悬移式液压支架设计

1、摘 要采煤综合机械化, 是加快我国煤炭工业发展速度, 大幅度提高劳动 生产率, 实现煤炭工业现代化的一项重要战略措施。 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。 而液压支架则是综合机械化采煤方法中最 重要的设备之一。本文设计的悬移式液压支架主要由以下几个基本部分组成顶梁、 推 移托梁、伸缩千斤顶、推移千斤顶、液压支柱、内缩梁、挡矸装置、及 液压系统。设计要遵循支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等 原则。在悬移式式液压支架的设计过程中,拖梁、顶梁、和千斤顶、支柱 等结构件的设计是重点。该论文介绍了液压支架的结构、类型、工作

2、原 理、 特点、目的及受力分析, 对悬移式式液压支架作了详细的介绍和分 析,论述了该支架的设计方案和基本用途。关键词 :液压支架 拖梁 顶梁 千斤顶 液压支柱 液压系统  Abstract  The comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country , ra

3、ises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high an

4、d can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive

5、0;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 linka

6、ge 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

7、0;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, character

8、istic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the sc

9、heme of this kind of support. Keyword : Hydraulic support、 Drag beam、 Roof Beam、 Jack 、 Hydraulic prop 、  Hydraulic system 目录2悬移式液压支架主要结构尺寸的确定 .26 2.1悬移式支架设计目的.26 2.2悬移式支架主要尺寸的确定.272.21悬移式支架主要技术参数 .273.5悬移式液压支架伸缩梁油缸的设计与计算.374悬移式液压

10、支架顶梁强度校核 .39 4.1材料的选择.39 4.2顶梁的强度校核.40前言液压支架是在摩擦支柱和单体液压支柱等基础上发展起来的工作 面机械化支护设备。 它与滚筒采煤机(或刨煤机 、可弯曲刮板输送机、 转载机及胶带输送机等形成一个有机的整体, 实现了包括采、支、运等 主要工序的综合机械化采煤工艺。液压支架能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板,隔离采空区,防 止矸石窜入工作面,保证作业空间,并且能够随着工作面的推进而机械 化移动,不断地将采煤机和输送机推向煤壁,从而满足了工作面高产、 高效和安全生产的要求。液压支架的总重量和初期投资费用占工作面整套综采设备的60%70%左右。我国于 70 年代

11、初,研制成功了垛式、节式等支撑式支架,以及关 键的液压元部件。70年代中期,研制成功了掩护式与支撑掩护式支架。 由于这种架型的优良性能, 逐步取代了早期的垛式和节式支架。 在引进、 消化国外支架的基础上, 我国已经形成了一支有一定规模的从事液压支 的设计、研究、制造和检验的专业队伍,积累了丰富的经验,并研制了 多种适合我国煤矿不同生产地质条件的液压支架。支架最大高度已达 5m,最小高度为 0.5m;适应最大倾角可达 55°最大工作阻力达 10000KN。还有用于放顶煤采煤、分层铺网采煤等条件下的特种用途液 压支架。合理的选用采煤设备并结合先进的采煤工艺,可解决采煤工作面的 采煤支护运

12、输等生产环节之间的矛盾,可有效地提高工效增加成本减少 损耗保护生产人员和设备的安全,以及减轻笨重的体力劳动,可为煤矿 获得很高的经济效益。1液压支架概述  1.1液压支架的分类  (1支撑悬移式支架:图 1-1 是一种支撑式支架,它有较长的顶梁,较多的支柱,并呈垂直 布置,支架的稳定性由支柱的复位机构来保证,因此有坚固的箱式底座。 它靠支柱与顶梁的支撑作用,控制工作面的顶板, 维护工作空间,而顶 板岩石则在顶梁后部切断垮落。 这种类型的支架具有较大的支撑能力和 良好的切顶性能, 因此适用于顶板坚硬完整, 周期压力明显或强烈、底 板也较硬的煤层中。图 1-1支撑式液压支架结构

13、1-顶梁;2-前梁;3-立柱;4-控制阀;5-推移装置;6-底座(2掩护式液压支架:图 1-2是掩护式支架中结构之一,它的顶梁较短,支柱一排,一般 仅 12 根,多呈倾斜布置,与掩护梁连接或者直接于顶梁连接。它靠 支柱和顶梁支撑顶板, 而掩护梁只与冒落矸石相接触, 防止矸石涌入工 作面, 以维护一定的工作空间。 这种类型的支架, 有良好的防矸掩护性 能,主要使用于顶板中等稳定或破碎,底板也较松软的煤层中。图 1-2掩护式液压支架结构1-互帮装置;2-前梁;3-顶梁;4-顶梁千斤顶;5-弹簧筒;6-顶梁侧护板;7-立 柱; 8-掩护梁; 9-平衡千斤顶; 10-掩护梁侧护板; 11-前连杆; 1

14、2-后连杆侧护板; 13-后连杆;14-底座;15-推移千斤顶;16-推杆掩护式支架的特点如下:1 顶梁短,对顶板的作用力均匀,煤壁附近顶板的支护强度往往比支 撑式支架还高。2 结构稳定,抵抗直接顶水平运动的能力强。3 防护性能好,架内歼石极少,便于操作。4 调高范围大,对煤层厚度变化的适应性强。5 整架工作阻力小,工作空间小,通风阻力大。  6 与垛式支架相比,质量大,造价高 。(3支撑掩护式液压支架:图 1-3是一种支撑掩护式支架, 支撑掩护式介于支撑式和掩护式之 间的架型。它的特点是,支柱两排,每排 12 根,多呈倾斜布置,靠 采空区一侧,装有掩护梁和四连杆机构(见图

