液压支架支护和控制顶板设计和实现机械制造专业

1、摘 要为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸的液压支架。液压支架的设计工作是十分重要的，因为它能极大地提高劳动生产率，被广泛地应用于现代化矿山的机械化工作面。本文简单介绍了支撑式、掩护式和支撑掩护式液压支架的特点；概括地说明了掩护式液压支架的技术参数、结构特点、工作原理和应用范围；阐述了四连杆机构的优越性。首先，根据给定条件进行比较分析，选择一种比较合理的方案，然后，根据工作条件，选择并确定支架的主要参数及支架各部分结构。在支架受力分析中，主要分析顶梁、掩护梁、底座等的受力情况，并根据受力确定各部件的结构尺寸，对其进行了强度校核。本文设计的液压支架稳定性好、整体性强、安全性

2、高，符合安全生产的要求。关键词: 液压支架; 结构; 强度;掩护式AbstractTo protect and control crest plank effectively，we have to design hydraulic supports that belong to different types and different structure sizes. The design work of hydraulic support is very important. Because it can raise labor productivity greatly, broadly

3、used in the modern mechanized mining face.This text simply introduces the characteristic of holding support, shield support and holding-shield support. It explains generally the technique parameters, the structure characteristics, work principle and applications of shield support. It also expounds t

4、he superiority of the four linkage bar. Firstly, it compares and analyses according to the given conditions, selects a more reasonable program. Then according to work conditions, this design chooses and decides supports main parameters and the structure of all the parts of support and then selects t

5、he appropriate hydraulic system that it fits the support. In the accepting-strength analysis of support, Analysis mainly accepting-strength status of roof beam, covering beam and the base. Structure sizes of all components is decided according to accepting-strength status, and its intensity is check

6、ed.The hydraulic supports this text designs whose stability is good, integrity is strong and security is high. It meets the requests of safe production.key words Support structure strength shield 目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc173211377 摘要 PAGEREF _Toc173211377 h I HYPERLINK l _Toc173211378 Abst

7、ract PAGEREF _Toc173211378 h II HYPERLINK l _Toc173211379 第1章 绪论 PAGEREF _Toc173211379 h 1 HYPERLINK l _Toc173211380 1.1 液压支架发展概况 PAGEREF _Toc173211380 h 1 HYPERLINK l _Toc173211381 1.2 国内外支架的现状与国外的差距 PAGEREF _Toc173211381 h 1 HYPERLINK l _Toc173211382 1.2.1 国外液压支架现状 PAGEREF _Toc173211382 h 1 HYPERL

8、INK l _Toc173211383 1.2.2 国内液压支架现状 PAGEREF _Toc173211383 h 2 HYPERLINK l _Toc173211384 1.2.3 我国液压支架与国外液压支架存在的差距 PAGEREF _Toc173211384 h 4 HYPERLINK l _Toc173211385 1.3 液压支架研究发展趋势 PAGEREF _Toc173211385 h 4 HYPERLINK l _Toc173211386 第2章 液压支架的使用及使用范围 PAGEREF _Toc173211386 h 6 HYPERLINK l _Toc173211387

9、2.1 液压支架的分类 PAGEREF _Toc173211387 h 6 HYPERLINK l _Toc173211388 2.2 液压支架的适用范围 PAGEREF _Toc173211388 h 6 HYPERLINK l _Toc173211389 2.3 掩护式液压支架的分类及结构 PAGEREF _Toc173211389 h 7 HYPERLINK l _Toc173211390 2.3.1 掩护式液压支架的分类 PAGEREF _Toc173211390 h 7 HYPERLINK l _Toc173211391 2.3.2 掩护式液压支架的整体结构 PAGEREF _Toc

10、173211391 h 7 HYPERLINK l _Toc173211392 第3章 液压支架的工作原理 PAGEREF _Toc173211392 h 8 HYPERLINK l _Toc173211393 3.1液压支架的用途及适用原理 PAGEREF _Toc173211393 h 8 HYPERLINK l _Toc173211394 3.1.1 液压支架的用途 PAGEREF _Toc173211394 h 8 HYPERLINK l _Toc173211395 3.1.2 液压支架的动作原理及它的特性曲线形式 PAGEREF _Toc173211395 h 8 HYPERLINK

