毕业设计（论文）-ZZ7200-23-38型液压支架设计

ZZ7200/23/38型液压支架摘 要采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。液压支架主要由以下几个基本部分组成：顶梁，掩护梁和四连杆机构，侧护板，底座，立柱，千斤顶。设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。在支撑掩护式的设计过程中，底座、液压系统和立柱等结构件的设计是重点。本论文介绍了液压支架的结构，类型，工作原理，特点，目的及要求，对支撑掩护式液压支架作了详尽的分析和介绍，讲述了这种支架的方案和用途。关键词：液压支架 立柱 底座 四连杆机构AbstractThe comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country , raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining. Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle. In the design course that the type of supports cover type, the design of canopy and caving shield and props is key. This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support. Keyword: Hydraulic support column foundation 4 linkage mechanisms目 录第一章 概述1第一节 国内外液压支架的发展状况1第二节 国内外液压支架的差异3第三节 液压支架的发展趋势4第二章 液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理5第一节 液压支架的类型及基本特点5一 支撑式液压支架5二 掩护式液压支架6三 支撑掩护式液压支架7四 特殊用途的液压支架8第二节 液压支架的选型10一 工作面支架10二 端头支架11第三节 支撑掩护式液压支架工作原理11第三章 液压支架的整体结构尺寸设计14第一节 设计目的，要求及必要的基本参数14一 设计目的14二 设计要求14三 设计液压支架必需的基本参数15四 液压支架设计的原始条件15第二节 液压支架的整体结构设计16一 底座选择与设计16二 顶梁的选择与设计16三 推移装置的选择与设计17四 立柱的选择与设计17第三节 液压支架基本技术参数的确定19一 支护高度19二 支护面积20三 支护强度20四 底板平均接触比压21五 立柱主要参数确定21六 泵站压力的确定22第四节 液压支架四连杆机构的确定23一 四连杆机构的作用23二 四连杆机构的几何作图法25三 几何作图法作图过程26四 四连杆机构的优选设计法28第五节 支架的主要结构及其作用29第六节 液压系统30一 液压系统的主要特点30二 液压系统的基本要求31第七节 支架在设计中突出的特点33第四章 液压支架的受力分析34第一节 液压支架的受力分析与计算34一 对顶梁进行受力分析35二 对掩护梁进行受力分析36三 顶梁载荷分布37四 支护强度39五 支护效率39第二节 液压支架受力的影响因数40一 立柱倾角对承载能力的影响40二 tan值对支架承载能力的影响40三 支架承载能力随高度的变化40四 摩擦系数的影响41第五章 液压支架的使用、维护及常见故障及其排除方法42第一节 支架的运输和工作面安装42一 支架在地面和井下的运输42二 支架在工作面的安装42第二节 支架的操作和维护42一 对支架操作维护的要求42二 支架的操作注意事项43三 支架的维护和管理43四 注意事项及警示44第三节 常见故障及其排除方法45一 结构件和连接销轴45二 系统及液压元件46三 立柱46四 支架的操作中出现故障47结束语54参考文献55英文文献56中文翻译62致 谢65前 言综合机械化采煤是煤矿技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。实践证明大力发展综合机械化采煤，研制和使用液压支架是十分关键的。我国60年代初制造出支撑式液压支架，至今已能成批制造两柱掩护式和四柱支撑掩护式支架，这些系列化一般用于缓倾斜中厚煤层及厚煤层分层开采。我国煤矿中使有的支架类型很多，按照支架采煤工作面安装位置来划分有端头支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面上所的位置的支架。