15、 1-3 。 图 1-3支撑掩护式液压支架结构这类支架靠支撑和掩护作用来维护工作空间, 兼有支撑式和掩护式 支架的优点,使用于顶板中等稳定或稳定, 有较明显的周期压力,底板 中等稳定的煤层中。支撑掩护式支架的特点如下:1 工作阻力大,切顶性能好。2 具有坚固的掩护梁及较严密的挡歼侧护装置, 可有效地把工作面空 间与采空区隔开,防歼性能较好。3 采用了四连杆结构,支架的稳定性好,能承受较大的水平力。4 工作空间宽敞,能满足行人、操作和工作面通风的要求。5 支架结构复杂,质量大,造价高,支架回缩时较长,不便运输。 支撑式、掩护式、 支撑掩护式等三类支架中, 对照采煤工艺对支架 的要求来看, 掩护式

16、支架具有很多的特点和较广的适用范围。 虽然掩护 式支架单位工作面上的支撑能力不如其余两种, 但由于控顶距较小, 单 位面积上的支撑能力较大, 能对顶板进行有效的支撑; 还有有效的挡矸 装置, 能更好地适用破碎顶板的支护需要; 支架本身为一稳定的运动机构,抗水平力性能好,且便于支架前移;支架的结构和液压系统简单, 操作简便,管理维修容易; 支架调高范围较大, 对煤层厚度变化的适应 性较强。所以,掩护式支架在使用中已取得了良好的技术经济效果,使 用范围正在逐渐扩大。  按移动方式,液压支架可分为整体自移式和迈步式两类。(1整体自移式:支架成整体结构, 因而整体移动。掩护式、支撑掩护式和部

17、分支撑 式支架,均采用这种移架方式,(2迈步式:迈步式支架又可分为交互前移式和提步前移式两种。1交互前移式支架,是利用主副架互为着力点交互推位前移的方式, 架间安装推移千斤顶和导向装置。一般节式支架常用这种移架方式。 2提步前移式支架,是采取顶梁不大量下降,提腿跨步的方式。例如, 苏-81型支撑掩护式支架,移架时沿着支撑住顶板的邻架顶梁推移。还 有一种是滑行顶梁式支架,移架时本架顶梁在内部滑移。  根据使用地点的不同, 液压支架有可分为工作面支架和端头支架两 类。上述各类支架均为工作面支架, 用来支护工作面的顶板。 端头支架, 则用在工作面两端与顺槽的连接处, 由于此处的机械设备较多

18、, 需要占 有的工作空间大, 同时又是人员的安全出口, 要求端头支架能很好的和 各种设备相配合, 达到有效地支护悬露面积较大的顶板。因此,端头支 架在结构上具有特殊性。1.2液压支架的组成液压支架的组成  (1顶梁:顶梁上设计有滑轨, 这是实现移架的关键部件, 推移托梁分为前后两个, 有托梁连接杆将前后两个托梁连在一起, 用吊挂装置将托梁放置于顶梁 下方的滑轨内,使其能沿滑轨前后滑动,从而实现移架的过程(2伸缩梁内伸缩梁是实现支架即时支护的关键部件, 内伸缩梁插置于顶梁的箱体 内  动力油缸包括支柱和各种千斤顶等。(1支柱:支架上凡是支撑在顶梁(或掩护梁 和底座之间,直接或

19、间接承受 顶板载荷的主要油缸叫支柱。 支柱是支架的主要承载部件, 支架的支撑 力和支撑高度,主要取决于支柱的结构和性能。支柱如图 1-10所示: 图 1-10 立柱(2千斤顶:支架上除支柱之外的各种油缸都叫千斤顶, 如前梁千斤顶、 推移千 斤顶、调架千斤顶,还有平衡、复位、侧推和护帮千斤顶等,完成着推 移运输机、移设支架和支架的调整等各项动作。侧推千斤顶如图 1-11所示: 图 1-11侧推千斤顶  控制操纵元件:包括控制阀(即液控单向阀和安全阀 、操纵阀等 各种阀件和管件。这些元件是保证支架获得足够的支撑力、 良好的工作特性以及实现 预定设计动作所需的液压元件, 它的种类和数量,

20、随支架结构和动作要 求的不同而异。支架上除上述三项构件以外的其它构件, 都可归入辅助装置, 它包 括推移装置、复未装置、挡矸装置、护帮装置、防倒防滑装置、照明和 其他附属装置等。  这是传递泵能站量, 使液压支架能有效工作的工作介质。 液压支架 的工作液体是乳化液。  1.3液压支架的工作原理  该液压支架在移架过程中, 不仅要可靠的支撑顶板, 维护一定的安 全工作空间,而且要随工作面的推进,进行移架和推移输送机。因此, 支架要实现升、降、推、移四个基本动作,这些动作是利用泵站供给的 高压液体,通过工作性质不同的几个液压油缸来完成的 , 如图 1.1所示: 当操纵