11、 l _Toc173211396 3.1.3 移架力大于推溜力的原因及实现方法 PAGEREF _Toc173211396 h 9 HYPERLINK l _Toc173211397 3.2 液压支架部件工作原理及要求 PAGEREF _Toc173211397 h 10 HYPERLINK l _Toc173211398 3.2.1 作用在顶梁和底座上的摩擦力的产生原因及方向 PAGEREF _Toc173211398 h 10 HYPERLINK l _Toc173211399 3.2.2 立柱在支架工作过程中的作用及对性能的要求 PAGEREF _Toc173211399 h 10 HY

12、PERLINK l _Toc173211400 3.2.3 液控单向阀在立柱和推移千斤顶上的工作原理 PAGEREF _Toc173211400 h 10 HYPERLINK l _Toc173211401 第4章 设计方案 PAGEREF _Toc173211401 h 12 HYPERLINK l _Toc173211402 4.1 设计方案的拟订 PAGEREF _Toc173211402 h 12 HYPERLINK l _Toc173211403 4.2 主要技术经济指标 PAGEREF _Toc173211403 h 12 HYPERLINK l _Toc173211404 4.3

13、 主要计算步骤 PAGEREF _Toc173211404 h 12 HYPERLINK l _Toc173211405 第5章 液压支架的结构尺寸设计 PAGEREF _Toc173211405 h 13 HYPERLINK l _Toc173211406 5.1液压支架设计的基本要求和基本参数 PAGEREF _Toc173211406 h 13 HYPERLINK l _Toc173211407 5.1.1 液压支架的设计目的 PAGEREF _Toc173211407 h 13 HYPERLINK l _Toc173211408 5.1.2 设计时对液压支架的基本要求 PAGEREF

14、_Toc173211408 h 13 HYPERLINK l _Toc173211409 5.1.3 设计液压支架必需的基本参数 PAGEREF _Toc173211409 h 14 HYPERLINK l _Toc173211410 5.1.4 本文做的主要工作 PAGEREF _Toc173211410 h 14 HYPERLINK l _Toc173211411 5.2液压支架的参数确定 PAGEREF _Toc173211411 h 14 HYPERLINK l _Toc173211412 5.2.1 液压支架高度的确定 PAGEREF _Toc173211412 h 14 HYPER

15、LINK l _Toc173211413 5.2.2 支架伸缩比的确定 PAGEREF _Toc173211413 h 15 HYPERLINK l _Toc173211414 5.2.3 支架间距的确定 PAGEREF _Toc173211414 h 15 HYPERLINK l _Toc173211415 5.2.4 支架宽度的确定 PAGEREF _Toc173211415 h 15 HYPERLINK l _Toc173211416 5.2.5 底座宽度的确定 PAGEREF _Toc173211416 h 15 HYPERLINK l _Toc173211417 5.2.6 顶梁长度

16、的确定 PAGEREF _Toc173211417 h 16 HYPERLINK l _Toc173211418 5.2.7 移架力和推溜力的确定 PAGEREF _Toc173211418 h 17 HYPERLINK l _Toc173211419 5.2.8 支护强度和支架载荷的确定 PAGEREF _Toc173211419 h 17 HYPERLINK l _Toc173211420 5.2.9 工作阻力和顶板覆盖率的确定 PAGEREF _Toc173211420 h 18 HYPERLINK l _Toc173211421 5.2.10 初撑力的确定 PAGEREF _Toc17

17、3211421 h 18 HYPERLINK l _Toc173211422 5.2.11 支架四连杆机构的确定 PAGEREF _Toc173211422 h 18 HYPERLINK l _Toc173211423 第6章 掩护式液压支架主要部件结构尺寸 PAGEREF _Toc173211423 h 23 HYPERLINK l _Toc173211424 6.1立柱的设计 PAGEREF _Toc173211424 h 23 HYPERLINK l _Toc173211425 6.1.1 支架立柱数的确定 PAGEREF _Toc173211425 h 23 HYPERLINK l _

18、Toc173211426 6.1.2 立柱类型的确定 PAGEREF _Toc173211426 h 23 HYPERLINK l _Toc173211427 6.1.3 立柱的结构 PAGEREF _Toc173211427 h 23 HYPERLINK l _Toc173211428 6.1.4 立柱技术参数的确定 PAGEREF _Toc173211428 h 24 HYPERLINK l _Toc173211429 6.1.5 立柱的初撑力和泵站额定工作压力的确定 PAGEREF _Toc173211429 h 25 HYPERLINK l _Toc173211430 6.1.6 安全