目前使用的液压支架分为三类。即：支撑式液压支架、掩护式液压支架、支撑掩护式液压支架。从架型的结构特点来看，由于架型的不同，它的支撑力分布和作用也不同；从顶板条件来看，由于直接类别和老顶级别的不同，支架所承受的载荷也不同，所以为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力承载力的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。本设计论文：巷道高度度在2.6米到3.5米，老顶级别为、级，直接顶类别为一类的支撑掩护式液压支架的设计。其架型特点支柱两排，每排2根，多呈倾斜布置，装有掩护梁和四连杆机构。安的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定。在设计过程中，得到了指导老师闫永红副教授的关心和大力帮助，才得以顺利完成，在此表示衷心的感谢。同时，此设计有的内容尚需进一步在实践中验证，加之本人水平所限，设计中有不足之处，敬请指导老师批评指正。v第一章 概述20世纪50年代中期，随着科学技术的不断发展，一种用于变革煤炭开采工艺新技术，新装备的综合机械化采煤技术出现了。从1954年在英国诞生了第一个综采工作面后，综采技术就不断得到发展和完善，在世界范围内得到广泛的应用，成为煤炭工业技术发展的方向。到1970年英国已装备700个综采工作面，德国已装备400个综采工作面，其综采程度均达到90%以上。随后综采技术在日本、波兰、法国、前苏联等主要4产煤国家得到进一步的推广应用，同时也被向来以房柱式连续采煤机开采为主的美国、澳大利亚和南非等国家所采用。第一节 国内外液压支架的发展状况作为综采工作面关键设备的液压支架，经历了几个阶段的发展过程。50年代英国研制的垛式支架和法国研制的节式支架代替了木支架、金属摩擦支架、液压支架，开辟了采煤工作面支护设备的技术革命；60年代前苏联研制并改进的OMKT型掩护式支架（具有四连杆机构），从根本上解决了支架梁端距变化大且不能承受水平力的问题，开辟了液压支架设计的新时代；70年代主要是“立即支护”方式；80年代以来，为提高生产率和降低成本，在液压性能和自动化程度有了大幅度提高。如美国、澳大利亚的大部分长壁工作面都采用了电液控制技术，可对液压支架的各种动作功能进行多种方式的程序控制和性能监测。90%以上的美国长壁综采工作面使用了电液控制两柱掩护支架，其额定工作阻力最高可达9800kN，初撑比为0.7-0.85，移架循环时间大多小于10s。80年代以来，世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本、实现矿井集中生产做努力，他们积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的新一代重型液压支架的研制。新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm。为减少割煤时间，一般采用0.8lm的截深。支架还采用屈服强度800 1000Mpa的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为4050Mpa，额定流量400500L/min，可实现工作面成组或成排快速移架，达到68s/架。美国是世界上最先进的采煤国家，早在1990年就已采用额定压力50MPa、额定流量478 L/min的乳化液泵站，以实现支架快速推进，移架速度达68s/架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架，使用寿命810年，可用率高达95%98%。支架平均工作阻力6470KN（最大为9800KN），支架宽度普遍增大，中心距达到1. 75m，并向2m发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。如洛斯公司20英里矿在250 X 5280m长壁综采面用工作阻力为28565KN电液控制两柱掩护式支架，1997年6月产商品煤90.43万吨，成为世界上首次月产商品煤近百万吨的工作面；1995年9月，糜鹿矿用工作阻力为8900KN电流控制的两柱掩护式支架，月产煤达到60. 11万吨。美国综采工作面最高日产超7万吨，最高工效1336t/工。澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产，使用两柱掩护式支架，支架的平均工作阻力为7640KN。如尤兰矿用电液控制的两柱掩护式支架，在1995年8月8日创下澳大利亚有史以来日产3.41万吨的最高记录，班产一直保持在5000-6000t。