畢業(yè)設(shè)計-支撐掩護式液壓支架設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 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，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初承力階低壓液體 升 降 推 移 1 2 3 4 5 6 高壓液體 圖 11 液壓支架工作原理 1 輸送機； 2 推移千斤頂； 3 立柱； 4 安全閥； 5 液控單向閥；6 操縱閥 圖 12 支架的工作特性曲線 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 段 ；支架初撐后，隨著頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架安全閥的調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力，此階段為增阻階段 ；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，是立柱下腔壓力超過的安全閥調(diào)正壓力值時，安全閥打開溢流，立柱下縮，是頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)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 。 設(shè)計 液壓支架 必須的參數(shù) 支架參數(shù) ： 支撐高度 ： (m)； 頂壓、煤層高度（即厚度）、煤層傾斜度、頂板性質(zhì)，底板強度及平整性、瓦斯含量、年產(chǎn)量 、配套尺寸 等。 ：頂壓是設(shè)計支架承載能力的依據(jù)，承載能力安全系數(shù)一般取 。 ：它與支架設(shè)計的最大支撐高度有關(guān)。若是中厚煤層 （ ～ 3． 5m） ，或較薄的厚煤層（ ～ ），一次采全高；或較厚的厚煤層（ 以上），分層開采，設(shè)計支架的最大支撐高度應(yīng)大于采高。 若厚煤層采用放頂煤開采方式，則支架設(shè)計的最大支撐高度只許大于采高即可。 3．煤層傾斜度：煤層傾斜角度過大時，支架應(yīng)設(shè)置防滑防倒裝置。 4．頂板性質(zhì)：頂板的性質(zhì)影響架型選擇。一般情況下，穩(wěn)定頂板選用支撐式支架；中等穩(wěn)定頂板選用支撐掩護式支架；不穩(wěn)定頂板選用掩護式支架。 5．底板強度及平整性：它與移架的順利與否有關(guān)。因此涉及到支架底座的結(jié)構(gòu)形式、底座作用于底板合力的位置（即與支架架型和支架整體結(jié)構(gòu)布局有關(guān)）和推移千斤頂設(shè)置形式等。 6．瓦斯含量：若瓦斯含量大，必須考慮支架的通風斷面也要大。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 7．年產(chǎn)量：年產(chǎn)量涉 及到采煤機的開采能力和運輸機的運輸能力（即選擇適當型號的采煤機和運輸機），因此設(shè)計支架的幾何參數(shù)也應(yīng)與之相應(yīng)配套 。 ：根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 第二章 液壓支架的 結(jié)構(gòu) 特點 及選型 支撐掩護式液壓支架 的整體結(jié)構(gòu) 圖 21 支撐掩護式液壓支架 液壓支架的各主要部件結(jié)構(gòu) 液壓支架的頂梁 支撐式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)形式如圖 22 所示。如圖 a 所示為整體剛性頂梁。頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好，但對頂板適應(yīng)性差。 2 1 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 圖 22 支撐式液壓支架的頂梁類型 1前 梁； 2后梁； 3尾梁； 4前梁千斤頂； 5前梁伸縮千斤頂 如圖 b， c 所示為鉸接式頂梁，由前梁和后梁組成，分別由前、后排立柱支撐。其中，b 為全鉸式，它能適應(yīng)支架頂梁上方前后頂板的變化，但當頂板出現(xiàn)凹坑時，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。半餃式頂梁如圖 c 所示，它克服了全鉸式的缺點，當中部頂板出現(xiàn)凸起時，使前、后梁向上翹；當頂板出現(xiàn)凹坑時，由于鉸接點下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。 如圖 d 所示為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接，在鉸接前梁處安裝有前梁千斤頂，用來支撐靠近煤壁處的頂板， 同時還可以使前梁上下擺角適應(yīng)頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。 為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護擋矸簾，還可以增設(shè)尾梁，如圖 e 所示。 如圖 f 所示為不帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂式頂梁伸縮，由于前梁可以及時伸出支護暴露的頂板，從而允許固定頂梁減小長度，也可以用前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 2．掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)型式如圖 23 所示 如圖 a 所示為平衡頂梁頂梁較短，與其下部的的掩護梁鉸接。