矿用液压支架的设计液压支架的设计

1、目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc331 1. 简介 PAGEREF _Toc331 3 HYPERLINK l _Toc22319 2.液压支架设计简介 PAGEREF _Toc22319 13 HYPERLINK l _Toc19753 2.1 液压支架的工作原理 PAGEREF _Toc19753 13 HYPERLINK l _Toc23289 2.2 支架的组成 PAGEREF _Toc23289 13 HYPERLINK l _Toc7742 2.3 液压支架主要结构件及其作用 PAGEREF _Toc7742 13 HYPERLINK l _Toc6

2、784 2.3.1 顶梁 PAGEREF _Toc6784 13 HYPERLINK l _Toc28409 2.3.2 盖梁 PAGEREF _Toc28409 14 HYPERLINK l _Toc894 2.3.3 基数 PAGEREF _Toc894 14 HYPERLINK l _Toc1805 2.3.4 四连杆 PAGEREF _Toc1805 15 HYPERLINK l _Toc5177 2.3.5 推动机构 PAGEREF _Toc5177 17 HYPERLINK l _Toc21403 2.4 框架式液压支架 PAGEREF _Toc21403 18 HYPERLINK

3、 l _Toc5492 第 3 章液压支架的结构设计 PAGEREF _Toc5492 19 HYPERLINK l _Toc29145 3.1 液压支架的选择 PAGEREF _Toc29145 19 HYPERLINK l _Toc20744 3.1.1 液压支架的首选结构型式 PAGEREF _Toc20744 19 HYPERLINK l _Toc2003 3.1.2 液压支架框架选型原则 PAGEREF _Toc2003 19 HYPERLINK l _Toc4638 3.1.3 影响车架类型选择的因素 PAGEREF _Toc4638 20 HYPERLINK l _Toc9260

4、 3.2 液压支架结构设计 PAGEREF _Toc9260 21 HYPERLINK l _Toc25697 3.2.1液压支架结构参数的确定原则和内容 PAGEREF _Toc25697 21 HYPERLINK l _Toc25880 液压支架整体结构及尺寸设计 PAGEREF _Toc25880 21 HYPERLINK l _Toc29092 3.4 PAGEREF _Toc29092 液压支撑部件的设计26 HYPERLINK l _Toc26588 3.4 起草液压系统 PAGEREF _Toc26588 31 HYPERLINK l _Toc6605 第 4 章支撑的应力分析和

5、计算 PAGEREF _Toc6605 31 HYPERLINK l _Toc19866 4.1 支架工作状态 PAGEREF _Toc19866 31 HYPERLINK l _Toc32519 4.2 支撑载荷的确定 PAGEREF _Toc32519 32 HYPERLINK l _Toc18227 4.3 支座应力分析 PAGEREF _Toc18227 33 HYPERLINK l _Toc20613 4.3.1 主要参数的影响 PAGEREF _Toc20613 33 HYPERLINK l _Toc27011 35的受力计算 PAGEREF _Toc27011 HYPERLINK

6、 l _Toc12378 40的强度计算与验证 PAGEREF _Toc12378 HYPERLINK l _Toc21580 第 6 章推式千斤顶的设计计算 PAGEREF _Toc21580 44 HYPERLINK l _Toc13631 6.1 孔径和壁厚的计算 PAGEREF _Toc13631 44 HYPERLINK l _Toc18813 6.1.1 确定气缸孔直径 PAGEREF _Toc18813 44 HYPERLINK l _Toc20272 6.1.2 千斤顶油缸壁厚计算 PAGEREF _Toc20272 44 HYPERLINK l _Toc32704 6.2 推

7、动千斤顶的强度校核 PAGEREF _Toc32704 45 HYPERLINK l _Toc20040 6.2.1 推动千斤顶 PAGEREF _Toc20040 45的稳定性验算计算 HYPERLINK l _Toc4725 6.2.2 活塞杆强度校核 PAGEREF _Toc4725 46 HYPERLINK l _Toc1361 6.2.3 筒体强度计算 PAGEREF _Toc1361 47 HYPERLINK l _Toc17027 6.2.4 缸体与缸底焊缝强度计算 PAGEREF _Toc17027 48 HYPERLINK l _Toc3539 第七章。液压支架的使用和维护