19、阀压力和立柱工作阻力的确定 PAGEREF _Toc173211430 h 25 HYPERLINK l _Toc173211431 6.1.7 立柱柱窝位置的确定 PAGEREF _Toc173211431 h 26 HYPERLINK l _Toc173211432 6.2 千斤顶的设计 PAGEREF _Toc173211432 h 29 HYPERLINK l _Toc173211433 6.2.1 千斤顶的结构 PAGEREF _Toc173211433 h 29 HYPERLINK l _Toc173211434 6.2.2 各种千斤顶型号的确定 PAGEREF _Toc17321

20、1434 h 29 HYPERLINK l _Toc173211435 6.3 顶梁的设计 PAGEREF _Toc173211435 h 29 HYPERLINK l _Toc173211436 6.3.1顶梁的作用及设计要求 PAGEREF _Toc173211436 h 29 HYPERLINK l _Toc173211437 6.3.2顶梁的结构及形式 PAGEREF _Toc173211437 h 30 HYPERLINK l _Toc173211438 6.4 底座的设计 PAGEREF _Toc173211438 h 30 HYPERLINK l _Toc173211439 6.

21、4.1 底座的作用及设计要求 PAGEREF _Toc173211439 h 30 HYPERLINK l _Toc173211440 6.4.2 底座的结构形式 PAGEREF _Toc173211440 h 31 HYPERLINK l _Toc173211441 6.5 掩护梁的设计 PAGEREF _Toc173211441 h 31 HYPERLINK l _Toc173211442 6.5.1 掩护梁的作用及设计要求 PAGEREF _Toc173211442 h 31 HYPERLINK l _Toc173211443 6.5.2 掩护梁的结构形式 PAGEREF _Toc173

22、211443 h 31 HYPERLINK l _Toc173211444 6.6 前后连杆的设计 PAGEREF _Toc173211444 h 31 HYPERLINK l _Toc173211445 6.6.1 前后连杆的作用及设计要求 PAGEREF _Toc173211445 h 31 HYPERLINK l _Toc173211446 6.6.2 前后连杆的结构 PAGEREF _Toc173211446 h 32 HYPERLINK l _Toc173211447 6.7 侧护板的设计 PAGEREF _Toc173211447 h 32 HYPERLINK l _Toc1732

23、11448 6.7.1 顶梁侧护板的结构及作用 PAGEREF _Toc173211448 h 32 HYPERLINK l _Toc173211449 6.7.2 掩护梁侧护板的结构及作用 PAGEREF _Toc173211449 h 32 HYPERLINK l _Toc173211450 6.8 推移方式的设计 PAGEREF _Toc173211450 h 32 HYPERLINK l _Toc173211451 6.9 护帮装置与防倒防滑装置的设计 PAGEREF _Toc173211451 h 33 HYPERLINK l _Toc173211452 第7章 液压系统的设计 PA

24、GEREF _Toc173211452 h 34 HYPERLINK l _Toc173211453 7.1 液压支架传动装置的基本要求 PAGEREF _Toc173211453 h 34 HYPERLINK l _Toc173211454 7.2 液压支架的传动特点 PAGEREF _Toc173211454 h 34 HYPERLINK l _Toc173211455 7.3 控制系统及液压组件 PAGEREF _Toc173211455 h 34 HYPERLINK l _Toc173211456 7.4 液压系统原理图 PAGEREF _Toc173211456 h 35 HYPER

25、LINK l _Toc173211457 第8章 液压支架受力分析 PAGEREF _Toc173211457 h 36 HYPERLINK l _Toc173211458 8.1 支架支撑力分析 PAGEREF _Toc173211458 h 36 HYPERLINK l _Toc173211459 8.2 顶梁受力分析 PAGEREF _Toc173211459 h 37 HYPERLINK l _Toc173211460 8.3 前后连杆受力分析 PAGEREF _Toc173211460 h 38 HYPERLINK l _Toc173211461 8.4 顶梁载荷分布分析 PAGER