因為它能在頂板凹凸變化時自取平衡，所以叫平衡式 頂梁，頂梁鉸接點前、后側(cè)面的比例接近于 2： 1（按載荷分布近似三角形設(shè)計）。這種頂梁后部和掩護梁形成三角區(qū)，易被冒落矸石堵住，影響支護效果。為此，在頂梁后部加設(shè)擋矸板。 如圖 b 所示為潛入式頂梁，頂梁后端為扇形結(jié)構(gòu)，掩護梁可潛入扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)，消除三角區(qū)。 如圖 c 所示為鉸接式頂梁，頂梁為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護梁鉸接，取消三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上。平衡千斤頂調(diào)節(jié)頂梁的接觸面積。 圖 23 掩護式液壓支架定量的類型 1頂梁； 2前梁； 3后梁； 4掩護梁； 5立柱； 6 限位千斤頂； 7 前梁千斤頂 如圖 d 所示 為帶前梁的鉸接式頂梁，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，可以提高前梁前端的支撐能力，改善前梁前端的支控效果。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 如圖 e 所示為帶伸縮前梁的鉸接式頂梁，可及時支護頂板，減少頂板的暴露時間 鉸接式頂梁加伸縮和擺動前梁，為如圖 d、 e 所示兩種型式的結(jié)合型，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，并在前梁內(nèi)加伸縮前探梁。 3．支撐掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 由于支撐掩護式液壓支架的結(jié)構(gòu)介于支撐式和掩護式液壓支架之間，所以，支撐掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)可采用前述諸種型式，但應(yīng)根據(jù)頂板條件來選取。 掩護梁的結(jié)構(gòu) 掩護梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)， 在掩護梁上上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座（有的支架在掩護梁上焊有立柱柱窩）。活動側(cè)護板裝在掩護梁的兩側(cè)。 從側(cè)面看掩護梁，有直線型，折線型兩種。如圖 24 所示。其中，如圖 a 所示為折線型，圖 b 為直線型。 折線型相對直線型支架斷面大，結(jié)構(gòu)強度高，但工藝性差，所以很少采用。 從掩護梁的寬度方向分，可分為整體式和相分式兩種。對分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強度較差。 (a) (b) 圖 24 掩護梁的結(jié)構(gòu)型式 1 頂梁； 2 掩護梁； 3 立柱； 4 前連桿； 5 后連桿； 6 底座； 7 限位千斤頂 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 底座 的結(jié)構(gòu) 1．底座的結(jié)構(gòu)型式如圖 25 所示，通常有 3 種類型。 1）整體式。整體式底座是用鋼板焊接成的箱式 結(jié)構(gòu)，整體性強，穩(wěn)定向好，強度高，不易變形，與底座接觸面積大，比壓小。 如圖 25a 所示的底座用于支撐式液壓支架，箱體高度大便于安裝復位裝置。 如圖 25b 所示的底座高度低，占用空間小，一般用于掩護式和支撐掩護式液壓支架。 2）對分式。為使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對分式。如圖 25c、 d 所示為前、后兩個底座的對分式，兩者通過銷軸與彈簧鋼板鉸接而成。如圖 25e 所示為左、右兩個底座箱的對分式，兩者用彈簧鋼板和銷軸連接。 3）底靴式。底靴式底座的特點是每根立柱支撐在一 個底靴上，立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷軸連接，如圖 25f 所示。它的結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，對地板的不平整適應(yīng)性強，但剛性差，與地板接觸面積小，穩(wěn)定相差，一般用于節(jié)式支架上。 各種型式的底座前端都制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。同時底座后部 的重力大 于前部，避免移架時啃底。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 (a) (b) (c)(f)(e)(d) 圖 25 底座的結(jié)構(gòu)型式 a、 b 整體式底座； c、 d、 e 對分式底座； f 底靴式底座 底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。在整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少 底座后部與底板的接觸面積，增加底座后部的比壓，同時有利于排矸。 2．底座立柱柱窩上要開槽的原因：由于底座立柱柱窩的形狀為半球體，為防止底座立柱柱窩內(nèi)存有煤粉和積水，所以在柱窩上開一個槽或鉆一個孔，便于消除積水和煤粉。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 立柱 立柱按動作方式分為單作用和雙作用立柱；按結(jié)構(gòu)分為活塞式和柱塞式立柱；按伸縮方式分為單伸縮和雙伸縮式立柱，如圖 26 所示。