礦用液壓支架畢業設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 改造和革新技術裝備的進程 ,增加地下開采和露天開采的煤產量 ..地下開采是最復雜和困難的方法 ,但是 ,這種方法在工業比較發達的國家和以煤炭作為一次能源的地區 ,仍然普遍應用 ,而且 ,開采優質煤包括煉焦煤 ,都是采用地下開采的方法 . 綜合機械化采煤是煤炭工業的一次技術革命 ,從根本上改變了煤炭工業的面貌 ,綜合機械化采煤是 20 世紀人類科學發展的重要成果 .綜合機械化采煤技術在我國的研究試驗 ,使用 ,發展 ,徹底改變了我國煤炭工業的面貌 ,降低了工人的勞動強度 ,提高了產量 ,勞動生產率和企業效益 ,滿足了國民經濟建設對煤炭的需求 ,合理的集中生產簡化了生產系統 ,提高了生產安全性 ,我國綜采技術發展得 30 多年 ,使我國的煤炭生產技術水平跨進了世界先進行列 ,綜放技術躍居世界領先地位 . 工作面支護問題始終是困擾煤炭安全生產 ,產量和效率的重要問題 .以液壓支架為主要設備的綜合機械化采煤 (以下簡稱綜采 )的誕生和發展是煤炭生存發展史上的一次重大革命 .不僅從根本上改善了勞動和安全條件 ,也為工作面產量和效率的提高奠定了基礎 .但是綜采設備初期投資高 ,特別是液壓支架占綜采設備總投資約 60%,因此液壓支架的合理選用特顯重要。 30 多年來在液壓支架技術不斷發展中，形成了以煤炭總院專業研究所和骨干支架制造廠設計所為主的支架研究設計隊 伍，采用計算機 CAD 進行各種類型支架的設計，用有限元計算軟件等進行計算，并普及計算機繪圖。我國制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設計、選型和使用提供了有力的指導依據。制造方面形成以原部屬專業制造廠為主、機械工業部及船舶制造總公司等專業廠為輔的制造體系，以及以國家煤炭支護設備質量檢測中心為骨干的檢測隊伍。制定有關檢測標準 11 項，建立了各項支架檢測手段，造就了一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊伍；形成了研制液壓支架的雄厚基礎。不僅能滿足國內需求，還向美國。俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架和成 套綜采設備。 為適應我國煤礦綜采機械化的發展，國內綜采設備科研設計和制造企業已將研制開發出具有較先進技術水平的大功率電牽引采煤機、重型刮板輸送機、電液控制強力液壓支架和多點驅動大運力中國礦業 大學畢業設計（論文）說明書 2 帶式輸送機。配套設備的生產能力達到 1500~2500t/h，在適宜的煤層和礦井條件下，綜采動作面可實現年產 300 萬噸以上。 新型礦用單體支護設備，采用懸浮式液壓技術原理，生產礦用單體支護設備，技術水平達到了國家領先水平，填報了國際空白。 DWX 型液壓支柱的柱塞懸浮，密封脹緊，密封補償，無內泄漏，無圓弧焊縫等技術和安全特點，具有獨創 性。新型礦用單體支護設備的誕生，消除了五十年來國內外單體支護設備一直存在的內泄漏和圓弧焊縫脆斷等安全隱患問題。解決了深部煤礦開采沖擊地壓條件下回采工作面支護的關鍵技術，結束了有德國人發明的第二代單體設備的歷史，并將會長期使用下去。該產品普遍適用于煤礦回采工作面的頂板支護和端頭支護，可廣泛應用于薄煤層、中厚煤層和較厚煤層工作面，是煤礦重要支護設備。 近十年來主要的發展趨勢是向兩柱掩護式和四柱掩護式架型發展，架型結構進一步完善，設計方法更先進，參數向更高工作阻力、大中心距發展。液壓支架的另一個重大突破是控制系統 ，應用電液控制技術，采用電磁控制的先導閥，先進可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機技術，紅外線遙感技術等現代科技成果，使液壓支架的動作自動連續進行，移架速度大大提高，支架循環時間達到 6~8s。 我國自 1973 年開始大規模引進德國、英國等國家的綜采設備，經歷了消化、吸收和改進提高的過程，到目前已形成了較完整的設計、制造和科研體系，掩護式液壓支架和采煤技術已有了長遠發展。 采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤產量、提高經濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭增長的日益需要，必須 大量生產綜合機械化采煤設備，迅速增加機械化采煤工作面。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機械性質等不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效的支護和控制頂板，必須設計出不同類型和不同結構尺寸的液壓支架。