來確定頂梁長度 。 2.3.1 支架工作方式對支架頂梁長度的影響 支架工作方式對支架頂梁長度 有 很大影響。先移架后推溜方式（ 又稱 及時支護(hù) 方式 ）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（ 又稱 滯后支護(hù) 方式 ）要求頂梁長度較小。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機(jī)一個步距，以便采煤機(jī)過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護(hù)，因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距，一般為 600 mm 。這里，采用 滯后 支護(hù)方式。 2.3.2 頂梁長度計算 掩護(hù)式支架頂梁長度計算 頂梁長度 =配套尺寸 +底座長度 + 1cosAQ （ ）-1G cos P （ ）+300+e +掩護(hù)梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（ mm） (2-5) 式中 配套尺寸 參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊確定； 底座長度 底座前端至后連桿下鉸點之距 e 支架由高到低頂梁前端點最大變化距離； 1Q 、 1P 支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2800634450經(jīng)計算的支架頂梁長度為 3000mm. 2.4 四連桿機(jī)構(gòu)的確定 2.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 1梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點呈雙紐線運(yùn)動，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點運(yùn)動時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，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充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 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，也有一些缺點。首先，支架在工作過程當(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)對頂板產(chǎn)生一個水平力（又稱水平支撐力），因此對支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。 2.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的要求 1.支架 高度 在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖 2-1所示，頂梁端點運(yùn)動軌跡的最大寬度 e 應(yīng)小于或等于 70mm，最好為 30mm以下。 2.支架 在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q ，如圖 2-1所示，應(yīng)滿足如下要求：支架在最高位置時，P 52 62， Q 75 85；支架在最低位置時， 為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求 tanPW ，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù) W =0.3，則 P =16.7。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使P 25為宜。而 Q 角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降。一般取 Q 25 30，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下鉸點的高度。 3.從圖 2-1中可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點 e 和瞬時中心 O之間的連線與水平線夾角為 。設(shè)計時，要使 角滿足 tan 0.35 的范圍，其原因是 角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 4.應(yīng)取頂梁前端點運(yùn)動軌跡雙扭線向前凸的一段為支架工作段，如圖 2-1所示的 h 段。其原因為當(dāng)頂板來壓時，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時底板阻止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。 從以上分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計四連桿機(jī)構(gòu)的充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 運(yùn)動軌跡時，應(yīng)盡量使 e 值減小，取雙扭線向前凸的一段 為支架工作段。所以，當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長度后，從這個觀點出發(fā)，在設(shè)計時只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)用作圖法就可以了，如圖 2-2。 2.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計的主要方法有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。本設(shè)計鑒于各種方法的優(yōu)缺點，采用了 幾何作圖法 的方式來求解。 1.確定掩護(hù)梁上鉸點至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點至底座底面之距。 一般按同類型支架用類比法來確定。取掩護(hù)梁上鉸點至頂梁頂面之距為200mm，取后連桿下鉸點至底座底面之距為 240mm。 2.掩護(hù)梁和后連桿長 度的確定 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度。如圖 2-3所示 e1hPQoe= 30圖 2-1 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖 e充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 2-2 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖 2-3 掩護(hù)梁和后連桿 計算圖 其中： 一掩護(hù)梁長度， 后連桿長度， 2L e 點引垂線到后連桿下鉸點之距， 1H 一支架最高位置時的計算高度， 2H 一支架最低位置時的計算高度。 從幾何關(guān)系可以列出如下兩式 : 211 c osc os LQAPG (2-6) 222 c osc os LQAPG (2-7) (2-6)式和 (2-7)式聯(lián)立可得： 1212 c o sc o s c o sc o s QQ PPGA （ 2-8） 說明： 支架計算高度為支架高度減去掩護(hù)梁上鉸點至頂梁頂面之距和后連稈下鉸點至底座底面之距。 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，選定 Pl、 P2、 Ql、 Q2 代入 (2-8)式，可以求得 A/G 的比值。由于支架型式不同，一般 A/G 的比值按以下范圍來取。 掩護(hù)式支架： A/G 0.45-0.61 支撐掩護(hù)式支架： A/G 0.61-0.82 支架最高位置時的計算高度為： 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 111 s ins in QAPGH （ 2-9） 根據(jù) A/G 的比值和 (2-9)式可以求得掩護(hù)梁的長度 G 和后連桿長度 A，經(jīng)過取整后 ,重新算出 P1、 P2、 Q1、 Q2 的角度，這幾個參數(shù)就確定了。 3幾何作圖法作圖過程 用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部尺寸，具體作法如圖 2-4 所示。 圖 2-4 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 作圖步驟如下， (1)確定后連桿下鉸點 O 點的位置，使它大體比底座底面略高200250mm。 (2)過 O 點作與底座底面平行的水平線 H H 線。 (3)過 O 點作與 H H 線的夾角為 Q1 的斜線。 (4)在此斜線上截取線段 oa ， oa 長度等于 A， a 點即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點。 (5)過 a 點與 H-H 線的平行線有交角 1P 的斜線，以 a 點為圓心，以 G 為半徑作弧交此斜線一點 e ，此點為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點。 (6) 過 e 點作與 H-H 線的平行的 F F 線，則 H H 線與 F F 線的距商為 H，為液壓支架最高位置時的計算高度。 (7)以 a 點為圓心，以 (0.22-0.3)G 長度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點 b，為前連桿上鉸點的位置。 (8)過 e 點作 F F 線的垂線 (認(rèn)為液壓支架由高到低變化時， e 點在此直充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 線上滑動 )。 (9)在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點 e 。 (10)取 ee 線中間某一點 e ，為液壓支架降到此高度時掩護(hù)梁與頂梁的鉸點 (液壓支架由高到低變化時，頂梁前端點運(yùn)動軌跡為近似雙紐線，中間這一點的位置直接影響頂梁前端運(yùn)動軌跡的形狀、變化寬度等 )。 (11)以 o點為圓心， oa 半徑作圓弧。 (12)以 e 點為圓心，掩護(hù)梁長 ae 半徑作弧，交前圓弧上一點 a ，此點為液壓支架降到中間某一位置時，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點。 (13)以 e 點為圓心，掩護(hù)梁長 ae 為半徑作弧，交最前面圓弧上一點 a ，此點為支架降到最低位置時，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點。 (14)連接 ae 、 ae ，并以 a 點為圓心， ab 為半徑作弧，交 ea 上一點b 點；以 a 點為圓心， ab 長為半徑作弧，交 ae 上一點 b 點。則 b、 b 、 b三點為液壓支架在三個位