礦用液壓支架的設計-液壓支架的設計(doc畢業設計論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 30s 的升柱和切撐供液時間。 關于液壓支架初撐力問題存在的原因以及解決這—問題的方法和途徑，一些文獻從不同的角度給予了大量的探討。文獻指出泵站實際調定壓力較低只有一定的波動、遠距離供液壓力損失嚴重、頂底板不平反浮煤和浮殲的影響、不能保證液壓支架的初撐時間以及多人操作或多架同時操作等因素是導致液壓支架初撐力本足不均的主要原因；而增大大校直徑和數目、提高泵站壓力、采用雙供液系統、監油工作面支護質量、增設韌撐力保證閥等提高切撐力的方法相措施都存在著一定的不足。為了提高移架速度，就很難保證初撐時間，從而不能保證初撐力達到規定要求。可見提高移架速度和提高液壓支架初撐力之間存在著矛盾。 電液控制技術在液壓支架上的應用能夠提高液壓支架的自動化程度和移架速度(將不同工序或不同支架的操作時間間隔縮短到最小程度)，能夠實現定壓初撐和遠距離程序控制等功能。帶壓移架控制系統可以以實現液比支架卸載扣移架工序的同步化相自動化，改善了液壓支架的支護特性和控頂效果，消除了液壓支架的升降行程，故在一定程度上可提高移架速度。二柱掩護支架因立柱數目少、操作簡便、侈架速度快等優點，在國內外得到了廣泛的應用。然而平衡干斤頃及其連接耳座的損壞問題一直沒有得到很好的解決。初撐增壓閥的研究和開發，可用于解決初撐力問題，同時有助于解除高壓力和大流量的制約關系。但體積和重量過大、在支架上難以設置等因素，是初撐增壓閥難以得到應用的根本原因。 電液控制技術、帶壓移架控制系統、初撐增壓閥的研究和應用，旨在改善液壓支架的支護特性、提高移架速度和初撐力。二柱掩護支架的大量使用也是與該架型移架速度快有關。由此可見，移架速度和初撐力問題是研究和設計液壓支架及其液壓系統的核心問題。要從根本上解決這兩個相互制約的核心問題，還需要從研究液壓支架及其液壓系統的動態特性為突破口。基于液壓支架在國內外的發展狀況和研究動態，設計人員認為研究液壓支架及其液控系統的動態持性，分析決定液壓支架支護持性二核心要素(移架速度和切撐力)之間的動態關系，解除大流量與高壓力的相互制約關系是亟待解決的重大問題。 液壓支架的發展動向近幾年來，為適應采煤綜合機械化的發展需要，液壓支架獲得了迅速的發展，出現了很多類型，據統計，它的結構形式已經達到數百種。每種支架的支柱從一根到八根，支撐力從 50噸到 800 噸，支架的適應煤層厚度的范圍從 到 米，以至更厚的煤層，適應煤層傾角由到 ，甚至 左右 。在緩傾薄及中厚煤層中，液壓支架已經獲得了廣泛的應用，但是0?4570?由于煤層賦存條件復雜，支架的結構還不夠完善，設備還需要管理和操作經驗，所以液壓支架的使用范圍受到限制。為了改進支架的支護性能，提高它對礦山地質條件的適應性，擴大使用范圍，延長使用壽命，目前液壓支架有下列幾方面的發展動向：1 大力發展掩護式和支撐掩護式支架，對其他型式的支架，應用逐漸機減少。1976 年國際采礦設備展覽會展出的 89 種液壓支架中，有 80%是掩護式支架，這些支架的主要特點是：采用四連桿機構，使梁斷和煤壁之間的距離基本保持恒定；支柱支在頂梁上，提高了支架的工作阻力；頂梁和掩護梁鉸接，取消了兩者間易被鉛石阻塞的三角區；掩護梁和頂梁的主梁部分均裝設側護板，提高了支架的防護能力；采用整體自移式，便于支架操作和實現自動控制。2 液壓支架的進一步發展，是著重解決擴大使用范圍的問題。目前，各國正在研制大傾角、大采高、大截深和薄煤層支架，并使支架和菜煤機更好的配合。近幾年來，國外正在研制一次截深 米左右或一次采高 米的液壓支架。同時，為擴大支架適應的高度范圍，廣泛采用雙伸縮式支柱。3 采用高壓乳化液泵，以提高支架的初撐力，很多國家使用的泵站壓力已達到 300 公斤/以上。2厘 米4 為了簡化支架管路系統和便于安全操作，開始采用“多芯管”先導式鄰架控制的操縱方式。5 為了加快支架的移設速度，進一步改善操作條件，支架控制正在向自動控制方向發展。目前，分組程序控制已經開始使用，全工作面的自動控制和處在研究階段。 液壓支架的工作原理液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液（這里采用水包油型乳化液）作為動力由液壓操作系統，控制系統，液壓油缸和金屬構件組成。來自泵站的高壓乳化液，經主進液管送到工作面，并與每架支架的進液截止閥相連導入支架，再經過組合操縱閥配液到各液壓缸，以完成支架所需的各項動作。從支架回流的低壓乳化液通過組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環使用。支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂底板之間支撐頂板。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結構件的強度及撐在支架頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當頂板壓力超過立柱安全閥限定壓力時，安全閥開啟釋放出立柱中的液體進行讓壓，當頂板壓力下降到立柱工作阻力時，安全閥關閉進行保壓承載。 