26、EF _Toc173211461 h 38 HYPERLINK l _Toc173211462 第9章 液压支架强度校核 PAGEREF _Toc173211462 h 40 HYPERLINK l _Toc173211463 9.1 液压支架在强度设计时的强度条件 PAGEREF _Toc173211463 h 40 HYPERLINK l _Toc173211464 9.2 立柱强度的验算 PAGEREF _Toc173211464 h 41 HYPERLINK l _Toc173211465 9.2.1 油缸稳定性的验算 PAGEREF _Toc173211465 h 41 HYPERL

27、INK l _Toc173211466 9.2.2 活塞杆强度的验算 PAGEREF _Toc173211466 h 43 HYPERLINK l _Toc173211467 9.2.3 油缸的最大挠度 PAGEREF _Toc173211467 h 44 HYPERLINK l _Toc173211468 9.2.4 缸体强度的验算 PAGEREF _Toc173211468 h 45 HYPERLINK l _Toc173211469 9.3 顶梁强度的校核 PAGEREF _Toc173211469 h 50 HYPERLINK l _Toc173211470 9.4 底板比压强度校核

28、PAGEREF _Toc173211470 h 52 HYPERLINK l _Toc173211471 9.5 底座强度校核 PAGEREF _Toc173211471 h 54 HYPERLINK l _Toc173211472 结 论 PAGEREF _Toc173211472 h 57 HYPERLINK l _Toc173211473 致 谢 PAGEREF _Toc173211473 h 58 HYPERLINK l _Toc173211474 参考文献 PAGEREF _Toc173211474 h 59 HYPERLINK l _Toc173211475 附录1 PAGEREF

29、 _Toc173211475 h 60 HYPERLINK l _Toc173211476 附录2 PAGEREF _Toc173211476 h 64第1章 绪论1.1 液压支架发展概况20世纪50年代前,在国内外煤矿生产中,基本上采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。1954年英国首次研制出液压支架,目前,以液压支架为主体的地下综采设备,已逐步向程控、遥控和自动化方向发展。我国是煤炭产业大国,在20世纪60年代也曾研制了几种液压支架,但未得到推广和应用。20世纪70年代我国从英、德、波兰和前苏联等国家引进数十套液压支架,经过使用、仿制和总结经验,到20世纪80年代以后我国液

30、压支架的研制和应用获得了迅速的发展,相继研制和生产了TD系列、ZY系列和ZZ系列等20多种不同规格的液压支架。目前,在国内大、中型矿井中,条件合适的煤层均采用液压支架进行综合机械化开采。1980年起人们取得了对自移式液压支架的研制成功并逐步改进完善,进而普遍推广应用,使回采工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护控顶等工序全部实现综合机械化,煤矿取得了较大综合效益。今天随着计算机技术和自动化技术的普及应用和提高,为煤矿生产自动化和高效生产提供了新的出路。1.2 国内外支架的现状与国外的差距1.2.1 国外液压支架现状 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

31、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0.81m的截深。支架还采用屈服强度8001000MPa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

32、年就已采用额定压力50MPa、额定流量478L/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2505280m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t,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

33、控制的两柱掩护式支架,月产煤达到60.11万t。美国综采工作面最高日产超7万t,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。如尤兰矿用电流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t的最高记录,班产一直保持在50006000t。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60008000kN。1.2.2 国内液压支架现状我国在1964年由太原分院和郑州煤机厂设计70型迈步式自移支架,从此开始了液压支架的国产化道路。1984年,北京开采所、沈阳所、郑州煤机厂在沈阳蒲河矿

34、进行我国第一套放顶煤液压支架的工业性试验,继而研制了多种低位、中位元和高位放顶煤支架,成功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层工作面使用。1990年后,国产液压支架得到了全面的发展,到1998年止,全国已建成88处高产高效矿井,其中14处矿单个工作面的单产达15.72万t/月,原煤生产人员效率达9.16t/工,综采机械化水平49.32%,达到了世界先进水平。1.我国液压支架的基本架型（1）ZZ系列支撑式支架该系列支架切顶能力强,稳定性好,支护强度大,易于操作。支架的工作阻力为200010000kN,支架高度0.94.7m,一般在工作面倾斜15以上时配防倒防滑装置。支架的结构特点为:立柱呈X、

