液壓畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

開題報(bào)告：液壓支架的開發(fā)一、概述1.1目的意義：通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)、機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程中所學(xué)理論知識(shí)的能力；強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的獨(dú)創(chuàng)性和實(shí)用性，培養(yǎng)和提高設(shè)計(jì)者獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力，為今后適應(yīng)工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件，煤層厚度、煤層傾角、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(gè)環(huán)節(jié)。在過去的半個(gè)多世紀(jì)中，煤礦井下開采支護(hù)設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用發(fā)生了巨大變化。其中，最引人矚目的是世界范圍內(nèi)廣泛采用液壓支架作為長(zhǎng)臂開采支護(hù)工程的主要設(shè)備。從采煤設(shè)備的發(fā)展過程來看，采用液壓支架管理頂板是當(dāng)代采煤技術(shù)史上一次重要的變革，也是煤礦現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。液壓支架作為綜合機(jī)械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備之一，其重量約占綜合采煤設(shè)備總重量的80%~90%，其費(fèi)用約占綜合采煤設(shè)備總費(fèi)用的60%~70%。因此，為了降低成本提高采煤的經(jīng)濟(jì)效益，世界各主要產(chǎn)煤大國(guó)都一直在積極地開展液壓支架的研究。1.2國(guó)內(nèi)外基本研究概況：1.2.1國(guó)內(nèi)液壓支架技術(shù)現(xiàn)狀我國(guó)在1964年由太原分院和鄭州煤機(jī)廠設(shè)計(jì)70型邁步式自移支架，從此開始了液壓支架的國(guó)產(chǎn)化道路。1984年，北京開采所、沈陽所、鄭州煤機(jī)廠在沈陽蒲河礦進(jìn)行我國(guó)第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗(yàn)，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(guó)產(chǎn)液壓支架得到了全面的發(fā)展，到1998年止，全國(guó)己建成88處高產(chǎn)高效礦井，其中14處礦單個(gè)工作面的單產(chǎn)達(dá)15.72萬噸/月，原煤生產(chǎn)人員效率達(dá)9.16噸/工，綜采機(jī)械化水平達(dá)49.32%，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。30多年來在液壓支架技術(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)n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。1.2.2國(guó)外液壓支架研究現(xiàn)狀80年代以來，世界主要采煤國(guó)家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、降低成本、實(shí)現(xiàn)礦井集中生產(chǎn)做努力，人們積極開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)，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(jī)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)的電液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機(jī)裝有紅外線傳感裝置，立柱缸徑超過400mm。為減少割煤時(shí)間，一般采用0.8~1m的截深。支架還采用屈服強(qiáng)度800~1000MPa的鋼板，既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能。隨著長(zhǎng)壁工作面長(zhǎng)度的不斷增加，為適應(yīng)快速移架的需要，國(guó)外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為40~50MPa，額定流量400~500L/min，并實(shí)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(dá)到6~8s/架。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(hù)式支架，支架的平均工作阻力為7640kN。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護(hù)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5000~6000噸。1.2.3國(guó)產(chǎn)液壓支架與國(guó)外差距目前國(guó)產(chǎn)液壓支架與世界上先進(jìn)國(guó)家的差距主要表現(xiàn)在支架的整體可靠性、材料結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和液壓元件等幾個(gè)方面。