21、阀 8处于升柱位置时, 从乳化液泵站来的高压液体通过操纵 阀 8、液控单向阀  6进入立柱  2的下腔,立柱上腔回液,支架升起,并 撑紧顶板。当操纵阀 8处于降柱位置时, 工作液体进入立柱的上腔,同 时打开夜空单向阀,立柱下腔回液,支架下降。支架的前移和推移输送机是通过操纵阀  7 和图一千斤顶  4 来进行 的。移架时,先使支架卸载下降,再把操纵阀  7置于移架位置,从乳化 液泵站来的高压液进入推移千斤顶 4的前腔即活塞杆腔, 后腔即活塞腔 回液。这时,支架以输送机为支点前移。移架结束后,再把支架升起, 使支架撑紧顶板。

22、若将操纵阀 7置于推溜位置, 高压液进入推移千斤顶 后腔即活塞腔, 前腔即活塞杆回液, 这时输送机以支架为支点被推向煤 壁。 图  1.1 液压支架工作原理图  1­顶梁 2­立柱 3­底座 4­推移千斤顶 5­安全阀 6­液控单向阀  7、 8­操纵阀 9­输送机 10­乳化液泵 11­主供液管 12­主回液管(1升柱:液压支架移至新的工作位置后,应及时升柱,以支撑新暴 露的顶板。将操纵阀转到升柱位置, 打开供液阀, 高压液体由主进液管 进入,

23、 经操纵阀到液控单向阀, 顶开阀球经油管进入支柱活塞腔,支柱 活塞腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管, 活柱和顶梁升起, 支撑顶 板。(2降柱:当旋转式操纵阀转到降柱位置,打开供液阀时,高压液体 由主进液管经操纵阀和油管, 进入支柱活塞杆腔, 同时也进入液控单向 阀的控制管路,打开液控单向阀, 支柱活塞腔的油液经油管、液控单向 阀和操纵阀,流回主回液管,支柱卸载下降。(3移架:液压支架卸载后,把操纵阀转到移架位置,打开供油液, 高压液体由主进液管经操纵阀、 油管进入推移千斤顶的活塞杆腔, 同时 进入液控油路,打开液控单向阀,而活塞的油液经油管、液控单向阀、 操纵阀流回主回液管,推移千斤顶收缩,

24、以运输极为支点,拉架前移。 运输机靠相邻支架的推移千斤顶来固定,千斤顶由液控单向阀锁紧。(4推移运输机:当液压支架前移并重新支撑后,把操纵阀转到推溜 位置, 打开供液阀,高压液体由主进液管经操纵阀、液控单向阀进入推 移千斤顶的活塞腔, 活塞杆腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管, 推 移千斤顶的活塞伸出, 以液压支架为支点, 把运输机推移到新的工作位 置。在实际生产中, 对于具体支架的动作, 根据该支架的结构和需要来 确定。  液压支架的支撑承载原理, 是指液压支架与顶板之间互相力学作用 原理,它包括初撑增阻、承载增阻和恒阻三个工作阶段。(1初撑增阻阶段:在升柱过程中,从顶梁接触顶板起

25、,至支柱 活塞腔的油液压力达到泵站的工作压力时, 松开手把,停止供液,液控 单向阀立即关闭, 阀球封闭了支柱活塞腔的油液, 这就是支架的初撑阶 段。此时支柱或支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。支柱初撑力:b P D´ ´1000 4 2 p (吨 支架初撑力: h × × = c c f n F (吨 式中:   b p 泵站的工作压力( 2 /cm kg  ; - 

26、D 支柱缸体内径(厘米 ;- n 每架支架的支架数;- h 支撑效率(垛式支架 h=1 。支架初撑力的大小, 取决于泵站的工作压力, 支架支柱数和支柱缸体的内径以及架型等。 实际上,支柱初撑后, 活塞腔的油缸压力由于阻 力损失、操作情况和阀的灵敏等原因,往往低于泵站工作压力。(2承载增阻阶段:支架初撑后,随顶板的下沉,支柱活塞腔被 封闭的油液受到压缩, 油液压力继续升高, 呈现承载增阻状态。这时由 于支柱缸径增大,油液被压缩而体积缩小,即使乳化液没有任何漏损, 安全阀并未动作卸载, 支柱总长度也将缩短。 这个缩短量可用下式计算: 22 22&#

27、160;2 ( + D=D+ - D d l p l E D dbm 厘米 式中: 2 ­/ Dp 支柱由初撑力起达到工作阻力时,支柱内压力的增量(公斤 厘米 ;  0.0000475 -= bb 乳化的体积压缩系数,近似取水的压缩系数 ;  ­ l 支柱内被压缩液柱的高度(厘米;  62 ­2.110/ E E =´ 钢材的弹性系数 (公斤 厘米 ;  0.28 -= mm 钢材的泊松比 ;  

28、­ D 支柱缸体外径(厘米;  ­ d 支柱缸体内径(厘米这个缩短量是有弹性的, 如果作用在支柱的载荷, 反过来从工作阻 力减小到初撑力时, 支柱仍会恢复到原来的长度。 因此, 这个支柱长度 上的缩短量,称为支柱的弹性可缩量。根据井下工作面实测, 在各种不同的初撑力、 工作阻力和采高的情 况下, 支架支柱的弹性可缩量在 610毫米范围内。 这个弹性可缩量会 使支柱工作还未达到工作阻力之前, 就可造成顶板的下沉, 有可能使岩石离层,对顶板管理是不利的。经实验证明,减小支柱的弹性可缩量, 对改善顶板管理起着重要作用。具体措施是,

