液壓支架總體及底座設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 液壓支架總體及底座設計畢業論文1 緒論 液壓支架現狀液壓支架的設計、制造和使用，從1954年英國研制成功了液壓支架發展到現在，已經基本成熟，它已經形成了能適應各種不同煤礦地質條件的各類液壓支架。從液壓支架的形式來看，由支撐式液壓支架發展到掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架；從支架的質量來看，有輕型液壓支架、中型液壓支架和重型液壓支架；從支撐高度來看，有薄煤層液壓支架、中厚煤層液壓支架和厚煤層液壓支架，其中厚煤層液壓支架又分煤層一次采全高液壓支架和中間液壓支架。所以從液壓支架的現狀來看，由過去的手工設計、制造和使用發展到全部計算機程序設計。總之，隨著時代的發展和進步，液壓支架設計、制造和使用，將越來越完善、安全、可靠。我國液壓支架經過30多年的發展，盡管取得了顯著的成績，在雙高礦井建設中出現過日產萬噸甚至班產超萬噸的記錄，但總體水平與世界先進采煤國家仍存在一定差距。在支架架型功能上我國與國外相差無幾，有些地方特別是特厚煤層用的放頂媒支架，鋪網支架，兩硬煤層的強力支架、端頭支架還有獨到之處，但國產液壓支架技術含量偏低，電液控制閥可靠性差，所用鋼材的耐壓能力一般為16MPa，最好的屈服極限才700MPa，液壓系統壓力在35MPa以下，流量在200L/min以內，供液管直徑25～35mm，回液管直徑25～50mm，最快移架速度為10～12s/架，工作阻力更是相對較低。新型液壓支架普遍具有微型電機或電磁鐵驅動的電液控制閥，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，為減少割媒時間，～1m截深。支架還采用屈服強度800～1000MPa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40～50MPa，額定流量400～500/min可實現工作面成組或成排快速移架，移架速度達到6～8s/架。 液壓支架的發展趨勢目前國內外在液壓支架的設計、制造和使用中，新產品在不斷的改進和研制中，下面做簡單介紹。1) 前連桿設油缸的液壓支架2) 沿頂板移架的液壓支架3) 適應特種條件下的液壓支架(1) 特厚煤層一次采全高液壓支架(2) 新型放頂煤液壓支架(3) 水采支架(4) 重型支架(5) 新型端頭支架(6) 大傾角工作面支架4) 液壓支架結構設計方向(1) 輕型化(2) 標準化(3) 材質強化(4) 高壓化5) 操縱自動化能適應無人采煤工作面的需要，設計遠程操作的新型全自動液壓支架。今后，握我國的液壓支架的設計將朝技術含量大、鋼板強度高、移架速度快(6～8s/架)和電液控制閥的方向發展，對有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力，盡量采用整體可靠推桿和抬底座機構，并減少千斤頂數量。另外，將普遍采用額定壓力為40MPa、額定流量為400L/min的高壓大流量乳化液泵站，以適應快速移架的需要：系統采用環形或雙向供液，保證支架有足夠的壓力達到初撐力，保證支架接頂位置準確。兩柱掩護式支架的比重將大大增加，缸的直徑將增至360mm，端頭支架，輕放多用途支架將被廣泛采 液壓支架的組成、分類及支護方式 液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護設備，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業空間，推移工作面采運設備。其組成可分為4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。其主要功能是實現支架的各種動作，產生液壓動力。 3) 控制元部件，包括液壓系統操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件等。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、連接件等。這些裝置是為實現支架的某些動作或功能所必需的裝置。 液壓支架的分類液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。1) 液壓支架按其結構特點和與圍巖的作用關系—般分為三大類，即支撐式、掩護式(圖11)和支撐掩護式(圖12) 圖11 掩護式液壓支架結構 圖12支撐掩護式液壓支架結構Figure 11 Coverhydraulic support structure Figure 12 Support for the cover of the hydraulic support structure2) 液壓支架按在采煤工作面的安置位置分，端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面所有位置的支架。中間液壓支架按其結構形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護式和支撐掩護式。(1) 支撐式支架，支撐式支架是出現最早的一種架型，按其結構和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架（圖13 a）和節式支架（圖13 b）兩種結構型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機連接并互為支點整體前移。節式支架由2～3個框節組成，移架時，各節之間互為支點交替前移，輸送機用于支架相連的推移千斤頂推移。節式支架由于穩定性差，現已基本淘汰。支撐式支架的結構特點是：頂梁較長，其長度多在4m左右；立柱多，一般是4～6根，且垂直支撐；支架后部設復位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內。支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復支撐的次數多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩定性差；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。此種支架在現階段的綜采工作面的生產時都已基本不再采用。(a) 垛式支架 (b) 節式支架圖13支撐式支架結構形式Figure 13 Support stent structure(2 ) 掩護式支架（如圖11），其主要由前梁、主梁、掩護梁和側護板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。 它的結構特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區矸石進入作業空間，其掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護梁形成四連桿機構，以保持穩定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護式支架的立柱較少，除少數掩護式支架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，以增加支架的調高范圍，支架的兩側有活動側護板，可以把架間密封。通常頂梁較短。 掩護式支架的支護性能是：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，所以支護強度較大、且均勻，掩護性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復支撐的次數少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業空間和通風斷面小。