掩護式液壓支架設計說明書_畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 板，保證合理的下沉量。 (2) 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力 ，推溜力一般為 100kN 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，后煤層一般為 300kN～ 400kN。 (3) 防矸性能要好。 (4) 排矸性能好。 (5) 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風面積，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 (6) 為了操作和生產的需要，要有足夠寬的人行道。 (7) 調高范圍要大，照明和通訊方便。 (8) 支架的穩定性要好，底座最大比壓要小于規定值。 (9) 要求支架有足夠的剛度，能承受事實上不均衡載荷 和沖擊載荷。 (10) 滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。 (11) 要易于拆卸，結構要簡單。 (12) 液壓元件要可靠。 液壓支架 設計的基本參數 1． 頂板條件 根據老頂和直接頂的分類，對支架進行選型。 2． 最大和最小采高 根據最大和最小采高，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 根據瓦斯等級，按《煤礦安全規程》規定，驗算通風斷面。 4． 底板巖性及小時涌水量 根據底板巖性及小時涌水量驗算地板比壓。 5． 工作面煤壁條件 根據工作面煤壁條件決定是否用護幫裝置。 華北科技學院畢業設計（論文） 第 15 頁 共 65 頁 6． 煤層傾角 根據煤層傾角決定是否選用防滑裝置。 7． 井向罐籠尺寸 根據井向罐籠尺寸考慮支架的運輸外形尺寸。 8． 配套尺寸 根據配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 16 頁 共 65 頁 第 3 章 液壓 支架總體結 構設計 液壓支架的選型 設計的原始條件 煤層厚度： H＝ ～ ；頂設條件老頂 II 級、直接頂 II級，底板平整，無影響支架通過的斷層。工作面配套設備：采煤 機 MXA300/，刮板輸送機 SGZ－ 730/320。煤層傾斜角小于 15度，支護強度、底板抗壓強度、泵站壓力、安全閥調定壓力 40MPa。 影響選 架型的因素 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。當煤層厚度大于 ～ （軟煤取下限，硬煤取上限 ） 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。 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、下滑象。當煤層傾角大于10? ～ 15? 時，應設防滑和調架裝置，當傾角超過 18? 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構和支承面積。選型時，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓 (對于砂巖底板，允許比壓為 ～ ，軟底板為 左右 )。 4. 瓦斯涌出量 對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風斷面應滿足通風的要求，選型時要進行驗算。 5. 地質構造 地質構造十分復雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在 5～ 8 2m和 20min 以下時，暫不宜采用液壓支架。 6. 設備成本 在滿足要求的前提下，應選用價格便宜的支架。 華北科技學院畢業設計（論文） 第 17 頁 共 65 頁 支架架型的確定 從架型的結構特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接頂類別和老頂級別的不同，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，要對支架的支撐力、采煤高度與承載的關系進行分析，使支架的支撐力能適應頂板載荷的要求。 根據煤層厚度 ～ ，屬于中厚煤層。支架的適應高度為 ～ 老頂 II級、直接頂 II級，底板平整，無影響支架通過的斷層，根據表 31初步選定為掩護式兩柱液壓支架。 表 31支架架型的選擇 注：①括號內的數字是掩護式支架的支護強度。表中所列支護強度在選用時，可根據本 礦情況老頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類型 掩護式 掩護式 支撐式 掩護式 掩護或支撐掩護式 支 撐 式 支撐掩護式 支撐掩護式 掩護或支撐掩護式 掩護或支撐掩護式 支撐式 采高小于 時 支撐掩 護式 采高大于 時 支架支護強度 MPa 采高m 1 ? ? 2? 0.249 應結合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區 2 （ ） ? （ ） ? 2? 0.343 3 （ ） ? （ ） ? 2? 0.441 4 （ ） ? （ ） ? 2? 0.539 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 18 頁 共 65 頁 允許有 5%? 的波動范圍。 ②表中 、 、 2分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級老頂的分級增壓系數；Ⅳ級老頂給出最低值 2，選用時可根據本礦實際確定適宜值。 液壓支架基本參數的確定 初撐力 初撐力的大小是相對于支架的工作阻力而言的，并與頂板的性質有關。較大的初撐力可以使支架較快地達到工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩定性。對于不穩定和中等穩定頂板，為了維護機道上方的頂板，應取較高的初撐力，約為工作阻力的80%。 移架力和推溜力 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100KN 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300kN～ 400kN。 支架的調高范圍和伸縮比 支架高度的確定原則，應根據所采煤層的厚度，采區范圍內地質條件的變化等因素來確定，其最大與最小高度為： 1ShH mm ?? （ 31） ??? ???? 