29、 使用高压乳化液泵,提高 支柱初撑力;改善单向阀的质量,要能及时关闭液路;注意操作方法, 使支柱下腔尽可能达到泵站的工作压力。(3恒阻阶段:支架承载后,如果完全支撑住顶板,不允许顶板 下沉, 需要有强大的支撑力, 想设计出能抗住巨大顶板压力,而一点也 不让压的支架是极困难的, 实际上也没有这种必要。 因此使支架能随顶 板下沉时有一定的可缩量, 但又保持一定的支撑力, 不致于使顶板下沉 而造成破坏冒落。 要求支架具有一定的支撑力, 又具有可缩性。液压支 架的这种特性,是由于支柱的安全阀来控制的。 在顶板压力增大时,支 柱活塞腔被封闭的油液压力就迅速升高, 当压力值超过安全阀的动作压 力时, 支柱

30、活塞腔的高压液体经安全阀泻出, 支柱降缩,支柱活塞腔的 液体压力减小,这是就是支架的“让压”特性;当压力小于安全阀的动 作压力时,安全阀又关闭,停止泻液,支柱活塞腔的液体又被封闭,支 架恢复正常工作。由于安全阀动作压力的限制,支柱呈现出恒阻特性, 此时支柱或支架承受的最大载荷称为工作阻力。支柱工作阻力: a z P D f ´ ´ = 1000 4 2p (吨支架工作阻力: h × × = z c f n F (吨式

31、中: a P 安全阀的动作压力( 2 /cm kg 支架的工作阻力取决于安全阀的动作压力、 支架柱数、 支柱缸体内 径和架型等。安全阀使支柱具有恒定的设计工作阻力, 同时又使支柱在承受大于 设计工作阻力的顶板压力时, 可随顶板的下沉而下缩, 这就是液压的恒阻性和可缩性。 为防止安全阀频繁动作而失效, 应使支架的工作阻力大 于正常的顶板压力, 也就是说,在工作面生产过程中,支架还没有达到 设计的工作阻力之前,就已经移到新的位置。工作阻力是液压支架的一个基本参数,用来表示支架支撑力的大 小。 但是,由于支架的顶梁长短和间距大小不

32、同, 并不能完全反映支架 对顶板的支撑能力, 因此常采用表示单位面积顶板上所受支架工作阻力 值大小的支护强度参数,来比较支架的支护性能.支架的支护面积(米 式中: 米 支架的支护强度: 2 2 / W  A A F Z =由上可知,支柱或支架工作时, 其支撑力随时间的变化过程是,支 架升起,顶梁开始接触顶板至液控单向阀关闭时的初撑增阻阶段  0 t , 初撑结束至安全阀卸载前的承载增阻阶段  1 t 和安全阀出现重复卸载时 的恒阻阶段  2

33、60;t 。这种变化过程反映了支架的支撑力和时间之间的关系(图 1-13。图中虚线表示,有些支架的支柱并未达到额定工作阻力就 已降柱前移,支架前移后按原过程重新支撑。 图 1-13 支架的支撑承载过程  0 t 初撑增阻阶段  1 t 载增阻阶段  2 t 恒阻阶段上述过程表明:液压支架在额定工作阻力值以下工作时, 具有增阻 性, 以保证支架对顶板的有效支撑作用; 当支架支撑力超过额定工作阻 力值时,支架能随顶板下沉而下缩, 使支架保持恒定的工作阻力,既具 有可缩性和恒阻性。 支架本身的增阻性取

34、决于液控单向阀和支柱的密封 性能, 可缩性和恒阻性则由安全阀的溢流性能决定。 因此, 液控单向阀、 安全阀、支柱这三个部件,是保证支架工作性能的关键元件。  1.4液压系统及其控制元件液压系统是利用泵站的高压乳化液来控制立柱、千斤顶和阀等元 件,实现支架的支护性能和各种动作。支架采用的乳化液, 是由乳化油水配制而成的, 乳化油的配比浓度 为 5%,使用乳化油应注意以下几点:a定期检查浓度, 浓度过高增加成本; 浓度太低可能造成液压元件腐蚀, 影响液压元件的密封。b防止污染,定期(一个月左右清理泵站乳化液箱。c乳化液的 PH 值须在 79范围内。d防冻:乳化液的凝固点在-3度左右,与水

35、一样乳化液也具有冻结膨 胀性,乳化液受冻后,体积稳定性受影响。因此,乳化液地面配制和运 输过程中注意防冻。e乳化油必须满足“MT76-83液压支架用乳化油 ”标准之规定,即:表 2-2乳化油按对水质硬度的适应性选取相应的牌号 f配制液压支架用乳化液的水质应符合下列条件:无色、无臭、无悬物和机械杂质;PH 值在 69范围内;氯离子含 量不大于 5.7 毫克当量/升;硫酸根离子的含量不大于 8.3 毫克当量/ 升。  对于液压支架的传动系统应具有以下基本要求:a采用结构比较简单,设备外形尺寸比较小,能远距离的传递大 的能量;b能承受较大的载荷;没有复杂的传动机构;c在有爆炸危险和含尘的空