英国也在大力发展两柱掩护式支架，工作阻力有了很大提高，达到50006000KN。我国从1958年开始设计掩护式支架，从1964年开始由专门研究室全面开展架型及阀类的攻关，1970年在山西大同首次全工作面装备了TZ-140型垛式液压支架。至70年代中期，研制了QY型掩护支架和ZY35型支撑掩护支架。80年代以来，开发了适用于坚硬顶板的大吨位TZ-720型支架，分层开采自动铺联网支架、放顶煤液压支架及大流量安全阀和操纵阀等。到目前为止，适于我国高产高效的国产液压支架有20余种架型，其中用于缓倾斜中厚煤层和缓倾斜厚煤层的各占一半。适用于缓倾斜厚煤层高产高效的液压支架分为机械化铺联网支架、一次采全高支架和放顶煤支架三大类。近年来，我国采煤综合机械化的水平有所提高，随着综合机械化采煤技术的不断发展和新型大功率采煤机、工作面输送机的出现，要求支架与之相配套，但若支架的控制系统不作相应的改进，是满足不了这一要求的。到目前为止，我国国产液压支架的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式，虽然具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点，但它存在严重缺点：工人劳动条件差，安全性差；移架速度慢，影响采煤机效率的发挥；通风条件差，支架故障率高；支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关系。液压支架实现自动控制后，就可有效地克服上述缺点，实现对支架的电液控制，而且有多种控制方式可供选择，人员可在较安全的地方集中对整个工作面的支架进行远程控制或程序控制。现在国外的普通综采工作面液压支架已实现了微机红外线电液自动控制，可成组、成排地向前移架，额定供液压力达到40MPa，流量300L/min4150 L/min，供液管径100mm120mm，移架速度超过了10组/min。而国产液压支架还是中低压小管径供液，人工手动操作。现场实际统计，前移一组支架大约需1 min。最大的支架供液压力不超过32Mpa，供液管径25mm30mm，流量在150L/min200L/min。二柱掩护式液压支架的工作阻力780 t，架宽1.5m，采用PM4型红外线电液控制系统，由采煤机微电脑远距离控制，支架立柱直径超过400mm，移架速度10组/min。第二节 国内外液压支架的差异1.液压支架制造技术水平落后, 在支架材料、加工工艺、性能和使用寿命等方面与世界先进国家相比还有很大差距。(1) 德国支架结构件材料ST52 ,屈服极限500MPa ,前苏联的更高。我国基本长期使用16Mn ,屈服极限350 MPa 左右,近年来只有少数支架构件的部分材料用高强度钢板。(2) 支架液压系统的阀类使用的是乳化油,防锈蚀的要求很高,国外一直使用铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯,我国是45 钢加表面防腐处理。(3) 国外密封材料的寿命大于5年 ,我国只有2年左右。(4) 国外的支柱和千斤顶缸体内壁是复镀,我国是不镀,使立柱出现麻斑、划伤、密封漏液等现象,影响支护效果。(5) 美国的支架耐久性实验要求是 45 000 次,我国 7 000 次。以上这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用,但在国内高产、高效工作面及国际上是没有竞争力的,综采工程技术人员普遍认为目前我国支架的工艺技术水平尚未达到1979 年引进的100 套支架的技术水平,可想落后人家远不止30年。2液压支架控制系统的研究处于落后状况,严重制约了支架移架速度的提高和综采经济效益发挥西方主要产煤大国始终把支架控制系统作为提高整个综采经济效益的重要方面来抓。20 世纪60年代采用手动直控操作系统;20 世纪70 年代初即开始重视液压支架液压先导控制的研究;20 世纪70年代中后期广泛采用液压多芯管先导控制系统;20世纪80 年代西方国家开始大力着手电液先导程序控制的研究和使用。因此,现在美、德、英、日等基本上全是可编程电液控制,波兰除了电液控制以外,都是液压多芯管先导控制。20 世纪90 年代开始,为了提高移架速度满足工作面高产、高效发展的需求,我国在加大常规手控操纵阀的流量方面取得进展,加上综合措施,也实现了平均移架速度小于12 sP架的成绩。根据以上资料不难看出,在21 世纪以煤炭集约化生产为特征的新时期。为了满足高产高效综采工作面的需要,必须抓紧研制和推广电液系统。第三节 液压支架的发展趋势随着科学技术的高速发展,新技术、新方法、新材料的不断应用,微机和计算机技术进一步普及,为液压支架的发展提供了有利的条件。