35、V型布置,两柱支顶、两柱支掩或四柱支顶; 顶梁为整体、楔型或铰接型,有前伸缩梁或挑梁；有长短两种掩护梁；底座有整体分体、半钢性分离底座,可设抬底座机构；单侧活和双侧活侧护板或不设侧护板,侧护板有全封闭或半封闭两种,型式为直推式或合页式；本架或邻架操作。（2）ZY系列掩护式支架该系列支架采高范围大,支架长度短,相对成本低,操作灵活。支架的工作阻力为18006000kN，支架高度0.753.8m。其结构特点为:两立柱支顶,个别有另一柱支撑掩护梁代替平衡千斤顶；整体和铰接或楔型顶梁,有前挑梁或伸缩梁；整体分体，半钢性分离底座；本架或邻架操作。2.不同采煤方法中使用的国产液压支架（1）缓倾斜厚煤层一次

36、采全高支架大采高支架总共10余种,大多为ZY型掩护式支架,少数为ZZ型支撑式支架,支架高度25m ,工作阻力320010000kN 。支架结构特点:各铰接孔间隙小，制造精度高，支架稳定性好,支架侧推力大,充分考虑防倒防滑,有调架机构,有很好的护帮机构,一般有伸缩梁,能实时支护和防片帮,多为本架操作。（2）缓倾斜薄煤层液压支架由于薄煤层支架对其空间有严格要求,所以整体顶梁尽可能薄且较长；推杆中长；立柱可以X型布置；支架前部有宽度不少于500mm的空间,从而保证行人安全；邻架操作。（3）大倾角煤层一次采全高液压支架对倾角为25 45的煤层来说,液压支架应有较大初撑力和工作阻力,各铰接孔间隙要小,制

37、造精度要高,以保证支架的稳定。支架应有可靠的防倒防滑和调架装置,活动侧护板应有较大行程和推力,支架与采煤机道之间需设防砸安全挡板,底座应设脚踏板或扶手。这种支架多为ZY掩护式,邻架操作。（4）厚、特厚倾斜煤层分层铺网支架架型为ZZ支撑式、ZY掩护式和垛式,有铺顶网和铺底网之分,可采用架前铺联网或架后铺联网方式,机械或手工操作,其中手工联网又分横联和竖联两种方法。这种支架的特点是工作阻力稍大、掩护梁和底座中有充足的空间,便于使用。多为本架操作。（5）特厚煤层放顶煤液压支架a .高位放顶煤支架放顶煤支架按放煤位置可分高位、中位和低位三种。高位放顶煤支架高1.53.5m ,工作阻力20005600k

38、N ,为邻架操作,也可用于缓倾斜和倾斜特厚煤层水平分层开采。b.中位放顶煤支架该类支架为双运输机式,可用于缓倾斜和急倾斜特厚煤层水平分层采煤。掩护梁开天窗,天窗有插板和回转式两种。四立柱可全部支在顶梁上,或将其中两柱支在顶梁、另两柱支在掩护梁上。连杆型式有单铰接和四连杆两种。c. 低位放顶煤支架低位放顶煤支架的放煤口位于掩护梁下方,后部运输机直接放在底板或底座后部的拖板上。由于放煤口三面敞开,不丢脊背煤,回收率相对较高；煤尘小, 放煤口大,不易堵塞；根据要求,可在每组支架放煤口的下风侧和靠工作面一侧各装4个喷头,支架放煤或移架时,本架支架或者相邻支架的喷雾自动打开灭尘。（6） 难采煤层液压支架

39、a .三软煤层液压支架该类液压支架要求底座面积尽量大并具备抬底座功能,采用底座半封底或全封底以降低底板比压。顶梁要具备立即支护功能,带伸缩梁或伸缩梁加挑梁,其侧护板应使支架处于全封闭状态,多为邻架操作。b. 两硬煤层液压支架该类支架多为ZZ型,要求工作阻力大,切顶力大,顶梁为整体、楔型和铰接前梁带挑梁式,掩护梁需尽量短,与水平夹角大,底座为半钢性分体式,安全阀应有足够的流量以抵抗顶板冲击。邻架或本架操作。1.2.3 我国液压支架与国外液压支架存在的差距我国液压支架经过30多年的发展,尽管取得了显着成绩,在双高矿井建设中出现过日产万吨、甚至班产超万吨的记录,但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一定