8、PAGEREF _Toc3539 48 HYPERLINK l _Toc5791 7.1 液压支架操作 PAGEREF _Toc5791 48 HYPERLINK l _Toc8625 7.1.1操作 PAGEREF _Toc8625 前准备48 _ HYPERLINK l _Toc7944 7.1.2操作模式和顺序 PAGEREF _Toc7944 48 HYPERLINK l _Toc24209 7.1.3 使用括号的注意事项 PAGEREF _Toc24209 49 HYPERLINK l _Toc32699 7.2 液压支架的操作和维护要求 PAGEREF _Toc32699 50 H

9、YPERLINK l _Toc10658 结论 PAGEREF _Toc10658 51 HYPERLINK l _Toc15788 参考文献 PAGEREF _Toc15788 52 HYPERLINK l _Toc24193 字 PAGEREF _Toc24193 531 简介第一章概述1.1 国外主要产煤国综采技术发展趋势煤炭综合机械化开采是煤炭开采技术现代化的重要标志。 1980年代后期以来，高产高效综采技术在世界主要产煤国，特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非等产煤大国发展迅速。综采工作面高产高效记录不断刷新，综采装备新技术层出不穷。年均精煤产量145.4万吨，平均工效274t/(

10、work*d)，工作面移动（含设备安装）时间平均684人/面。工作面平均长度为240 m，最大长度为335 m。 1994年，平均班产量进一步提高。其中，前10个工作面平均班产精煤5998吨，相当于年产量400万吨以上。 SHAMR0CK的惠克福克煤矿123小组产煤166万吨，相当于月产量83万吨； Cyprus Amax Coal Company Camboland Mine 1995 年 6 月 创下每月洗精煤 573,000 吨的记录。 1994年11月，阿科煤业的西皮皮矿创下了日产4.5万吨的世界纪录，月产量超过50万吨。 1994年美国长壁工作面80个，其中电液控制工作面70个，占8

11、7.5%，采用73套两柱屏蔽支架，7套四柱支撑屏蔽支架和两柱屏蔽支架。覆盖支架占91.25%，大部分支架工作阻力为7000-8000 kN，最大的两柱屏蔽支架工作阻力达到9800 kN。一般配备大功率电力牵引重型采煤机组和大功率、大容量、高可靠性的刮板输送机。近10年来，澳大利亚的综采发展迅速。综采工作面由1980年的3个增加到1994年的25个，井效率达到17.71吨/工。 Codilx矿和Barboni矿的综采工作面年产量已超过300万吨。为了不断提高综采产量，澳大利亚近年来采取了一系列措施，包括改革劳动力制度，采用各种新设备和新技术，从全国范围内选用最先进的重型高效设备。实现综采工作面世

12、界，做到一井用一井。 ，集中生产。英国和德国是世界上综采技术和设备最先进的国家。受天然煤层赋存条件限制，高产高效工作面记录不如美国、澳大利亚，但世界著名的煤矿机械企业主要集中在德国和英国。近年来，由于国际矿业市场的低迷和激烈竞争，各家公司相互兼并，形成了几家大型跨国公司。为了占领市场，公司不断开发新技术和新产品。世界主要产煤国技术经济指标见表1-1。高产高效综采技术的核心是工作面综采装备。近10年来，采煤机、刮板输送机和液压支架三大工作面配套设备在设计方法和结构上取得了长足进步。主要是提高设备生产能力和可靠性，提高运行性能。采煤机技术发展的一个突破是采用多电机电力牵引技术，大大简化了机械传动系