支架的組成液壓支架主要由金屬結構件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。（1） 金屬結構件主要有頂梁、掩護梁、前梁、上連桿、前連桿、后連桿、底座、側護板、護幫板等。（2） 缸主要有雙作用雙伸縮立柱、推移千斤頂、側護千斤頂、前梁千斤頂等。（3） 液壓控制元件主要有液壓控制閥、操縱閥、雙向鎖、安全閥、截止閥等及液壓輔助元件等。 液壓支架主要結構件及其作用 頂梁頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結構，以滿足強度和剛度要求。其主要作用是：（1） 接頂板巖石及煤的載荷；（2） 反復支撐頂煤，可對比較堅硬的頂煤起破碎作用；（3） 隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。本支架采用分段組合式頂梁結構（剛性頂梁＋伸縮前梁），強度高，對頂板維護較好；另外，在頂梁前部還布置有起吊耳，可方便吊掛較小的機件。 掩護梁1－護幫板耳座；2－側推千斤頂座；3－側護板；4－側推千斤頂；5－前連桿耳座；6－后連桿耳座；7－護幫千斤頂耳座；8－彈簧筒； 9－插板千斤頂耳座圖 2－1　掩護梁掩護梁分別與底座和掩護梁千斤頂，其主要作用有：（1） 承受下部頂板傳給的水平分力和側向力，增強支架的抗扭性能；（2） 掩護梁與掩護梁千斤頂，保證支架的穩定性；（3） 阻擋后部落煤，維護工作空間。 底座底座是將頂板承受的壓力通過立柱傳遞到底板并穩定支架的主要結構件。該支架設計為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓。該型底座的缺點是在推移機構外易積存浮煤碎矸，要求及時清理。底座結構如圖 22 所示 型限位塊 6 后柱窩 圖 2－2 底座其主要作用是：（1） 將上方載荷傳遞給底板，為立柱、推移裝置及其他輔助裝置提供安裝空間；（2） 給工作人員創造良好的工作環境；（3） 保證支架的穩定性。 四連桿機構前、后連桿分別與上連桿和底座鉸接，共同形成四連桿機構，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜。鑄后要進行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強度和韌性。對于后連桿，由于不僅受到冒落矸石的載荷，還要承受頂板的水平推力，所以要求它有較大的強度。圖 23 前連桿圖 24 后連桿四連桿機構的作用四連桿機構是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要部件之一。其作用概括起來主要有兩個，其一是當支架由高到低變化時，借助四連桿機構使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。為了掌握四連桿機構的設計方法，必須正確理解四連桿機構的作用。下面通過四連桿動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。這些幾何特征是四連桿機構動作過程的必然結果。，如下圖所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度 e 應小于或等于 70mm，最好為 30mm 以下。Oope，頂梁與掩護梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q，如圖所示，應滿足如下要求：支架在最高位置時，P≦52176。～62176。，Q≦75176。～85176。；支架在最高位置時，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 tg﹥w，如果鋼和矸石的摩擦系數 W=，則 P=176。為了安全可靠，最低工作位置應使 P≧25176。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≧25176。～30176。，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。 31 可知，掩護梁與頂梁鉸點 e′和瞬時中心 O 之間的連線與水平夾角為⊙。設計時，要使⊙角滿足 tg⊙≦ 的范圍，其原因是⊙角直接影響支架承受附加力的數值大小（在后面有詳細討論）。，如圖所示的 h 段。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，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，有利于移架。水平力的合力也相應減小，所以減輕了掩護梁的外負荷。從以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設計四連桿機構的運動軌跡時，應盡量使 e 值減小，取雙紐線向前凸的一段為支架工作段。