40、差距。在支架架型功能上我国与国外相差无几,有些地方特别是特厚煤层用的放顶煤支架、铺网支架、两硬煤层的强力支架、端头支架还有独到之处,但国产液压支架技术含量偏低,电液控制阀可靠性差,所用钢材一般为16Mn,最好的屈服极限才700MPa,液压系统压力在35MPa以下,流量在200L/min以内,供液管,回液管,最快移架速度1012s/架(井下实际应用有时在20s以上),工作阻力更是相对较低。1.3 液压支架研究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,液压支架研究发展可以从以下几个方面着手:(1) 液压支架

41、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

42、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) 新型组件与材质,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。今后10年,我国的液压支架将朝技术含量大、钢板强度高、移架速度快(68s/架)和电液控制阀的方向发展,对有破碎带和断层的工作面将加大支架的移架力,尽量采用整体可靠推杆和抬底座机构,并减少千斤顶的数量。另外,将普遍采用额定压力为40MPa 、额定流量为400L/min的高压大流量乳化液泵站,以适应快速移

43、架的需要；系统采用环形或双向供液,保证支架有足够的压力达到初撑力,保证支架接顶位置准确。ZY两柱掩护式支架的比重将大大增加,缸径将增至 ADVANCE ,端头支架，轻放多用途支架将被广泛使用。第2章 液压支架的使用及使用范围2.1 液压支架的分类按液压支架在采煤工作面的安装位置来划分，液压支架分端头液压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两端以外的采煤工作面上所有位置的支架。中间液压支架按结构形式与顶板结构形式来划分，可分为3种基本类型，即：支撑式，掩护式和支撑掩护式液压支架。支撑式液压支架又有垛式和节式之分。掩护式液压支架

44、又有插腿式和非插腿式之分。支撑掩护式液压支架又有四柱支在顶梁上，一柱或两柱支在掩护梁上之分。2.2 液压支架的适用范围 （1）支撑式液压支架支撑式液压支架有垛式和节式之分。垛式支架的作用好象一堆木垛，所以它称为垛式液压支架。垛式支架一般具有很长的顶梁。立柱的支撑能力通过顶梁完全作用于支撑顶板。垛式支架支撑力大，切顶性能好，稳定性较好，工作空间比较大，容易满足通风的要求。垛式支架由于较宽又长，移架时顶板暴露的面积较大，再直接顶比较破碎的顶板条件下使用很困难。所以垛式支架仅适用顶板较坚硬和稳定的煤层。（2）掩护式液压支架掩护式液压支架没有支撑部件只有掩护部件，立柱的承载能力完全用以承受掩护梁上的载

45、荷（冒落的矸石），所以称为掩护式支架。掩护式支架适用顶板特软，特破碎的煤层。（3）支撑掩护式液压支架支撑掩护式液压支架它的顶梁很长（与垛式支架相似），掩护梁很短，4根立柱组成垛式结构。这类支架对顶板的控制主要通过顶梁来支撑顶板，掩护梁只隔绝支架后面冒落的矸石，所以称为支撑掩护式液压支架，实质上它是加强挡矸装置的垛式支架。2.3 掩护式液压支架的分类及结构2.3.1 掩护式液压支架的分类掩护液压支架分为：（1）掩护梁与底座直接铰接的支架，支架升降时梁端运动轨迹为圆弧。这种支架结构简单，但梁端距变化大，易造成近煤壁顶板冒落，故只适用于调高范围小的支架，如放顶煤支架等。（2）掩护梁通过前、后连杆与底

46、座铰接构成四连杆机构的支架，升降时顶梁运动轨迹为近似平行于煤壁的双纽线，梁端距小。这种支架应用最多。这种支架又分为立柱上端支撑在掩护梁上（掩护式）和立柱上端支撑在顶梁上（支顶式）的两种结构。支顶式掩护支架的顶梁与掩护梁间必设一平衡千斤顶，以保证结构稳定。在立柱工作阻力相同的条件下其支撑力较支掩式掩护支架大些。掩护式支架不仅有掩护梁，且架间通过侧护板相互挤紧，故掩护性能好，但立柱少，切顶能力弱。因顶梁较短，控顶距较小，故支护强度并不小，对顶板重复支撑次数也较少。通风断面小。因采用连杆机构，抗水平的能力强，使立柱不受横向力。这种支架适用于不稳定顶板和中等稳定的直接顶（1、2类），或周期来压缓和的老