2ShH nn （ 32） 取 mmH m 3500? ； mmH n 1500? mmhhHH m 2 9 4 04 0 01 6 03 5 0 0211 ??????? mmhhHH n 9 4 04 0 01 6 01 5 0 0212 ??????? 式中 mH — 支架最大高度 nH — 支架最小高度 1H — 支架最高位置時的計算高度 華北科技學院畢業設計（論文） 第 19 頁 共 65 頁 2H — 支架最低為之時的計算高度 1h — 掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距；取 160mm 2h — 后連桿下鉸點至底座底面之距；取 400mm mh — 煤層最大采高 nh — 煤層最小采高 S1 — 偽頂冒落 的最大厚度，一般取 ～ 2S — 頂板最大下沉量，一般取 100～ 200mm a — 移架時支架的最小可縮量，一般取 50mm ?a — 矸、浮煤厚度，一般取 50mm 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： nmHHm? （ 33） 代入數據得 m=。 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： 3cmb B n C? ? ? （ 34） 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或框架數，整體自移式 支 架 。 支架間距 bc 要根據支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節溜槽 。 式支架外，支架間距一般為 。 本次設計 取 支架的中心距為 。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度 。 寬度的確定應考慮支架的運輸安裝和調架要求 。支架頂梁一般裝有活動側護板，側護板行程一般為 170～ 200mm。 當支架中心距為中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 20 頁 共 65 頁 時，最小寬度一般取 1400～ 1430mm， 最大寬度一般取 1570～ 1600mm。 底座長度的確定 底座是將板壓力傳遞到底板和穩固支架的部件。在設計支架的底座長度時，應考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要小；支架內部應有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩定性等。通常，掩護式支架的底座長度職 倍的移架步距 (一個移架步距為 )，即 左右；支撐掩護式支架的底座長度取 4倍移架步距，即 左右 。本次設計取底座長。 四連桿機構的設計 四連桿機構的作用與缺點 1. 梁端護頂 鑒于四連桿機構可使托梁鉸接點呈雙紐線運動，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當梁端距處于允許值范圍之內時，借此可以保證梁端頂板維護良好。 2. 擋矸 鑒于組成四連桿機構的掩護梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區內破碎巖石所賦予的載荷，掩護梁一般做成整體箱形結構，具有一定強度。由于它處在隔離采空區的位置，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構承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。 4. 提高支架穩定性 鑒于四連桿機構將液壓支架連成一個重量較大的整體，在支架承載階段，其穩定程度較高。 四連桿機構在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。首先，支架在工作過程當中，四連桿機構必須承受很大的內力，從而導致支架結構尺寸的加大和重量的增加；其次，華北科技學院畢業設計（論文） 第 21 頁 共 65 頁 由于四連桿機構對頂板產生一個 水平力（又稱水平支撐力），因此對支架的工作性能將產生不良影響 。 四連桿幾何特征 四連桿幾何特征 如下 ： 1. 支架高度在最大和最小范圍內變化時，頂梁端點運動軌跡的最大寬度 70e? mm，最好為 30mm 以下； 2. 支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q，應滿足如下要求： 支架在最高位置時， ooP 62~52? ， 即 ～ 弧度； ooQ 85~75? 即 ～ 弧度 ；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梁上，根據物理學摩擦理論可知，要求 WtgP? ，如果鋼和矸石的摩擦系數 ?W ，則 ?? 。為了安全可靠，最低工作位置應使 ??25p 。 3. 后連桿與掩護梁的比值，掩護式支架為 I =～ ；支撐掩護式為 I = ～。前后連桿上絞點之距與掩護梁的比值為 I?1 ～ 。 4. 掩護梁與頂梁鉸點和瞬時中心 ? 之間的連線與水平線夾角為 ? ,設計時要滿足 ?? ，原因是θ角直接影響支架承受附加力的數值大小。 5. 應取頂梁前端點運動軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖 31 所示的 h段。 圖 31四連桿機構幾何特征 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 22 頁 共 65 頁 其原因為當頂板來壓時，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。同時底板阻止底座向后移，使整個支架產生順時針轉動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護力，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減小，所以減輕了掩護梁的外負荷。 四連桿機構各部尺寸的 確定 1. 四連桿機構各 部參數 四連桿機構各 部參數 如圖 32 所示 ，圖中的 1H 為支架在最高位置時的計算高度。令 ： oa2 =A ； ab =B ； bc =C ； cd =D ； 2od=E ； 39。ae =G ； 39。eb =F ； 1Jo =S ； 39。Je =L ； A IG? ； 39。ab Iae?1 ； tan? =SL =U 圖 32四連桿機構參數圖 確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點至底座地面的距離。一般同一類型的支架采用歐冠類比法來 確定。在結構允許的條件下，掩護式液壓支架盡量取大些，支撐掩護式液壓支架盡量取小些。