目前,液压支架正向以下几个方面发展:(1) 液压支架的结构形式正朝着简单实用方向发展,如液压支架的架型明显地向两柱掩护式支架和四柱支撑式掩护式支架发展。(2) 在已有支架设计与应用经验的基础上,将有限元和计算机辅助设计相结合,研究支架的智能化设计方法、结构与参数的优化,进一步提高支架的科学性、可靠性以及结构的优化性。其中在设计中应注意以下几个方面: 提高液压支架的设计强度,加大支架的工作阻力,加大支架的设计强度系数,还有选材等方面; 如何提高支架的移架速度; 改进支架个别部件结构,加大联结件强度。(3) 改进制造工艺,保证制造质量;对支架的阀类,从材料、热处理、加工条件和密封件入手,制定更严格的质量和抗腐蚀标准。(4) 对不稳定顶板、松软底板、地质构造较复杂等特殊条件,加大投入,研制大量的特殊支架,以适用不同的开采条件。(5) 新型元件与材质,可减轻支架重量,提高支架性能和使用寿命。(6) 结构上寻求克服四连杆的新型架型。(7) 快速支架电液控制系统的研制和投入,研究支架的遥控、程控控制和性能自动监控,为回采工作面的半自动化与自动化创造条件。第二章 液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理第一节 液压支架的类型及基本特点迄今为止，全国使用的液压支架已有几百种型号，但其基本型式是相同或相似的。对液压支架型式的分类应把握其本质特征，按照不同的分类原则进行分类。这些分类原则互相联系又存在矛盾，同一个支架按照不同的分类原则可划分在不同类，把这些不同分类结果，按照一定的主次关系联系起来，就能较全面的反映该支架的基本特征。液压支架可按适用的煤层厚度、倾角和支架的控制方式来进行分类，但这些分类法均未反应出液压支架的基本特征。因此，目前国内外均按架型结构与围岩关系，将液压支架分为支撑式、掩护式、支撑掩护式三大类。一 支撑式液压支架 (a)节式支架 (b)垛式支架图2-1支撑式液压支架1.基本特点 支撑式支架是早期发展的液压支架架型。其中又分为节式支架(图2a)和垛式支架(图2b)。这种支架的基本特点是: (1)立柱靠简单的复位装置垂直支撑于支架的顶梁与底座之间，支撑效率高。 (2)支架是一个不稳定机构，基本不能承受顶板的水平力，支架的稳定性差。 (3)设有完善的掩护防漏研装置。 (4)支撑力的集中作用点离煤壁较远，支架切顶力强。 (5)结构简单，重量轻，成本低。2.适应范围(1)采高小于2m-2. 5 m (2)直接顶稳定(3类)或坚硬(4类)，老顶来压明显(II级)或强烈(III级)。(3)工作面倾角l10左右;(4)目前垛式支架仅少量用于缓倾斜薄煤层中。节式支架已基本淘汰，应用很少。二 掩护式液压支架 (a)支顶型掩护式 （b)支掩型掩护式图22 掩护式液压支架1.基本特点 (1)单排立柱支撑。支架支撑力集中作用点离煤壁较近，加之平衡千斤顶的作用，对端面顶板的支撑力较大，可以有效防止端面顶板的早期离层和破坏。 (2)控顶距小。顶梁较短，对顶板的反复支撑次数少，减少了对直接顶板的破坏。 (3)具有掩护梁、连杆等机构，可以承受顶板的水平力，支架稳定性好。 (4)挡研掩护性能好。一般都有掩护梁、活动侧护板等挡研掩护部件，能可靠地使工作面和采空区隔离，阻止窜研。 (5)平衡式顶梁，即工作时以支撑点(支掩式掩护支架即顶梁与掩护梁铰接点，支顶式则为立柱与顶梁的铰点)附近一个窄小的范围为中心，必须保持前后支撑力矩的平衡来维持顶梁的正常工作状况。这个窄小的范围一般称为受载平衡区。 (6)立柱一般呈倾斜布置，支掩式支架的立柱支在掩护梁上，支撑效率较低。但是，支架的调高范围化较大。 (7)支架切顶能力一般较小，尤其是支掩型掩护支架。但是，支顶型掩护支架的切顶能力较高。 (8)由于控顶距等原因，支掩型掩护支架的通风断面较小，而支顶型支架则较大。2.适用范围 (1)直接顶不稳定(1类)和中等稳定(2类)的直接顶为主，也用于稳定(3 类)顶板。插腿支掩式比较适用于不稳定顶板。(2)老顶:主要用于老顶来压不明显(I级)和较明显(II级)的顶板。(3)底板:插腿支掩式最适于松软底板，其他型式要看支架具体结构。一般支顶支掩式适应软底板也较好。(4)按通风断面的大小，适应沼气含量的能力也是以插腿支掩式较小，而支项掩护式较大。(5)目前我国研制的掩护式液压支架最低高度为0. 55m，最大高度达5m.(6)倾角:实际应用已可达35“煤层倾角，新设计支架适应倾角已达550。三 支撑掩护式液压支架 (a)支顶型支撑掩护式 (b)混合型支撑掩护式图2-3支撑掩护式液压支架1.基本特点 (1)通常为两排立柱(少数为三排)垂直或倾斜支撑。支架支撑力的集中作用区(或称力平衡区)离煤壁较远，总支撑力高，切顶能力强。 (2)具有掩护梁、连杆等稳定机构，可以承受顶板水平力，支架稳定性好。 (3)挡研、掩护性能好。一般都有掩护梁、活动侧护板等挡研掩护部件，能可靠地使工作面与采空区隔离，阻止窜研。 (4)控顶距较大，顶梁较长，对顶板的反复支撑次数相对较多，易使直接顶破坏，作业空间和通风断面较大。2.适用范围 (1)直接顶:以中等稳定(2类)以上顶板为主； (2)老顶:主要适应于来压明显(II级以上)，直至来压极强烈(IV级)老顶； (3)对底板的适应性比较好； (4)通风断面大，适于高瓦斯矿井； (5)目前我国研制的支撑掩护式支架最低高度为0. 7m，最大高度达4. 7m. X型支撑掩护式支架适用于薄或中厚煤层； (6)一般，用于“25”的工作面。采取防倒防滑措施后，还可扩大适用范围。通常可按使用条件，选用前述的三种标准液压支架。四 特殊用途的液压支架1.放顶煤液压支架（图2-4） （a）单摆杆式 （b）单铰接式图2-4放顶煤液压支架 放顶煤综采法是近20年兴起的特厚煤层机械化开采的新技术。放顶煤液压支架是这种综采法的主要配套设备之一。通过多年的实践，越来越多的国家采用了这种技术，并且认为在适宜的条件下，是解决厚及特厚煤层开采的一种经济，有效的方法。 我国厚及特厚煤层储量非常丰富，自80年代初我国开始研制放顶煤液压支架，先后在窑街、沈阳、辽源等局使用成功。目前，这种综采法不仅用于缓倾斜煤层，还成功地用于急倾斜特厚煤层的水平分层开采。2004年盘江矿区已成功使用放顶煤液压支架。 1)基本特点: (1)一般采用整体性、稳定性及掩护性较好的支撑掩护式和掩护式液压支架。 (2)有较宽敞、便于控制的放煤口以及松动、破碎煤块的辅助装置。 (3)支架受上部顶板和顶煤放落时的动载影响较大，因此要求支架纵向和侧向稳定性较高。 (4)支架调高范围要求不严。为使操作、行人等比较方便，支架高度一般为2-3m. 2)适用范围 (1)煤层厚度一般为5m- 12m左右、或者厚度变化较大。 (2)煤质比较松软，或节理发育，容易在矿压作用下冒落的煤层。 (3)对于松软和易碎裂煤层，厚度为5-8m左右时;可选用掩护式支架，采用天窗式结构，如单输送机放顶煤支架;对于厚度较大，煤质较硬，但节理发育，易碎裂的煤层，可用支撑掩护式支架，采用插板式或天窗插板式等结构。2.铺网液压支架 铺设金属网分层假顶是分层综采的重要工序。在专门的铺网支架研制使用之前大多采用一般液压支架，或稍加修改的支架，并在支架的前部铺顶网。这种方法操作繁琐且与采煤工序干扰，影响工作面产量和效率，而且铺设的网经过支架顶梁，掩护梁后才与底板重合，容易扯网或砸坏，影响铺设质量。 铺网支架除具有一般综采工作面支架所具有的功能之外还有以下三个特点: (1)提供独立的铺网作业空间； (2)能自动将金属网铺设于底板； (3)用机械或用手工方式连网。 铺网液压支架用的金属网有经纬网与菱形网。实践表明，两种网相比菱形金属网的优点是在相同材料消耗情况卜菱形网承力大，强度高，承力平均值比经纬网高31;菱形网抗冲击能力好于经纬网;卷网和展网时，菱形网比经纬网容易，特别是网丝较粗时;菱形网自锁能力强，一但局部破网，破口转变仍相互勾联:编网劳动强度低，易实现机械化编网。3.大倾角液压支架 当工作面倾角增大到35-55左右时，除了工作面设备和支架本身的防倒防滑问题变得严重以外，工作面煤壁不稳定性及端面顶板的及时维持问题、煤炭运输与人行空间的安全隔离问题、操作人员的行走和安全保护等问题，要求支架只有不同于一般缓倾斜煤层支架的特殊性能和结构。这些要求主要是: (1)可靠的防倒防滑装置。支架在大倾角下工作，除自身不能发生倒架和下滑以外，工作面输送机的锚固和下滑以后的上调，也必须以支架作依托，因此支架本身的防倒防滑装置必须可靠。 (2)为作业人员行走，应设置有扶手的人梯，并有挡护装置防止上部飞块滚落伤人。 (3)支架应设有保护挡板，将人行空间与采煤机道隔离。在煤壁与保护挡板之间形成溜煤通道。保护挡板也可开启，以便处理支架前部和煤壁处的事故。 (4)支架应有好的横向稳定性。 (5)支架应设有超前支护的伸缩梁，对端面顶板有较大的支撑力。 (6)工作面支架应有可靠的导向和调架装置和机构(即三点式导向)，保证支架在降架前移时平稳导向无整卡，并能可靠的扶正和调整支架的位置。(7)加大活动侧护板的宽度和高度，增加支架在降移情况下侧护板的重合量，改善支架的密封和调整性能。(8)为增加煤壁稳定性，有时工作面需伪斜布置(工作面上端超前)。支架应适应在俯伪斜工作面使用的需要。由于支架仍与走向方向平行，支架的中心距要比正常时(多为1. 5m)缩小，因此要求支架的固定宽度要变窄，而活动侧护板的伸缩行程要大。 (9)为解决输送机下滑频繁问题，要求防滑装置不仅能锚固输送机，而且还能组合动作，需要时将输送机向倾斜上方牵引。 (10)支架应有足够的初撑力。