36、气里保证工作安全;d动作迅速;e操作、调节简单;f过载及损坏保护简单;针对我们本次设计的液压支架,其液压系统有以下两部分系统组 成:即立柱系统和千斤顶系统。本支架的液压系统,由乳化液泵站,主进,主回液胶管,各种液 压元件,立柱及各种千斤顶等组成。 液压系统原理:本支架操作方式采 用邻架操作控制,使用快速接头拆装方便,性能可靠。 图 2-6液压支架液压系统图1-前立柱;2-压力指示器;3-安全阀;4-液控单向阀;5-后立柱; 6-顶梁侧推千斤顶; 7-掩护梁侧推千斤顶; 8-护帮千斤顶;9-双向 液控单向阀;10-操纵阀;11-推移千斤顶;12-前梁千斤顶;  (1支架上的大部分液压元

37、件(除前梁千斤顶控制阀和双向锁外都 装在阀组的座架上, 支架本身只有两根高压软管, 这样既便于操作,又 能保证支柱间有宽敞的人行道。  (2操纵阀 ZC 型组合操纵阀, 前柱, 后柱及前梁千斤顶可单独操作, 也可同时操作。  (3前梁千斤顶活塞腔与活塞杆腔之间连接一个大流量安全阀,在 升前梁与升柱同时操作时, 对前梁加以保护, 并使前梁有较大的支撑力 液压系统及其控制元件  1.5液压支架的架形液压支架主要的机构形式有三种, 即垛式支架, 四连杆机构液压支 架,和悬移式液压支架。现分别介绍几种形式液压支架的特点。垛式液压支架式支撑式液压支架的一种。 支撑式液压支架

38、是在一个 底座上放置几根立柱支撑顶梁, 并通过顶梁支撑顶板这样简单的结构基 础上发展起来的。垛式支架的优点是:垂直支撑的立柱数量多,支架的工作阻力大; 多数立柱位于支架后部,切顶性能好, 工作空间大,易满足通风和行人 的要求,重量轻,价格便宜。其缺点是:顶梁较长, 移架时空顶面积较大; 同一段顶梁受到的垂 直支撑的次数较多, 不利于顶板的管理, 挡矸帘的强度低,顶板碎矸还 可以从架间落入工作空间, 防矸能力弱。 所以垛式支架应在直接顶稳定 或坚硬的煤层中使用。由此可见,垛式液压支架虽然有很多的优点,但却存在它的弊端, 并不是我们理想的架型。  这种液压支架是目前使用最多的液压支架。

39、不论是支撑式还是掩护 式液压支架都一般都用到了这种机构。 四连杆机构使顶板对顶梁的水平 载荷由掩护梁传递给两个连杆, 立柱不承受横向力, 因此不易产生弯曲 现象。因此,要求连杆要有足够的强度。四连杆机构主要有两种形式, 一种是前后连杆都为单连杆;另一种是后连杆为整体铸造件或焊接件, 前连杆为左右分置的单连杆铸钢件或焊接件, 这样可增大支架的有效利 用空间。四连杆机构液压支架的机构简图如图 2.1所示: 图  2.1 四连杆式液压支架机构简图这种机构使支架在升降的过程中,顶梁前端的轨迹为一条双纽线。 双纽线支架的两个连杆虽然增加了支架结构的稳定性, 但也因要抵抗顶 板的水平运

40、动大大增加了对支架承载机构件的作用力, 结构使构件断面 增大, 重量增加。 而掩护式和支撑掩护式支架的进一步发展方向之一是 寻求减轻支架重量的途径。因此, 这种机构虽然广泛使用,但仍旧不是 我们理想的一种架型。  这种支架是由四连杆机构液压支架演化而成的一种支架机构形式。 它用一个单摆杆机构代替了传统的四连杆机构, 从而使支架在升降 的过程中顶梁前端的轨迹由双扭线变成了一条圆弧线。 我们可以通过增 加摆杆长度的方法来使轨迹更加接近垂直直线。但是与四连杆机构类 似, 不论我们怎样进行优化设计, 仍旧无法使顶梁前端的轨迹真正变成 一条垂直直线。也就无法去除顶梁所受的横向摩擦力。由以上的分

41、析可知, 传统的机构形式总是存在其弊端, 我们努力寻 求一种机构形式是顶梁升降时的轨迹为一条垂直直线。 图 2.2悬移式液压支架机构示意图因此我们通过机构形式的演化, 找到了一种垂直导向机构。 这种机 构的特点是,真正使支架升降时顶梁前端的轨迹成为了一条垂直直线, 使支架不再受到顶板摩擦力的作用。 改善了支架的受力状况, 减小可承 载件的断面面积, 从而减轻了支架的重量。 这种分体顶梁液压支架的机 构示意图如图 2.2所示。通过上述分析知, 这几种架型形式都不是我们理想的选择, 我们要 求的机构形式是顶梁上下运动时的轨迹为变化的。 因此我们通过各种架 型形式的演化,研究了这种分体顶梁液压支架。

42、 这种架型的特点是:采 用托梁滑块机构和推移机构, 克服了单摆杆机构和四连杆机构支架在支 护高度发生变化时, 由于内力大而造成的支架易损坏的潜在因素, 真正 成为支架升降导向,并承担支架外部的纵向水平力。该架型稳定性好, 重量轻,工作面过人空间大,结构紧凑,支护强度大。所以,在理论上 分析可以得出, 滑块机构和推移是对分体顶梁液压支架的一个很好的演 化形式。  液压支架的选型受到矿井的煤层、地质、技术和设备条件的限制, 因此,以上因素都会影响到支架的选型。液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。 一般情况下可根据顶板的级别,由综采技术手册 (上册中直接选出架型。(1煤层厚度1 当煤层