13、统。采煤机的模块化设计使机器的维护和监控更容易、更可靠。现代先进采煤机的主要特点是：多电机交流变频调速或直流调速电动牵引，牵引速度不断提高，最高牵引速度达到29m/min； 大功率、高电压、大切深。采煤机装机功率超过1200kw，目前1100V的工作电压已不适合大功率采煤机的要求。美国目前常用电压为2300V，部分工作面开始使用4160V；英国和澳大利亚使用3300V；法国使用5000V；波兰使用6000v电压。采煤机切深达到1-1.2m； 积木式结构，机组之间无机械动力传递，简单可靠； ，可自动识别煤岩界面。并相应地自动调整滚筒的切割高度； 煤尘控制及故障诊断系统。随着采煤机功率的增大，产量

14、的增加，工作面刮板输送机也发展成为一种大功率、高强度、高可靠性的输送设备。目前，工作面刮板输送机的最大工作长度已达到335m，最大输送量为3500t/h，最大功率为1412kW。几种国外先进刮板输送机的技术特点见表1-2。图1-2 工作面刮板输送机技术特点先进瓜板输送机的主要特点是：整体铸造溜槽或组合焊接溜槽，减少了螺栓连接，提高了可靠性。使用寿命达到6-1200万吨煤通过能力； 采用38mm、 42mm大直径刮板链； 采用软启动技术，采用双缓速液力偶合器或排水型联轴器，配备程序逻辑控制器控制水流量。软启动大大提高了输送机的可靠性，使链条和链轮的寿命加倍； 故障诊断和工况监测技术，可以连续监测

15、输送机各部分的运行状态，进行故障诊断和报警。液压支架是综采工作面的主要设备之一。近10年的主要发展趋势是向两柱屏蔽式和四柱支撑式屏蔽式发展。框架结构进一步改进，设计方法更先进，参数向更高的工作阻力增加，大中心距（1.75m，2m）的发展，结构材料越来越多地使用高强度钢，如钢屈服极限为69MPa以上的板材，支架的寿命和可靠性要求大大提高，部分企业要求支架的耐用性。性测试循环次数高达5000次。支架的寿命超过14年。液压支撑技术的另一个重大突破是控制系统，它采用电液控制技术，采用电磁（或微电机）控制的先导阀。先进可靠的压力和位移传感器、灵活自由可编程的微处理器技术、红外遥感技术等现代科技成果，使液

16、压支架的动作自动连续，移动机架的速度大大提高，循环支持次数达到6-8次。采煤机煤岩识别系统等先进技术可实现工作面自动控制。1.2 我国综采技术发展现状存在的几个问题我国从1973年开始从德国、英国等国引进大型综采设备，经历了消化、吸收、改进的过程。截至目前，已形成较为完善的设计、制造和科研体系。先后研制、试验成套经济型综采设备；薄煤层、中厚煤层、大采高综采成套设备、液压支架系列及特厚煤层分层机械化铺网成套设备及技术；放顶煤放顶液压支架系列及成套设备及工艺。 1995年，全国共有综采工作面243个，综合煤矿综合机械化程度达到46.66%。工作面平均工效为25.077t/工。年产100万吨以上综采

17、队65个，其中年产200万吨以上9个，年产300万吨以上2个。 1995年，屯煤矿2号队年产315万吨，最高月产量34.7万吨，创造了我国高产高效的最好记录。一、高产高效矿山建设成效显着中国从1993年开始组织建设高产高效矿山，到1995年已建成56座高产高效矿山。在产量提高9.1%的基础上，平均工效达到6.23吨/人，提高了2.9吨/人。平均工作面由149个减少到107个，减少原煤生产人员7万人，实现了单井一侧或双侧一井的生产模式，向集约化生产迈出了可喜的一步。高产高效工作面设备因地制宜采用三种模式。一是引进全套国际先进设备，如集团旗下大柳塔煤矿，全套引进德国、英国、美国等国家先进设备，借鉴