在液压系统中应采取初撑力保证阀，提高泵站工作压力或加大立柱缸径等措施。一般要求初撑力达到额定阻力的75%-82%以上。4.端头液压支架工作面端头位于工作面和顺槽的连接处，是行人、运输和通风的必经之地，多种设备的会集处，也是工作面支护和巷道支护的交叉地带。端头处条件复杂，位置重要。 目前国内研制的端头支架主要用在下端头，主要功能是维护好巷道和回采工作面交叉口处的顶板，协调该处排头支架、工作面输送机、顺槽转载机等设备之间的位置和配套关系;除端头支架能自移以外，要为转载机和输送机机头的移动提供动力，支架本身应有防倒，调架或适应工作面倾角变化的能力，能适应左右工作面，换向方便，前梁伸入巷道，起一定的超前支护作用。第二节 液压支架的选型一 工作面支架 工作面支架用量最大，主要有支撑式、掩护式和支撑掩护式三种形式。它的选型的主要依据有:工作面顶板的地质条件，一般按老顶周期来压不同把老顶分为、四个等级;按直接顶的稳定性不同，把其分为4类，应根据工作面顶板的老顶级别，直接顶类别和底板的不同组合情况参照表2选择架型。同时还要考虑以下因素:(1)煤层厚度(采高):对层厚H2. 5-2. 8 m的厚煤层应优先选用掩护性好，抗侧向力强的支撑掩护式支架;若为僻顶分层开采，则应选用掩护式支架。 (2)煤层倾角:主要影响支架的工作稳定性，在大倾角煤层工作的支架应防止发生倾倒和下滑。当煤层倾角。10-15。时最好是选用顶梁及掩护梁带有侧护板的掩护式和支撑掩护式支架;若采用支撑式支架，必须带有调架装置以能及时调整支架的位置。当煤层倾角18时，各种架型均带有防倒和防滑装置。 (3)瓦斯含量:瓦斯涌出量大的工作面应优先选用支撑式和支撑掩护式支架，并应验算通风断面能否满足通风量的要求。 (4)特殊要求:除基本架型以外，还有为满足特殊开采需要而专门设计的特种支架可供选用。如在煤层倾角a35“-55“时，应选用大倾角支架，对顶板松软(破碎)、煤质松软(f1)、底板松软(a S 1. 5 MPa)的“三软”煤层，应选用专门设计的“三软”支架。反之，可选用“三硬”支架。对于窄机身采煤机的工作面，可配套使用结构简单、重量轻、价格低的经济型支架;对于厚煤层分层开采，可采用带有铺连网装置的掩护式支架;对厚煤层放顶煤开采，可选用支撑掩护式放顶煤支架。(5)设备成本:应优先选用价格较便宜的架型，以降低工作面设备成本。在支撑式和支撑掩护式支架都能使用的工作面，应优先选用支撑式支架;在掩护式和支撑掩护式支架都能使用的工作面，应优先选用掩护式支架。二 端头支架 工作面端头支架安装在工作面和顺槽的交接处，要求具有较大的支护空间，便于人员、设备进出和设备的安装，也有支撑式和支撑掩护式2种型式可供选用。 (1)支撑式该种支架的顶梁长，支撑力大，可维护较大的工作空间，但无锚固能力。多用于顺槽断面较大，设备功率大，顶板稳定或坚硬的工作面。 (2)支撑掩护式该种支架由主副架组成，移架灵活，可用于顶板稳定，底板起伏较大，设备功率较小的工作面。第三节 支撑掩护式液压支架工作原理液压支架的前探梁和顶梁是箱体焊接结构,支撑着工作面顶板,起着防止漏矸冒顶的作用。前探梁千斤顶操纵着前探梁向上和向下摆动,可以较好适应顶板的起伏不平,改善其接顶性能。四根立柱(双作用单伸缩油缸) 支撑在顶梁与底座之间,立柱与顶梁、底座接触处为球面铰,可以改善立柱受力。为了适当增大支架的支撑高度,扩大适用范围,根据需要可在立柱上端加接机械加长杆。掩护梁是由钢板焊接而成的箱型结构,下端通过前、后连杆与底座铰接成四连杆机构,起着稳定支架重心和防止采空区岩石涌入工作面的作用,既能保证支架前梁顶端与煤壁的间距基本恒定,又承担了支架在工作过程中的水平分力,以保证支架的工作稳定性;底座是钢板焊接的箱型结构,它与底板直接接触,将立柱传来的顶板压力传递给底板。底座的后部与前后连杆铰接,前端焊接有安装推移千斤顶的联结耳,推移千斤顶的另一端与工作面运输机连接,通过推移千斤顶的伸缩,实现推溜和移架行走动作。乳化液泵站是液压支架的心脏,是乳化液泵、乳化液箱和其他附属设备的总称；液压胶管构成支架的“动脉”和“静脉”；操纵阀、安全阀和液控单向阀按规定的采煤工艺要求实现各部件的动作,以满足综合机械化采煤的需要。液压支架是以乳化液泵站的高压液体为动力，通过液控系统，按要求使支架及附属装置完成支撑、降柱、移架、推移输送机以及防护等动作，从而实现支护工作机械化。其中卸载、降柱、推移和升柱是液压支架的主要操作工序，而支架之间的相对移动、支架及部件在空间里保持规定的位置和前梁伸缩等为辅助操作工序。这些辅助工序可与其中一种主要工序同时进行，或者单独进行。但调整支架应在降柱后升柱前进行，即在移架前后或移架过程中进行。液压支架支撑过程中，在操纵阀关闭前后(或供液系统关闭前后)，工作面顶板与支架顶梁的主被动关系发生了变化。