43、厚度超过 1.5m,顶板有侧向推力和水平推力时,应选用 抗扭能力强的支架,一般不用支承式支架。2 当煤层厚度达到 2.5m2.8m以上时, 需选择带有护帮装置的掩 护式或支承掩护式支架。3 煤层厚度变化大时,应选择调高范围较大的掩护式,带有机械 加长杆或双伸缩立柱的支架。4 假顶分层开采,应选用掩护式支架。(2煤层倾角1 煤层倾角<10°时,支架可不设防倒滑装置。2 倾角在 10°25°以上时,应选用带有防滑装置的支架。3 倾角>25°时, 排头支架设防倒滑装置, 工作面中部支架设底调 千斤顶,工作面中部输送机设置防倒滑装置。(3底板强度1

44、验算比压,应使支架底座对底板的比压不超过底板允许比压。2 为使移架容易,设计时要使支架底座前部比后部的比压小。 (4瓦斯含量对瓦斯涌出量大的工作面, 应符合保安规程的要求, 并选用通风端 面较大的支承式或支承掩护式支架。(5煤层硬度当煤层为软煤层时,支架最大采高一般2.5m;中硬煤层时,支架 最大采高一般3.5m;硬煤层时,支架最大采高<5m。(6地质构造断层十分发育,煤层变化过大,顶板的允许暴露面积在 58 以下时,时间在 20min 以上时,暂不宜使用综采。(7设备成本综合各条件, 宜选用悬移式液压支架的架形, 即本人毕业设计所选 择架型 。2悬移式液压支架主要结构尺寸的确定

45、60;2.1悬移式支架设计目的经过对比我国的液压支架和国外液压支架的现状可以看出, 两者之 间存在着很大的区别。国外的支架主要的研究热点及发展方向是高强 度,自动化。而我国的液压支架的发展方向主要是多品种,高适应性。 这主要是由我国煤炭的赋存状况决定的。 我国目前存在大量 3.55.5m 厚煤层 , 特别是中小矿井 , 希望有一种结构简单、轻型、适应能力强的放 顶煤液压支架来开采这类煤层。目前 , 国内用于厚煤层的重型放顶煤液 压支架技术趋于成熟 , 但因其重量大、成本高,并不适合中小煤矿广泛 使用, 而轻型低位放顶煤液压支架还存在一些普遍的问题, 主要表现在 采用四连杆机构 , 结构复杂 ,

46、 后部空间小 , 重量较大, 承受水平力能力弱  当顶梁上部压力的合力作用点前移至前立柱之前时 , 则会使后立柱受 拉 , 而后立柱又是单作用油缸 , 只能承受压力 , 因而后立柱的作用往往失 效 , 致使顶梁有低头前倾趋势 目前 , 常用放顶煤液压支架掩护梁形式 易造成较薄顶煤的混矸 , 而且安装于掩护梁上的长尾梁机构的尾梁两侧 也易混煤混矸 前探梁容易产生伸缩卡阻。针对上述普遍问题 , 经过大 量调研 , 在吸取了现有许多支架在设计使用中的经验教训的基础上 , 研制 了新型轻型导向放顶煤液压支架。在架型设计上 , 针对大多数放顶煤工 作面顶板压力不大、煤质较松软、要求的工作阻力很

47、小 , 以及许多中小 矿井井筒和巷道运输断面较小的特点 , 要求支架结构简单、重量轻、体 积小、工作可靠 , 搬运灵活的情况 , 吸收了国内外现有放顶煤液压支架的 优点 , 特别是考虑厚煤层的放顶煤开采地质、矿压特点 , 设计了该轻型悬 移式液压支架。 与同类支架相比 , 具有强度高 , 支撑力大 , 稳定性好 , 抗水平 力能力强。这种轻型悬移式液压支架是专门为中小煤矿开发设计的一种支护产品, 它打了传统支架的设计理念, 采用分体顶梁来代替整体顶梁, 减轻了重 量, 结构更加紧凑; 为中小矿井机采放顶煤工作面支护提供了一个很好 的选择  2.2悬移式支架主要尺寸的确定根据上述悬移液

48、压支架的描述 ZH2000/16/24Z(A型整体顶梁组合 滑移液压支架的总体方案如图 1.3所示 : 1-内伸缩梁;2推移千斤顶;3前梁;4伸缩千斤顶;5顶梁 6 左挡矸板;7右挡矸板;8推移托梁;9操作阀连接板;10操作 阀组;11立柱;12防炮帘;13后挡矸板  2.21 悬移式支架主要技术参数根据前面滑移液压支架的结构要求,确定 ZH2000/16/24Z(A型整 体顶梁组合滑移液压支架的主要技术参数和特征参数。ZH2000/16/24Z(A型整体顶梁组合滑移液压支架适用于 15 度以下的缓 倾斜中厚煤层,顶板比较平整且能随采随冒,采高 1.82.2 米,底板 在中

49、硬以上 ,工 作面 长 度 小于 150 米 的 采 煤工作面 。 可分 别与 SGB630/150、SGB620/40T等中、小型的刮板输送机配套使用。3悬移式支架总体结构设计  3.1悬移式液压支架基本参数的确定  支架的高度由工作面的厚度及地质条件的变化等因素决定, 考虑通 风、运输、行人的要求以及一定的富余系数,确定支架的最低高度  min 1.6 H m = ,最高支护高度  m H  8 . 2 max = 。  支架的伸缩比是指最大和最小支架高度之比值,即:&#