(1)可靠性的差距我國(guó)目前的大部分支架的可靠性與國(guó)外差距比較大。例如神華進(jìn)口的支架，工作面的開機(jī)率達(dá)到90%以上，年產(chǎn)達(dá)到10MT，支架大修周期為產(chǎn)煤15MT以上。而我國(guó)目前綜采工作面開機(jī)率平均為50%左右。支架大修周期平均產(chǎn)煤量在4～5MT左右。但最近我國(guó)自主開發(fā)的ZFS6800/18/35放頂煤支架年產(chǎn)煤量已達(dá)到8MT。(2)控制系統(tǒng)方面目前世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家支架的控制系統(tǒng)已廣泛采用電液控制系統(tǒng)，例如美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)已普遍采用。電液控制系統(tǒng)技術(shù)在這些國(guó)家中已經(jīng)非常成熟，支架的移架速度非常快，可達(dá)8s/架，可以跟上采煤機(jī)13m/min的速度。我國(guó)目前液壓支架采用電液控制系統(tǒng)的數(shù)量很少，絕大部分為手動(dòng)。目前我國(guó)共有17套支架采用電液控制系統(tǒng)，絕大部分為進(jìn)口設(shè)備，其中神華神東公司9套，晉城、鐵法各2套全部為引進(jìn)設(shè)備，開灤2套為國(guó)內(nèi)天瑪公司生產(chǎn)的。在控制系統(tǒng)方面我國(guó)與國(guó)外的差距較大。我國(guó)目前絕大部分液壓支架仍采用手動(dòng)控制，移架速度一般為15～20s/架，可以跟上采煤機(jī)6～7m/s的速度。手動(dòng)控制與電液控制相比，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，自動(dòng)化程度低，速度慢、支護(hù)效果差。(3)液壓元件方面我國(guó)液壓元件的研發(fā)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于液壓支架發(fā)展的需要。液壓支架的可靠性主要依賴于液壓元件的可靠性，液壓支架在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用是否成功，關(guān)鍵在干液壓元件的技術(shù)性能是否達(dá)到要求。國(guó)外目前多采用大流量安全閥、液控單向閥、截止閥、初撐力保持閥及立柱快速回液閥，對(duì)液壓元件的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸、材料選擇、熱處理方法和表面處理等各方面進(jìn)行了深入的研究與開發(fā)，研制出一批密封性能好、靈敏度高、進(jìn)排液能力大、抗沖擊載荷強(qiáng)的各類液壓元件，以適應(yīng)液壓支架工作性能的要求。而我國(guó)對(duì)此類液壓元件研發(fā)較為滯后，目前仍沿用上個(gè)世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，沒有形成液壓元件通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口控制閥的差距也是很明顯的，主要表現(xiàn)在操縱閥和安全閥。目前我國(guó)支架上用的操縱閥的流量為200～400L/min，與國(guó)外相差不大，但壽命和可靠性方面相差較大。德國(guó)的操縱閥壽命可達(dá)5萬次，而我國(guó)的只有5000次。安全閥與國(guó)外無論是流量還是壽命差距都很大。國(guó)外安全閥流量可達(dá)1000L/min，壽命是我國(guó)的4～5倍。此外，目前我國(guó)支架上的立柱千斤頂?shù)拿芊馊Υ蟛糠秩詾橄鹉z件，聚胺酯密封件使用量較少，而國(guó)外的密封圈已全部采用聚胺酯材料，橡膠件與聚胺酷相比壽命相差4～5倍。液壓閥國(guó)外一直使用銅合金閥殼和高強(qiáng)度不銹鋼閥芯，我國(guó)則是45鋼加表面熱處理。在加工工藝上：國(guó)外油缸內(nèi)壁是復(fù)鍍，國(guó)產(chǎn)則為不鍍，導(dǎo)致立柱在使用過程中過早出現(xiàn)斑點(diǎn)，劃傷等密封漏液現(xiàn)象，影響支護(hù)效果。(4)制造工藝方面①深孔液壓缸加工工藝缸徑國(guó)外已達(dá)到Φ400～Φ500mm，而國(guó)內(nèi)剛完成最大為Φ400mm缸徑的液壓支架。國(guó)外對(duì)Φ200以下深孔實(shí)現(xiàn)10m長(zhǎng)一次性加工，并根據(jù)需要切割，國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)為3m。國(guó)外多采用熱墩技術(shù)加工液壓缸，即把金屬加熱至比流動(dòng)狀態(tài)低50～100℃時(shí)，用萬噸水壓機(jī)沿軸向反復(fù)墩沖加工，成型的缸筒即有完整的缸底(不需再焊)，同時(shí)對(duì)缸口一般擴(kuò)孔成型，給缸口加工創(chuàng)造條件。國(guó)內(nèi)基本上采用推鏜,珩磨或滾壓加工缸筒后焊接缸底的工藝方法。在加工精度方面，國(guó)外一般比國(guó)內(nèi)高一至二級(jí)。②結(jié)構(gòu)件加工工藝國(guó)外液壓支架的結(jié)構(gòu)件選材已普遍使用優(yōu)質(zhì)板材，其屈服強(qiáng)度σs=700~1000Mpa。因此，采用預(yù)熱后用高強(qiáng)度氬弧焊接施焊，焊后再進(jìn)行回火工序。為了減少數(shù)控鋼板的下料變形，多采用水下切割技術(shù)。同時(shí)，鋼板本身的綜合性能也高于國(guó)內(nèi)。