由上可知，掩護式支架適用于頂板不穩定或中等穩定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。(3 ) 支撐掩護式支架（如圖12），其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優點的基礎上發展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護式支架的結構特點和性能，可適應各種頂底板條件。此種支架的優點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩定性好，應用范圍廣。它的缺點是：結構復雜，成本較高。支撐掩護式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾或后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都是直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護梁上而前排立柱支撐在頂梁上。(4) 特種液壓支架，特種液壓支架是為了滿足某些特殊的要求而發展起來的液壓支架，在結構形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。 液壓支架的支護方式綜采工作面的主要生產工序有采煤、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—般循環方式為：割煤一移架一推溜，工作面“三機”的配套關系。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) 滯后支護一般循環方式為：割煤一推溜一移架。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?？捎糜诜€定、完整的頂板。3) 復合支護—般循環方式為：割煤一支架伸出伸縮梁一推溜一收伸縮梁一移架。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?？蛇m用于各種頂板條件，但支架操作次數增加，不能適應高產高效要求，目前應用較少。 液壓支架的工作原理及工作特性液壓支架在工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高壓乳化液通過工作性質不同的幾個液壓缸來實現完成的。如圖14所示圖14 液壓支架工作原理Figure 14 Hydraulic support principle1頂梁 2立柱 3底座 4推移千斤頂 5安全閥 6液控單向閥8操縱閥9輸送機 10乳化液泵11主供液管12主回油管1) 升柱當需要支架上升支護頂板時。高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁接觸頂板。2）降柱當需要降柱時，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。3）移架移架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的活塞桿腔，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。4）推溜當需要推運輸機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂的活塞腔，另一腔回液，以支架為支點，是活塞桿伸出，把運輸機推向煤壁。 液壓支架工作特性圖15 液壓支架的工作特性曲線Figure 15 Hydraulic support the work of curvet0初撐階段 t1增阻階段 t2恒阻階段 P1初撐力 P2工作阻力 支架上升時，其支撐力隨時間的變化分如下三個基本階段：1）初撐階段支架在升柱時，高壓液進入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的夜控單向閥關閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初撐階段t0，此時支架對頂板的支撐力為初撐力。支架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、增加其穩定性和保證安全生產的關鍵。一般采用提高泵站工作壓力的辦法來提高初撐力，以免立柱的缸徑過大。2）承載增阻階段支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直到增加到支架的安全閥調正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力。此階段為增阻階段t1。3）恒阻階段隨著頂板壓力繼續增加，使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調正值時，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當低于安全閥壓力調整之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調整壓力的限制下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。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定壓力決定的。支架的工作阻力標志著支架的最大承載能力。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。支架的工作阻力是支架的一個重要參數，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。因此，常用單位支護面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護強度來表示支架的支護性能。2 液壓支架總體設計 液壓支架的選型老頂為Ⅱ級；直接頂為1類；~（1）架型選擇的依據正確選擇液壓支架的架型，對于提高綜采工作面的產量和效率，充分發揮綜采設計的效能，實現高產高效，是一個很重要的因素。在具體選擇架型時，首先要考慮煤層的頂板條件。表21是根據國內外液壓支架的使用經驗，提出了各種頂板條件下適用的架型，它是選擇支架的主要依據。（2） 架型選擇應考慮的因素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定性。～ (軟煤層下限，硬煤層上限)時，應選用抗水平推力強且帶護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。當煤層厚度變化較大時，應選用調高范圍大的支架。因此本次設計應選用抗水平推力強且帶護幫裝置的掩護式支架。2) 煤層傾角煤層傾角主要影響支架的穩定性、傾角大時易發生傾倒下滑等現象。當煤層傾角大于10176?！?5176。時，應設防滑和調架裝置，當傾角超過18176。時，應同時具有防滑防倒裝置。3) 底板性質底板承受支架的全部載荷，對支架的底座影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架地做的結構和支撐面積。選型時，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板允許比壓（對于砂巖底板，～，）表21支架架型確定參數Table 21 stenttype set parameters老頂級別IIIIIIIV直接頂級別12312312344支架類型掩護式掩護式支撐式掩護式掩護式或支撐掩護式掩護式支撐掩護式支撐掩護式