50、160;75 . 1 6 所谓支架间距,就是相邻两支架中心线间的距离。确定支架中心距时,应考虑到下列几个方面的因素:(1顶板允许暴露的面积。(2运输机溜槽的长度。支架中心距一般等于工作面一节溜槽长 度,以便配套。目前国内外液压支架中心距大部分采用  1.5m 。大采高 支架为提高稳定性中心距可采用 1.75m , 轻型支架中心距可采用 1.25m ;(3支架的稳定性。一般支架中心距大,支架稳定性好。分体顶梁液压支架是适用于中小地下工作面, 属轻型支架, 因此确 定中心距为  mm b c  1020= 。

51、支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。 宽度的确定应考虑支架的运 输、 安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板,侧护板行程一般 为  170200mm 。当支架中心距为  1.5m 时,最小宽度一般取  1400 1430mm ,最大宽度一般取 15701600mm 。 当支架中心距为 1.75m 时, 最小宽度一般取  16501680mm ,最大宽度一般取  18501880mm 。当 支架中心距为  1.25m 时,如果顶梁带有活动侧护板,则最小宽度取  1150l180mm . 最大宽度

52、取 13201350mm ; 如果顶梁不带活动侧护板, 则宽度一般取 1150l200mm 。分体顶梁液压支架的顶梁采用 2个相互独立的小面积窄梁, 为了提 高支架的稳定性, 各顶梁之间通过连接机构相连, 综合考虑支架的中心 距、每个顶梁受力的合理性以及减少架间空隙,确定支架的宽度为  mm B m  980顶梁是支护顶板的直接承载部件, 其长度取决于必要的作业空间和 通风断面要求,还与支护方式有关。如图 3­1所示,顶梁长度由三部分尺寸组成,即:L=b+n+u  图 3.1液压支架尺寸关系式中  b   顶梁前部

53、尺寸;  n   顶梁上前、后排立柱柱窝之间的距离为 1000mm ;  u   顶梁上后柱窝中心到铰接点的距离,取 400mm 。顶梁前部尺寸为: b=a+c+d+e e 前柱窝中心到推溜油缸与运输机铰接点的距离,一般为  250300mm, 取 300mm ;  d   为推溜油缸铰接点到运输机底部端面的距离,取 d=250mm;  a   电线槽的宽度取 a=250mm;  H   支架的最低高度, 1600mm ;  c   运输机的宽度

54、为 630mm 。故顶梁前部尺寸: 1430 250 630 300 250 = + + + = b  mm 所以顶梁的长度为: 2830 400 1000 1430 = + + = + + = u n b L  mm 由此确定分体顶梁液压支架的顶梁长度为 2830mm 。  支架的工作阻力定为  2000kN,采用  4 柱支撑,因此每根立柱的工 作阻力为  KN&

55、#160;F  500 4 1 = = 。  3.2悬移式液压支架顶梁结构设计  支架常用的顶梁形式有两种:整体顶梁和铰接顶梁 18 。整体顶梁特点是结构简单, 可靠性好; 顶梁对顶板载荷的平衡能力较强;前端支撑力较大; 可设置全长侧护板, 有利于提高顶板覆盖率,改善支 护效果,减少架间漏矸。 为改善接顶效果和补偿焊接变形,整体顶梁前 端 8001000mm处一般上翘 13度。铰接顶梁由前后两段组成, 前段称为前梁, 后段为主梁, 一般简称顶梁。 铰接式顶梁在前梁千斤顶的推拉下, 前梁可以上下摆动, 对不平顶板的 适应性强。运输时可以将前梁放下

56、与顶梁垂直, 以减小运输尺寸,但前 梁千斤顶必须有足够的支撑能力和连接强度,前梁上不宜设置侧护板。 为顺利移架,前梁一般要留有 100150mm 间隙,从而增加了破碎顶板 漏矸的可能性。本课题所设计的分体顶梁液压支架属于轻型支架,适用于中小型工作 面,因此顶梁应选择结构简单、成本低的整体顶梁。顶梁一般是用钢板焊接而成的箱式结构,又分为单腔室和多腔室两种。 本次设计的分体顶梁液压支架由于顶梁为窄长型, 并设置有外伸缩式伸 缩梁, 考虑梁体内需要安装伸缩千斤顶, 因此顶梁选用单腔式的整体顶 梁形式,其结构形式如图 3-2所示, (a为顶梁的结构形式,(b为顶 梁在柱窝处的断面图。 图  

57、3.2 顶 梁结 构  (a(b 顶梁三维模型伸缩梁三维模型  根据顶梁与煤壁的距离,伸缩梁的伸缩长度为  650mm ,总长  1040mm. 伸缩梁外置,根据顶梁尺寸,伸缩梁的高度为  315mm,宽度 500mm ,为 增加伸缩梁与顶梁的接触面积,在伸缩梁两个侧板底部焊接厚度为  12mm ,宽度为 70mm 的钢板。  (1托梁是由六块封闭的钢板焊接而成的,每块钢板的厚度  12mm ,根据顶梁的宽度取托梁的长度为 1065mm ,宽度为 740mm ,高 度 200mm 。(