47、顶等矿压条件。2.3.2 掩护式液压支架的整体结构掩护式液压支架的结构主要由顶梁、掩护梁、侧护板、底座、前后连杆、立柱、平衡千斤顶、推移千斤顶、侧推千斤顶、操纵阀、控制阀等组成。第3章 液压支架的工作原理3.1液压支架的用途及适用原理3.1.1 液压支架的用途在采煤工作面的煤炭生产中，为防止顶板冒落，维持一定空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体作为动力，由液压组件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践表明，液压支架具有支护性能好、强度大、移架速度快、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组

48、成综合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。因此液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠的实现的采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。3.1.2 液压支架的动作原理及它的特性曲线形式液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移4个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的的几个液压缸来完成的。其工作原理如图3-1所示： 图3-1液压支架工作原理1-输送机；2推移千斤顶；3立柱；4安全阀；5液控单向阀；6操纵阀（1）升柱。当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回

49、液，推动活塞上升，使与活塞相连接的顶梁紧密接触顶板。（2）降柱。当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。（3）支架和输送机前移。支架和输送机前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。支架的支撑力与时间的曲线，称为支架的工作特性曲线，如图3-2所示： 图3-2支架的工作特性曲线 t0-初撑阶段；t1增阻阶段；t2恒

50、阻阶段；p2初撑力；p1工作阻力支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为3个阶段：支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起顶梁接触顶板，立柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段t0；支架初撑后，随顶板下沉，立柱的下腔压力增加，直至增加到支架的安全阀调正压力；立柱下腔压力达到工作阻力，此阶段为增阻阶段为t1；随着顶板压力继续增加，立柱下腔压力超过支架的安全阀调正压力，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调正值后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调正压力的限制下，压力曲线随时

51、间成波浪形变化，此阶段为恒阻阶段t2。3.1.3移架力大于推溜力的原因及实现方法由于移动液压支架所需的力大于推输送机所需的力，又因为如果推输送机力过大，能把输送机的槽帮推坏，所以移架力要大于推溜力。要实现移架力大于推溜力，有两类方法，第一类方法是用推移千斤顶的结构来实现；第二类方法是用两种不同等级的工作压力，移架时，用较高的工作压力，推溜时，用较低的工作压力。3.2 液压支架部件工作原理及要求3.2.1 作用在顶梁和底座上的摩擦力的产生原因及方向顶梁和底座上的摩擦力的产生有两种情况：第一种情况是，当支架前移时，顶板对顶梁和底座之间产生摩擦，从而产生摩擦力，它的大小与顶板对顶梁的作用力和支架底座

52、对底板的作用力及它们的摩擦系数有关，它们的方向与支架的运动方向相反；第二种情况是，由于掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架有四连杆机构，使顶梁前端的运动轨迹成纽线，所以当支架在承载让压过程中，顶梁载荷作用在顶梁上产生摩擦力，摩擦力的大小与顶板载荷和顶板与顶梁的摩擦系数有关，它们的方向与双纽线的轨迹有关，当双纽线轨迹向前凸时，顶板在承载让压过程中，顶板向前运动，摩擦力方向向后，反之，则向前。3.2.2 立柱在支架工作过程中的作用及对性能的要求立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，因而除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，结构要简单，并能适应

53、支架的工作要求。3.2.3 液控单向阀在立柱和推移千斤顶上的工作原理（1）液控单向阀在立柱上的工作原理立柱上的液控单向阀，利用该阀的闭锁原理来控制立柱下腔的工作状态。立柱初撑时，它使工作液体进入立柱下腔产生初撑力；立柱承载时，它可以封闭下腔的工作液体，产生与工作阻力相应的压力；立柱卸载时可以使下腔液体排出。（2）液控单向阀在推移千斤顶上的工作原理在推移千斤顶上的液控单向阀，也是利用该阀的闭锁原理，来控制推移千斤顶活塞腔的工作状态，以直接推移方式为例，如图3-3所示：图3-3推移千斤顶液压系统图 1推移千斤顶； 2液控单向阀缸体与支架底座铰接，活塞杆与输送机铰接，当推输送机时，它可以使工作液体进