18、高产先进经验和该国的高效采矿。 ，走高起点、高投入、高产出、高效率的道路；二是引进国产相结合，引进国外先进采煤机和刮板输送机等关键设备，配套兖州屯煤矿等国家先进设备。设备，优化系统匹配，实现高产高效。国内知名高产高效工作面设备见下表2、机械化铺网分层开采放顶煤技术达到世界先进水平1980年代中期以来，我国开展了超厚煤层分层开采机械化铺网液压支架及支护技术研究，取得了重要成果。义马二柱屏蔽四柱支撑屏蔽网铺设支架系列开发试验成功。等矿区在特厚煤层分层布网技术方面积累了丰富的经验。综采放顶煤技术起源于1950年代后期的欧洲，经过几十年的试验和使用，已在全球近10个国家得到发展。然而，自1980 年代

19、以来，这项技术在国外一直在消亡，不仅在美国、英国和德国。 、澳大利亚等国家已不再使用，就连放顶煤放顶技术发展最早的法国、匈牙利、南斯拉夫和俄罗斯也很少使用。主要原因有： 1 、受客观条件限制，适合放顶煤开采的煤层较少； 2 、由于严格的安全规定，受限于放顶煤放顶技术本身的弱点和复杂性； 3 、环保要求； 4 、传统综合挖矿优势。近年来，综放技术在我国得到发展和广泛推广，综放开采已成为一种高产、高效的采煤方式。综采放顶煤队23个，占35.4 %，其中，年产200万吨以上的9个综放队中，有6个综放放顶煤队。目前，我国有70多个综放工作面，发展迅速。我国顶尖的放煤技术已达到世界领先水平。3、综采装备

20、研发有了新进展“八五”期间，满足高产高效工作面生产要求的大功率高效综采装备取得长足发展。我国部分综采设备已出口到美国、俄罗斯、印度和土耳其。成功研制MG2 400-W型滚筒采煤机，液压牵引，装机功率2 400KW ，输送能力1500t/h ，铺设长度250m ，出料槽， 2 34双中链横向卸料头，双行星减速机，两台高速电机驱动、传动、传动部件可平行或垂直布置，通煤能力200万吨。昌家口煤机厂、西北煤机一厂等重点输送厂分别与国际长壁公司、威斯特伐利亚公司合作开发槽宽1000mm 、输送能力2000-2500t/h 、功率2 575kW、500万吨以上的刮板输送机等设备目前处于试生产阶段。液压支架

21、的设计和研究取得了重要进展，主要有以下几个方面：( 1 )设计理论和方法取得突破。煤炭科学总院采矿研究所对支架的力学特性进行了深入研究，提出了液压支架三维力学模型的计算方法，克服了传统平面的缺陷。力系统方法，提出了一种液压支架整体结构参数的优化设计方法。研制并广泛应用了液压支架设计计算通用软件系统，使我国液压支架设计计算上了一个新台阶。( 2 )完成液压支架计算机仿真试验研究，成功将有限自由法应用于液压支架研究，建立液压支架整体无有限模型，开发SSTS液压支架仿真试验计算机模拟软件系统，大大提高了液压支撑。该设计的可靠性被广泛应用于液压支架的设计和研究，达到国际先进水平，为我国液压支架进入国际

22、市场发挥了重要作用。（三）技术法规和标准化建设取得重要进展。先后制定了17项液压支架系列技术标准，成为世界上液压支架标准比较完善的国家之一，推动了液压支架技术的发展。( 4 )计算机辅助设计( CAD)得到很大发展。研制了CAD工作站和计算机CAD系统，建立了比较完善的液压支架数据库和通用库，支架设计的CAD正在逐步实现。( 5 )液压支撑控制系统取得重大进展。结合中国国情研制的全液压手动控制快速换档系统的广泛应用，大大提高了支架的下降、移动和提升的速度，从过去的每架20 30秒提高到每架9 12秒。( 6 )新型车架式开发取得显著成效，车架式结构进一步完善。新型高可靠性支架、反向四杆高效低位