58、2托梁连接套是由四块厚度为 15mm 的钢板焊接而成的, 考虑到 连接套与托梁的间隙取连接套的横向宽度为 184mm , 轴向宽度 184mm , 高度为 194mm 。连接套与托梁之间用销轴固定。  3、托梁连接杆是连接顶梁托梁的重要部件,它是由六块封闭的钢 板焊接而成的,取每块钢板的厚度为 10mm ,顶梁上两托梁中心的距离 是 1000mm ,故取托梁连接杆的长度为  1170mm,宽度为 180mm ,高度 是 50mm 。连接杆与托梁之间用销轴固定。  1、 前柱窝是固定焊接在顶梁上的, 柱窝中心距离前梁端面 400mm ,柱窝的高度取  37

59、mm ,直径  94mm ,柱窝耳板的高度是  83mm ,宽度  56mm ,厚度 18mm 。柱窝一侧由两块厚度 12mm 的筋板焊接加强。  2、后柱窝中心距离前柱窝中心  1000mm ,有螺母与顶梁连接、柱 窝一侧由厚度为 12mm 的筋板加强。  挡矸板是由钢板焊接而成的主板每块钢板的厚度是 12mm , 挡矸板 的高度是 800mm ,宽度是 450mm ,侧板的宽度是 150mm ,加强筋钢板 的厚度是 12mm ,挡矸板由销轴连接在顶梁上。  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

60、压受力状态, 它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阻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。液压支架立柱实际上是推力油缸作为支撑装置,具有以下特点: 立柱缸径/活塞杆径 110/125mm行程 1000mm工作压力 31.5mpa推力 87.3KN推力 500KN一般由活塞、活塞杆、缸体三部分组成,立柱的头部结构为球型,预定 梁或底座之间的连接采用销轴活压块固定, 以使立柱工作时有一定的适 应性。立柱的供液方式有外

61、供液和内供液两种, 一般双伸缩立柱采用内供 液方式,单伸缩立柱大多用外供液方式,此方法简单,加工、维修都很 方便。为在一定范围内适应煤层厚度变化, 立柱上端可根据需要装设机械 架长杆, 以增加支架高度, 但其长度必须控制在立柱刚性所允许的范围 内才可以。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 21双作用单伸缩立柱  3.3悬移式液压支架推移千斤顶设计  推移装置由推移千斤顶和推移杆组成。推移杆为焊接结构 , 具有足 够的强度和刚度。 其推移装置可使支架及输送机产生相互导向的防滑功 能。支撑掩护

62、式支架所需的移架力不仅应克服底板的摩擦力, 还应克服 两旁相邻支架的摩擦力以及由于移架时立柱的剩余载荷引起的顶板对 支架的摩擦力, 所以它需要的移架力要比支撑式支架大得多。 为获得较 大的移架力,掩护式和支撑掩护式支架的推移装置常增加一个推移框 架,以便利用推移千斤顶的推力移架,拉力推溜。1. 长框架推移装置支架撑紧顶板时, 液压控制使推移千斤顶活塞杆缩回, 推移千斤顶 的拉力经导向块变为对传力框架的推力而把运输机推向煤壁。 支架卸载 后, 液压控制使推移千斤顶活塞杆伸出, 此时运输机不动,导向块成为 固定支点, 推移千斤顶的推力把支架移至新的工作位置, 这时传力框架 承受拉力。长框架推移装置

63、的缺点是传力框架较长, 杆端面小, 因而刚度不易 保证,容易发生弯曲变形。  2. 短框架推移装置短框架推移装置与长框架推移装置工作原理形同无论是长框架还 是短框架推移装置,都可以把推移千斤顶设计成倾斜装置,前高后低。 这样, 移架时,推移千斤顶将对支架底座前端作用一个向上分力,避免 移架是底座前端扎底,有利于移架动作的顺利完成。在这里采用长框架推移装置。推杆采用 16Mn 钢板焊接而成,主要 由主筋板,大耳座、小耳座、加强筋板组成,长 1100,宽 295。  (1框架式推移千斤顶缸体内径: 75.2mm 40 b = = 移  P

64、 F D t p F:推移千斤顶的移架力,在薄煤层中  100­150KN;中厚煤层中  150­250KN;厚煤层中  300­400KN本设计煤层属中厚煤层 , 考虑到本设 计支架为轻型液压支架,取 140KN ;  b P :工作压强取 31.5MPa. 根据以上参数缸径选取  80mm;杆径取  45mm;泵压取  32.6 a MP 推力取 75KN ;拉力 51.5KN 。推移步距为 650mm

65、 ,推移千斤顶的行程选 800mm. (2缸壁厚度  10.7 2.3 pD mm ps = - ,取 11mm (3缸底厚度  18 mm d ³= (4最小导向长度 H 77.5 202 L D H mm ³+= ,最小导向杆取 80mm. (5活塞宽度:活塞的宽度取缸径的 0.61.0倍,取 70mm. 3.4悬移式液压支架水平推进缸的设计与计算  (1水平推进缸缸体内径: mm p

66、0;b t D  .3 99 40 /= = p 移 本设计煤层属中厚煤层 , 考虑到本设计支架为轻型液压支架,根据 综合考虑,  F 移取 109KN ;  b P :工作压强取 31.5MPa. 根据以上参数缸径选取 100mm ;杆径取 70mm ;泵压取 32.6 a MP  推力取 87.2KN ;拉力 428KN 。推移步距为 650mm. (2缸壁厚度mm 9 . 13 p   3 . 2 p = - = s s D ,取 14mm