因此液壓支架的設計工作非常重要。由于液壓支架的類型很多，由此其設計工作量也是很大的，由此可知，研制和開發新型液壓支架是必不可少的一個環節。 通過對液壓支架的理論學習，完成液壓支架的設計工作，加深對液壓支架工作原理、工作性能、工作環境及其結構的了解。通過對液壓支架結構的分析，加深和鞏固機械原理的相關內 容；通過對液壓支架受力的分析和強度的校核，加深對專業基礎課理論力學和材料力學及專業課機械設計相關內容的鞏固和理解。同樣通過對液壓支架的設計，能夠更好的認識國內外液壓支架的發展趨勢和發中國礦業 大學畢業設計（論文）說明書 3 現目前煤礦液壓支架主要存在的問題，從而為以后更深入的認識、了解和設計液壓支架打下良好的基礎。 通過自己獨立的完成畢業設計任務，提高理論聯系實際、分析問題和解決問題的能力，學會查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術文件的能力，進一步加強設計計算和制圖等基本技能的訓練，為自己成為一名出色的機械工程師打下堅實的基礎。 現代社會對人才提 出了更高的要求，作為一名當代的大學畢業生，不見你打好堅實的專業基礎，還應具備工程技術人才應有的綜合素質。為了適應這一發展趨勢，我們應立足變傳統的、僵化的、單純的畢業設計為培養主動學習、提高創新能、樹立團結協作精神、強化計算機運用等多為兼容性畢業設計；同時通過完成畢業設計，鍛煉學生解決實際工程問題的能力；在整個畢業設計的過程中，以我們的主動學習為主，教師適時指導為輔；將素質教育與畢業設計教學相融合，從根本上提高畢業設計的質量和水平。 中國礦業 大學畢業設計（論文）說明書 4 第二章 液壓支架基本理論分析 綜采工作面的布置和循環工作過程 綜合機械化采煤設備在工作面的布置情況如圖 21 所示，其中主要設備有：進行落煤和裝煤工作的滾筒式采煤機 1（也可用刨煤機）；完成工作面用煤工序的可彎曲刮板運輸機 5 和順槽運輸設備（轉載機 4 與可伸縮皮帶運輸機 3），用于支護頂板的工作面支架 2 和端頭支架 11，設在下順槽的乳化液泵站（包括乳化液 8 和乳化液箱 9），以及由乳化液泵站引入工作面的主進管 6 和回液管 7等。各種綜采工作面的布置方式基本相同，只是設備和使用條件的不同略有差異。上述各種設備在回采工作面中，按一定的生產工藝流程協調的進行工作，發揮著各自的效能。綜采工 作面的生產過程比較單一，只有采煤、移架、推溜三項主要工序，而這三項工序的組合，可以是采煤－移架－推溜也可以是采煤－推溜－移架。前者隨采煤機后緊接移架，及時支護頂板，稱及時支護方式。 后者推溜后在移架，稱滯后支護方式，現在以采用先移架，后推溜工作方式的總采面為例，說明他的循環工作過程（見圖 21）： 由圖 21 可知： AA 斷面表示采煤機截割前狀態，此時，運煤機緊靠煤壁，移架裝置處于伸出狀態，支架相對于運輸機退后一個步距。 BB 斷面表示采煤機截割后狀態，這時支 架頂梁端與煤壁之間的頂板裸露，需要及時支護。 CC 斷面表示采移架后狀態，采煤機截割后接著把支架移至緊靠運輸機的位置，并升柱撐緊，以便及時支護新暴露的頂板，移架步距一般 600mm，它必須與采煤機的截割深度相配合。 DD 斷面表示推移運輸機后狀態，隨著采煤機的不斷截割前進，滯后采煤機約 10～ 12m 左右，把運輸機推至煤壁前的新機道上。 中國礦業 大學畢業設計（論文）說明書 5 由此可知，這個綜采工作面的回采工藝流程是采煤、移架和推溜。沿工作面全長，每完成一個流程，即采煤機 割一刀 ，液壓支架和工作面運輸機前進一次，稱為一個循環。綜采工作面的生產過程，就是按此循環工作不斷進行的過程。 圖 21 綜合機械化采煤設備在工作面的布置情況 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。 液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。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 22)和支撐掩護式 (圖 23) 根據支架各部件的功能和作用，其組成可分承載結構件、 動力油缸、控制操縱元件、輔助裝置和工作液體五部分。 中國礦業 大學畢業設計（論文）說明書 6 圖 22 掩護式液壓支架結構 圖 23 支撐掩護式液壓支架結構 （ 1）承載結構件，如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。 (2) 液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。 (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性能 。 (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。 （ 5）工作液體：這是傳遞泵站能量，使液壓支架能有效工作的工作介質。液壓支架的工作液體是乳化液。 按支架和圍巖的相互作用分類 此時液壓支架可分為三類： （ 1）支撐式支架：它有較長的頂梁，較多的支柱，并呈垂直布置，支架的穩定性由支柱的復位中國礦業 大學畢業設計（論文）說明書 7 機構來保證，因此有堅固的箱式底座。它靠支柱與頂梁的支撐作用，控制工作面的頂板，維護工作空間，而頂板巖石則在頂梁后部切斷跨落。這種類型的支架具 有較大的支撐能力和良好的切頂性能，因此適應于頂板堅硬完整，周期壓力明顯或強烈，底板也較硬的煤層中。 （ 2）掩護式支架：它的頂梁較短，支柱一排，一般僅 1～ 2 根，多呈傾斜布置與掩護梁連接或直接與頂梁相連接。它靠支柱和頂梁支撐頂板，而掩護梁只與冒落矸石相接觸，防止矸石涌入工作面，以維護一定的工作空間。這種類型的支架，有良好的防矸掩護性能，主要適用于頂板中等穩定和破碎，底板也較軟的煤層中。 （ 3）支撐掩護式支架：支撐掩護式支架是介于支撐式和掩護式之間的一種架型。它的特點是，支柱兩排，每排 1～ 2 根，多呈傾斜布置，靠采 空區一側，裝有掩護梁和四連桿機構。這類支架靠支撐和掩護作用來維護工作空間，兼有支撐式和掩護式支架的優點，適用于頂板穩定和中等穩定，有較明顯的周期壓力，底板中等穩定的煤層中。 支撐式、掩護式和支撐掩護式等三類支架中，對照采煤工藝對支架的要求來看，掩護式支架具有很多特點和較廣的適用范圍。雖然掩護式支架單位工作面長度上的支撐能力不如其余兩種，但由于控頂距小單位面積上的支撐力較大，能對頂板進行有效的支撐；還有有效的擋矸裝置，能更好 的適應破碎頂板的支護需要；支架本身為一定的運動機構，抗水平力性能好，且便于支架前移； 支架的結構和液壓系數簡單，操作簡便，管理維修容易；支架調高范圍較大，對煤層厚度變化的適應性強。所以，掩護式支架在使用中已取的良好的經濟效果，使用范圍正在擴大。 按移動方式分類 液壓支架可分為兩類： （ 1）整體自移式：支架成整體結構，因而整體移動。掩護式，和部分支撐式支架，均采用這種移架方式。 （ 2）邁進式：邁進式支架又可分為交互前移式和提步前移式兩種。 ①交互前移式支架，是利用主副架護為著力點交互推拉前移的方式，架間安裝推移千斤頂和導向裝置。一般節式支架常用這種移架方式。 ②提步前移式支架，是采取 頂梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，蘇 2M81? 型支撐掩護式支架，移架時沿著支撐柱頂板的臨架頂梁推移。還有一種是滑行頂梁式支架，移架時本架頂梁在內部滑移。 ③根據使用地點的不同，液壓支架又可分為工作面支架和端頭支架兩類。 中國礦業 大學畢業設計（論文）說明書 8 上述各類支架均為工作面支架，用來支護工作面的頂板。端頭支架，則用在工作面兩端與順槽的連接處，由于此處的機械設備較多，需要占有的工作空間大，同時又是人員的安全出口，要求端頭支架能很好的和各設備相配合，達到有效的支護懸露面積較大的頂板。因 此，端頭支架在結構上具有特殊性。 （ 1）液壓支架自動移設的原理：液壓支架以高壓液體為動力，通過各種動力油缸的伸縮，使支架完成升起、降落、行走和推移運輸機等各種動作，以便支架隨工作面不斷推進而反復支撐、前移和調整。圖 24 是一個最簡單的液壓支架的工作系統示意圖。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作過程分別加以敘述。 圖 24 液壓支架工作原理 1頂梁 2 立柱 3 底座 4 推移千斤頂 5 安全閥 6 液控單向閥 7 、 8 操縱閥 9 輸送機 10 乳化液泵 11主供液管 12 主回液管 ①降柱：當旋轉式操縱閥轉到降柱位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經操縱閥和油管，進入支柱活塞桿腔，同時也進入液控單向閥的控制管路，打開液控單向閥，支柱活塞腔的油液經油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液管，支柱卸載下降。 ②移架：液壓支架卸載后，操縱閥轉到移架位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經操縱閥和油管進入到推壓千斤頂的活塞桿腔，同時也進入液控油路，打開液