因此支架的支撑过程可分为主动支撑(初撑阶段)和被动支撑阶段(承载阶段)两种工况。在液压支架降柱开始时，随着封闭高压腔的液控单向阀快速开启，经常出现瞬态的液压冲击。故支架的降柱过程可分为卸载冲击和正常降柱两种工况。由于卸载降柱、推移和支撑操作工序对支架的移架速度、支护状态和支撑性能起着决定性作用。所以在研究支架动特性时，把卸载冲击、正常降柱、移架、推移输送机、主动支撑和被动支撑作为独立的基本工况。支架液压系统属于液压传动中的泵-缸系统，其系统原理图如下图所示。ZZ7200/23/38液压支架液压系统原理图液压系统的工作原理:当三位四通阀右位接通，乳化液通过三位四通阀，再经过液控单向阀进入液压缸的底部，使液压缸的活塞伸出，而液压缸上部的乳化液经三位四通阀回到油箱。当三位四通阀的左位接通，乳化液通过三位四通阀进入液压缸的上部，使液压缸的活塞下降。液控单向阀在乳化液的压力下打开，使液压缸下部的乳化液通过液控单向阀回到油箱。当三位四通阀在中位时，三位四通阀把进液管路隔开，液压缸不进乳化液，而液压缸下部的乳化液由液控单向阀的作用下不回液，液压缸不运动。第三章 液压支架的整体结构尺寸设计第一节 设计目的，要求及必要的基本参数一 设计目的ZZ7200/23/38型支撑掩护式液压支架是一种的“高起点、高质量、高可靠性”的新型巷道支架。该支架主要使用在采区内、工作面前方停采线处预置的切槽巷道内，与两侧顺槽方向一致、按1.5米中心距逐架布置在切槽巷道内，支撑和管理该切槽巷道的顶板。该支架只起支护顶板作用，不需要推溜、移架和侧护等功能。 当采区采完、工作面内支架推移到本支架所在的切槽巷道准备拆工作面支架时，依靠本支架对周围顶板的支护管理、维护出一个安全拆工作面支架的工作区域，确保工作人员的安全。没有本支架之前，预置拆架的切槽巷道只能靠假设顶棚或铺网锚杆支护巷道顶板，费时费力、工作效率低且成本高。本支架的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产起着非常重要的作用。该架型已在神华和晋城等矿井使用，对全面提升现代化矿井的综合机械化水平、提高生产率、保障矿井生产人员的操作安全等方面，效能尤为明显。因此，巷道液压支架的设计相当重要。二 设计要求(1) 为了满足采煤工艺及地质条件的要求,液压支架要有足够的初承力和工作阻力,以便有效的控制顶板,保证其合理的下沉量。 (2) 要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有害气体等安全方面的要求。 (3) 为了工作面液压支架在本支架下的拆卸的需要,要有足够宽的空间。 (4) 调节范围要大,照明和通讯方便。 (5) 支架要求有足够的刚度,能够承受一定的不均衡载荷和冲击载荷。 (6) 支架稳定性要好,底座最大比压小于规定值。 (7) 在满足强度条件下,尽可能减轻支架重量。 (8) 要易于拆卸，结构要简单。(9) 液压元件要可靠。三 设计液压支架必需的基本参数(1)顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。(2)最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。(3)瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。(4)底板岩性能及小时涌水量根据底岩性和小时涌水量验算底板比压。(5)工作面煤壁条件根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。(6)煤层倾角根据煤层倾角，决定是否选用防滑装置(7)井向罐笼尺寸根据井向罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。(8)配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。四 液压支架设计的原始条件老顶 、级 直接顶 1、2类 巷道高度 2.6-3.5m表3-1适应不同类级顶板的架型和支护强度老顶级别直接顶类别12312312344架型 掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式采高2.5m时用支撑式采高2.5m时用支撑掩护式支护强度KN/M支架采高m12941.32941.62942294应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区2343（245）1.3343(245)1.634323433441(343)1.3441(343)1.644124414539(441)1.3539(441)1.65392539第二节 液压支架的整体结构设计一 底座选择与设计液压支架底座最常用的形式有3种，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底座。