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 圖 26 立柱類型 a 單作用活塞式； b單作用柱塞式； c雙作用活塞式； d、 e、 f雙伸縮 2．幾種立柱的動作原理 1）單伸縮立柱的動作原理 單 伸縮單作用活塞式或柱塞式立柱，靠液壓力伸柱，靠自重或彈簧力降柱。單伸縮雙作用活塞式立柱，靠液壓力伸柱和降柱。當下腔進液上腔回液時伸柱，反之為降柱。 2）雙伸縮立柱的動作原理 雙伸縮立柱動作原理如圖 27 所示 當高壓液進入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，如圖 27a 所示。 當中缸全部伸出后中缸下腔壓力增加，當壓力增加至超過底閥彈簧調(diào)正壓力時，底閥打開，高壓液進入上柱下腔，上柱上腔液體經(jīng)中腔上部小孔排出，使上柱伸出，如圖27b 所示。降柱時如圖 27c、 d 所示。 當高壓液進入中缸上腔，下腔回液，中缸下降；當中缸 降到底時，一方面底閥被缸內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 15 底頂開，另一方面中缸上孔正對立柱上部進液孔，如圖 27c 所示。 立柱上部進液孔經(jīng)中缸小孔進入上柱上腔，下腔液體經(jīng)底閥從立柱下部孔回液，上柱下降，如圖 27d 所示 (a)(b)(c)(d) 圖 27 雙伸縮立柱動作原理 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 液壓支架的選型 液壓支架的選型原則 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適合礦井和工作面的條件，投產(chǎn)后能夠做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件進行選擇。 1．液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板。一般情況 下可根據(jù)頂板的級別直接選出架型。 2．當煤層厚度超過 時，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強的支架，一般不宜選用支撐式支架。 3．當煤層厚度達到 ～ 以上時，需要選擇有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架，煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大、帶有機械加長桿或雙伸縮立柱的掩護式支架。 4．應(yīng)使支架對地板的接觸比壓不超過地板允許的抗壓強度。在地板較軟條件下，應(yīng)選用抬地板裝置的支架或插腿掩護式支架。176。 5．煤層傾角小于 10176。時，液壓支架可以不設(shè)防倒防滑裝置。傾角在 10176。～ 15176。（支撐式液壓 支架取下限，掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架取上限）以上時，應(yīng)選用帶有防滑裝置的液壓支架。傾角在 18176。以上時，應(yīng)選用同時帶有防滑防倒裝置的液壓支架。 6．對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》要求，并優(yōu)先選擇通風面積大的支撐式或支撐掩護液壓支架。 7．當煤層為軟煤時，支架最大高度一般應(yīng)≤ ；中硬煤時，支架最大高度一般≤；硬煤，支架最大高度＜ 5m。 8．同時允許選用幾種架型時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架。支撐式液壓支架最便宜，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 17 其次是掩護式液壓支架，最貴為支撐掩護式液壓支架。 液壓支架的選 型過程 1．確定直接頂和基本頂類別 1)頂板分類 （ 1）直接頂分類 我國將緩傾斜煤層回采工作面的直接頂分為四類： 一．不穩(wěn)定頂板即破碎頂板，很容易冒落，冒落能基本充滿采空區(qū)。泥質(zhì)頁巖、再生頂板等屬于這一類。 二．中等穩(wěn)定頂板：這類頂板強度較高，但由大量節(jié)理裂隙，局部較完整，厚度不大，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般支護設(shè)備前移后隨即冒落。砂質(zhì)頁巖、粉砂巖等直接頂屬于這一類頂板。 三．穩(wěn)定頂板即完整頂板：不易發(fā)生局部冒落。砂巖頂板、堅硬的砂質(zhì)頁巖頂板屬于這一類頂板。 四．堅硬頂板：極難冒落的砂巖、堅硬砂質(zhì)頁巖等屬于 這一類頂板。 表 21 基本頂級別 基本頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 基本頂來壓 不明顯 明 顯 強 烈 極強烈 指 標 N=3～ 5 ＜ N≤ 3～ 5 LP=25～ 50 0,3＜ N≤ 3～ 5 LP＞ 50 N≤ N≤ LP＞ 50 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 18 注： N 應(yīng)根據(jù)采煤工作面所在位置的地質(zhì)柱狀圖中的 M 和 h 來計算。 LP 可根據(jù)現(xiàn)場實測或礦壓顯示特征確定。 表 22 直接 頂級別 類 別 指 標 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 不穩(wěn)定頂板 中等穩(wěn)定頂板 穩(wěn)定頂板 堅硬頂板 主要指標 強度指數(shù) D1 l=3 l≤ 8