所以，當已知掩護梁和后連桿的長度后，從這個觀點出發，在設計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構，運用作圖法就可以了，如圖所示（實際上液壓支架四連桿機構屬雙搖桿機構） 推移機構圖 15　推移框架 支架的推移機構包括推桿、連接頭、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸送機和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機相連，另一端通過推移千斤頂與底座相連，推移連桿除承受推拉力外，還承受一定的側向力防止底座的下滑。 液壓支架的架型根據支架的結構特點與支護型式，液壓支架有三種基本架型（1） 支撐式支架支撐式支架立柱較多，均呈直立狀態，項梁較長，立柱頂梁與底座構成一多鉸點的矩形結構。這類支架的工作阻力較大，支撐合力位于后部，切頂能力強，架型空間較大。但框架結構不夠穩定，承受側向力的能力較差。適用于直接頂穩定和堅硬老頂周期壓力明顯或強烈的頂板，不適用于破碎頂板。支撐式支架有垛式和節式兩種。（2） 掩護式支架掩護式支架都有掩護梁擋住采空區矸石，立柱較少，均呈傾斜布置，頂梁較短，立柱可斜支在底座與頂梁或掩護梁之間。頂梁、掩護梁與底座構成半封閉式結構，將頂板、采空區與工作面空間隔開。這類支架的工作阻力較小，切頂能力較弱，架型空間較小，但支架的防護性能較好。適用于破碎和中等穩定直接頂（1～2 類），老頂壓力不明顯的頂板（Ⅰ～Ⅱ級）。有直支式和間支式兩種。（3） 支撐～掩護式支架支撐～掩護式支架兼有支撐式和掩護式支架的結構特點，均為四柱式，立柱可直立或斜支在頂梁或掩護梁上，相當于支撐式與掩護式的組合，以支撐為主，掩護為輔。這類支架的工作阻力、切頂項能力均介于上述二者之間，但由于有掩護梁，其掩護性能與穩定性均較好，適用于直接頂穩定和中等穩定（2～4 類），周期壓力明顯（Ⅱ～Ⅲ）的頂板。 液壓支架的選型 液壓支架結構類型的優選根據以往液壓支架設計的經驗總結，考慮到不同架型　和機構的支架――圍巖力學相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點，可以對掩護式與支撐掩護式結構進行比較。（1） 液壓支架的力學特征綜述（見表 31）表 31 不同結構液壓支架的力學特征比較支架型式 結構特征 主要力學特性支掩式二支柱掩護式 支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大掩護式支頂式 二柱支頂掩護式支架承載力大，穩定性好，底座尖端比壓較大，對頂板的主動水平力較大，前端支撐力大支頂支掩 四柱（或三柱） 穩定性好，抗水平力強，比壓均勻，但支柱能力利用率低四柱 X 型 頂梁合力調節范圍大，伸縮比大，承載力高支撐掩護式支頂式四柱支撐掩護式承載力大，切頂能力強，比壓較均勻 液壓支架的架型選擇原則在選擇液壓支架時既要保證對工作面頂板實現可靠的支撐，又要避免過大的設備投資，導致不必要的浪費。因此，液壓支架的正確選型對于工作面經濟效益關系重大。液壓支架架型的選擇，主要取決于液壓支架的力學性能是否適用礦井的頂底板條件和其它地質條件。在同時允許選用幾種架型時，應優先選用價格便宜的支架，支承式支架最便宜，其次為掩護式。支承式支架適合于穩定頂板。掩護式支架適合于中等穩定和一般破碎的頂板。支承掩護式支架適合于周期來壓強烈，中等穩定和穩定頂板。在綜采工作面支架選型時，還應注意下述四點原則：（1） 對于不穩定和中等穩定頂板，應優先選用二柱掩護式支架。但在底板極松軟條件下，必須嚴格驗算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強度。在此條件下，通常應避免使用重型支架。（2） 對于非常穩定和穩定的難垮落頂板和周期來壓強烈和十分強烈的頂板，應優先考慮選取四柱支撐掩護式支架。（3） 眾所周知，三點決定一個平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對頂板的實際支撐力很低，因而二柱式掩護支架支撐能力利用率高于四柱式。即二柱式支架對頂板的實際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機道上方頂板的支護強度。（4） 在不穩定頂板條件下使用四柱式支架應注意對機道上方的頂板控制，包括增加前任阻力及可伸縮前梁等。 影響架型選擇的因素液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質、技術和設備條件的限制，因此，以上因素都會影響到支架的選型。液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據頂板的級別，由表 315 見《綜采技術手冊》（上冊）中直接選出架型。（1） 煤層厚度① 當煤層厚度超過 ，頂板有側向推力和水平推力