國(guó)內(nèi)目前選用鋼板的屈服強(qiáng)度最高為σs=800Mpa，而大部分仍采用σs=400~600MpaMPa級(jí)別板材。在焊接工藝中采用CO2氣體保護(hù)焊接.。國(guó)外對(duì)大批量定型結(jié)構(gòu)采用機(jī)器人焊接，提高效率，保證質(zhì)量，減少人的體力勞動(dòng)二、設(shè)計(jì)過程2.1預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)本課題主要是液壓支架的主要設(shè)計(jì)過程。其中包括：液壓支架的總體設(shè)計(jì)、主要零部件的設(shè)計(jì)以及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2.2液壓支架原理圖2-1液壓支架工作原理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；（1）支架升降當(dāng)操作閥處于升柱位置時(shí)，從乳化液泵站來得高壓液體通過操縱閥液控單向閥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。（2）支架推移支架的前移和推移輸送機(jī)是通過操縱閥和推移千斤頂3來進(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。2.3擬解決的關(guān)鍵問題1、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2、受力分析3、強(qiáng)度計(jì)算4、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.4研究思路和方法首先根據(jù)設(shè)計(jì)題目明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解液壓支架的工作原理原理、功能、工作環(huán)境以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，理清設(shè)計(jì)思路和確定方向，擬定初步設(shè)計(jì)方案。其次根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定參數(shù)和技術(shù)要求對(duì)支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、支架液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)等要合理，滿足生產(chǎn)要求，制造過程不易復(fù)雜，生產(chǎn)成本低廉，制造過程安全，便于廣泛應(yīng)用批量生產(chǎn)。對(duì)于支架各部分的結(jié)構(gòu)，要經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核。要滿足可靠性設(shè)計(jì)，使用周期長(zhǎng)等要求。在設(shè)計(jì)過程中要按照制定的工作流程，運(yùn)用各種方法和多門學(xué)科知識(shí)。在支架本體各部件設(shè)計(jì)時(shí)，擬定詳細(xì)方案，認(rèn)真分析其功能，明確個(gè)部分的結(jié)構(gòu)。通過本次設(shè)計(jì)把所學(xué)各學(xué)科充分融會(huì)貫通在一起，最終完成設(shè)計(jì)任務(wù)。三、課題研究進(jìn)展計(jì)劃1、第七學(xué)期17周布置和明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集相關(guān)設(shè)計(jì)資料。2、1~3周查閱相關(guān)資料，完成方案設(shè)計(jì)。3、4~5周完成開題報(bào)告。4、6~11周對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。5、12~15周撰寫學(xué)位論文。6、16周熟悉答辯流程，進(jìn)行論文答辯。四、主要參考文獻(xiàn)[1]張家鑒陳享文伊長(zhǎng)德編著，《液壓支架》，煤炭工業(yè)出版社。1985年[2]蔣國(guó)安郭福君羅大炎編著，《液壓支架》，山東科學(xué)技術(shù)出版社。1980年[3]邢福康劉唐編著，《煤礦支護(hù)手冊(cè)》，煤炭工業(yè)出版社。1991年[4]徐濪編著，《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社。1992年[5]王國(guó)彪饒明杰編著，《液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)模擬分析》，機(jī)械工業(yè)出版社。1994年[6]雷天覺編著，《液壓工程手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社。1990年[7]高秀華鄧洪超等編著，《機(jī)械三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仿真技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社。2003年3月[8]王國(guó)法等編著，《液壓支架技術(shù)》，煤炭工業(yè)出版社。1999年[9]煤炭部煤炭科學(xué)研究院編著，《綜采設(shè)備配套圖側(cè)》。1983年[10]宋錦春等編著，《液壓與氣壓傳動(dòng)》，科學(xué)出版社。2006年[11]ShiYuanwei,ResearchontheInteractionBetweenRoofStrataandShieldSuppons,16thConferenceonGroundCont