54、入活塞腔，产生推输送机力，当推移千斤顶液压系统不操作，采煤机在输送机上工作时，可以封闭活塞腔的工作液体，防止输送机与液压支架发生相对运动；在移架时，高压液进入活塞杆腔，同时打开液控单向阀，使活塞腔液体排出，但由于左、右邻架液压系统没有操作，使左、右邻架保持缩紧状态，防止输送机被支架拉回。第4章 设计方案4.1设计方案的拟订预设计一种掩护式液压支架，为安全生产提供条件，方案如图4-1所示： 方案1 方案2 方案3图4-1掩护式液压支架结构简图方案1掩护梁与底座直接铰接，不带四连杆机构，支架升降时梁端运动轨迹为圆弧，这种支架的结构简单，但梁端距变化大，易造成近煤壁顶板冒落；方案2与方案3都带有四连

55、杆机构，这种支架掩护梁通过前、后连杆与底座铰接，升降时梁端的运动轨迹为近似平行煤壁的双纽线，梁端距变化较小，但方案3支顶式掩护支架较方案2支掩式掩护支架在立柱工作阻力相同的条件下其支撑力大些。经过以上分析，方案3比较合理，所以采用方案3。4.2主要技术经济指标主要技术经济指标是：煤层厚度：1.32.6m 煤层倾角：4.3 主要计算步骤主要计算步骤：（1）支架的结构设计方案的拟定。（2）四连杆机构的设计。 （3）初撑力和工作阻力的确定。（4）结构尺寸设计。（5）各主要部件的设计。 （6）主要部件强度的校核。（7）绘制相应设计内容的技术图纸。第5章 液压支架的结构尺寸设计5.1液压支架设计的基本要

56、求和基本参数5.1.1液压支架的设计目的采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭增长的需要，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面（简称综采工作面）。而每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的顶底板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸的液压支架。因此，液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量也是很大的。由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个

57、环节。5.1.2设计时对液压支架的基本要求（1）满足对采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的的初撑力和工作阻力，以便有效地控制顶板。（2）液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100kN；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100150kN，中厚煤层一般为150250kN，厚煤层一般为300400kN。（3）防矸性能好。（4）排矸性能好。（5）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。（6）为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。（7）调高范围要大，照明和通信要方便。（8）支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。（9）要求液

58、压支架要有足够的刚度，能够承受一定不均匀载荷和冲击载荷。（10）在满足强度条件下，尽可能能减轻支架重量。（11）要易于拆卸，结构要简单。5.1.3 设计液压支架必需的基本参数（1）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。（2）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。（3）煤层倾角。根据煤层倾角，决定是否选用防倒防滑装置。（4）配套尺寸。根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。5.1.4 本文做的主要工作本文的主要工作是根据实际条件：煤层厚度1.32.6m，煤层倾角15，设计一种掩护式液压支架，以保证安全生产的需要。5.2液压支架的参数确定

59、5.2.1 液压支架高度的确定根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件并能满足配套设施，如采煤机、输送机的高度要求和保证采煤人员有足够的空间等因素确定，其最大与最小高度为： EQ EQ 再根据支架最大、最小高度系列,确定支架的最大、最小高度为：。式中 支架的最大高度； 支架最小高度；煤层最大厚度（最大采高）；煤层最小厚度（最小采高）； EQ 考虑伪顶，煤皮冒落后仍有可靠的初撑力所需要的支撑高度，一般取0.20.3m，这里取0.2m； 顶板最大下沉量，一般取0.10.2m，这里取0.1m； 移架时支架的最小可伸缩量，一般取0.05m； 浮矸，浮煤厚度，一般取0.02m；5.2.2 支架伸缩比的确定

60、支架的伸缩比指支架最大与最小高度之比，即 由于液压支架的使用寿命较长，并可能并安装在不同采高的采煤工作面，所以支架应具有较大的伸缩比。在采用双伸缩立柱时，垛式支架的伸缩比为1.9；支撑掩护式液压支架为2.5；掩护式液压支架可达3.0。一般范围为1.52.5。5.2.3支架间距的确定目前主要根据输送机中部槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块的位置来确定。我国刮板输送机中部槽每节长度为1.5m，千斤顶连接块位置在中部槽中间位置，支架间距一般为1.5m，我国规定支架标准中心距为1.5m。5.2.4 支架宽度的确定包括侧护板在内的顶梁宽度1.41.6m（下限为侧护板收缩时的运输宽度，1.5m为支架正常工作的