在本次设计中我们采用整体刚性底座，在其中挡前部一般有一高度为50100mm的小箱体结构，中档后部上方为箱形结构，推移千斤顶一般安装在箱形体下面，整体刚性底座立柱柱窝前一般要设计一过桥，以提高底座的整体刚性和抗扭能力，整体刚性底座的整体刚度和强度很好，底座面积大，从而有利于减小对底板的比压。由前面的设计，我们可以了解和理解一下尺寸;底座长2180mm，宽1400mm，前后连杆铰合处的垂直中心距为426mm，水平中心距为545 mm后连杆的离地中心距为950mm，两立柱的中心距为895mm，巷道液压支架的底座长度不需要根据移架步距确定，综合所有因数我们取底座长2180mm。二 顶梁的选择与设计顶梁直接与顶板接触，支撑顶板，是支架的主要承载部件之一，支架常用的顶梁形势有3种：即整体顶梁、铰接顶梁和楔形结构顶梁。本设计中我们采用整体顶梁，整体顶梁有效地支护机道上方的顶板，防止工作面片帮冒顶。顶梁长5100mm，宽为1460mm。顶梁后与掩护梁铰接，铰接处到顶梁的距离为350mm。两立柱中心距为1120mm。三 推移装置的选择与设计推移装置有推移杆、推移千斤顶和连接头等主要零部件组成，其中推移杆是决定推移装置的形式和性能的关键部件。推移杆的常用形势有正拉式短推杆和倒拉式长推杆两种。正拉式短推杆是由钢板组焊而成的箱形结构体，结构简单可靠、重量轻，因而被广泛采用，但对煤、矸的处理更加不易，而且还存在理论上的缺陷。目前的推移机构多采用倒拉式长推杆整体式或两节短推杆铰接式结构，其拉架力大。推杆都采用钢板焊接而成的箱体结构，强度非常好。长推杆整体式推移装置在工作面倾角大的情况下，有利于防止输送机支架的下滑，但在工作面难以更换；铰接式长推杆推移装置可以在上、下、左、右四个方向摆动，兼有短推杆和双推移杆的双种特点。本设计采用铰接式短推杆机构。四 立柱的选择与设计立柱是支架的最重要的承压部件，在支架正常工作时，一般处于高压受力状态，他的工作性能直接影响整个支架的工作状态，因此设计时，要求具有合理的工作组力和可靠的工作性能外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，并能适应支架的要求。其中单作用又分为活塞式支活柱式、双作用分为单伸缩、单伸缩带机械加长杆，双伸缩、三伸缩等。该立柱为一单伸缩双作用油缸，为了适应顶底板的变化和改善其受力状况，立柱两端均采用球面结构，以便更好地承受顶板压力。图31 双作用单伸缩立柱1立柱布置1)立柱数目前过内支撑式支架立柱数为26根，常用为4根；掩护式支架为2柱；支撑掩护式支架为4柱。2)支撑方式支撑式支架立柱为垂直布置。掩护式支架为倾斜布置，这样可克服一部分水平力，并能增大调高范围。一般立柱轴线与顶梁的垂线夹角小于30o（支架在最低位置时），由于角度较大，可使调高范围增加。同时由于顶梁较短，立柱倾角加大可以使顶梁柱窝位置前移，使顶梁前端支护能力增大。支撑掩护式支架，根据结构要求呈倾斜或直立布置，一般立柱轴线与顶梁垂线夹角小于10o（支架在最高位置时），由于夹角较小，有效支撑能力较大。3)立柱间距立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为有利于操作、行人和部件合理布置。支撑式和支撑掩护式支架的立柱间距为11.5m。4)立柱类型立柱按动作方式，分为单作用和双作用；按结构分类，分为活塞式和活柱式；按伸缩方式分为单身缩和双伸缩，如图3-2所示a b cd e f图3-2 立柱类型单作用活塞式；b单作用柱塞式；c双作用活塞式；d、e、f双伸式第三节 液压支架基本技术参数的确定一 支护高度支架高度确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定，其最大与最小高度为： S1 (mm) (3-1) （mm） (3-2)式中：-支架最大高度 mm-支架最小高度 mm-巷道最大高度 =3600 mm-巷道最小高度 =2500 mmS1-考虑伪项煤冒落时，仍有可靠支撑力所需要的支撑高度，一般采取200-300mm，S1取200 mm，S2-顶板最大下沉量是，一般取100200 mm，S2取200 mm，a- 移架时支架的最小可缩量，一般取50 mm，-浮矸石、俘煤厚度，一般取50 mm，由式3-1可得3600200=3800 mm由式3-2可得25001005050=2300mm所以取：=3800mm=2300mm二 支护面积支架得支护面积按如下进行计算Fc