23、放顶煤支架、轻型支架、轻型单摆杆放顶煤支架中小型煤矿单煤层均取得成功。四、我国综采技术发展存在的问题( 1 )我国煤层赋存条件复杂，老矿井受生产体制制约，综采效率难以发挥。我国大部分矿山规模较小，生产系统不满足集中生产的要求。隧道断面小，支护质量差，掘进设备陈旧，进度缓慢，运输系统环节多，辅助运输落后。工作面长度、采煤机切深、采区长度等工作面参数相对较小。( 2 )劳动力素质差。很多综采队伍以农民轮岗为主，文化基础差，队伍不稳定。管理水平低，管理模式落后，管理层次多，扯皮现象严重。( 3 )煤炭企业普遍经济效益差、负担重、技改任务艰巨、资金投入错位严重，发展后劲不足，部分矿山设备更新能力不足，

24、机械供应倒退。( 4 )小煤矿乱采现象严重。一方面，市场对国有煤矿的冲击已成为影响综采发展的负面因素。（五）科研投入严重不足。科研单位创收成为主要目标，技术攻关实力不足，科研成果低水平流通严重。( 6 )受价格和基础产业水平的影响，我国煤炭机械制造质量、产品性能和可靠性与世界先进水平相比仍有较大差距。特别是采煤机、工作面输送机、液压支架电液控制技术、矿区供电技术、工况监测与故障诊断技术及自动化技术等，与国际先进水平相比没有太大差距。1.3 综采井生产环节合理匹配综采井生产系统配套设备除槽机外，还应包括与综采工作面刮板输送机直接相连的槽机、破碎机、皮带机、起重设备、开挖支护设备、工作面电源等。为

25、保证综采工作面设备效率的充分发挥，需要保证生产系统的各个环节具有足够的通过能力和适应性。即要保证起重能力大于运输环节的能力，运输环节的能力大于工作面的生产能力；要保证掘进速度、通风能力和供电能力满足宽工作面的实际需要。掘进速度跟不上综采工作面的推进速度是个大问题。矿山布局不合理。势必导致巷道开挖量的增加。在美国，主井和副井直接布置在可开采的煤田中。不仅大大减少了巷道行驶（无岩巷道行驶），而且简化了运输系统。目前，我国开挖严重失衡的主要原因是在开挖机械化方面，支护作业还没有实现机械化。锚杆支护技术的应用不仅可以提高开挖速度，提高巷道支护质量，减少辅助作业时间，还可以解决综采工作面端部支护问题。在

26、一些煤矿，两个工作面共用同一个运输系统，导致生产和运输不兼容。主要运输系统运输能力普遍偏低，无法与高产高效综采工作面产能相匹配，需要对现有运输设备进行改造。例如，带式输送机应实现尾部自移动和闭环控制装置的功能。又如占90%以上的交流曳引机应采用PC控制技术。这些技术措施的实施，不仅将提高运输能力，增强运力，还将带来显着的经济效益。1.4 液压支架的应用及意义随着工业技术的不断发展和国民经济对煤炭需求的不断增加，煤炭开采特别是采煤工作面的生产技术发生了很大变化。自1954年英国配备世界上第一个液压支架工作面以来，采煤技术实现了全面机械化。综合机械化。即采煤、运输、配套三大生产环节全部实现机械化。

27、即采用滚筒式、刨煤式等采煤机械进行落煤装煤；工作面重型可弯曲输送机用于输送煤炭，配以合适的开槽机和伸缩带式输送机；自移动液压支架支撑和管理顶板。这些类型的设备相互配合，形成综合机械化采煤设备。液压支架是一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备，以高压液体为动力，由若干液压元件（油缸和阀件）和一些金属结构件组成。运输机等一整套流程。液压支架技术先进、经济合理、安全可靠。当前，世界各国都在不断提高采煤工作面综合机械化水平。我国从1964年开始研制液压支架，至今取得了良好的效果。自1974年以来，先后从西德、英国、英国和波兰进口了许多不同类型的液压支架。实践证明，液压支架具有强度高、支护性能好、搬迁速度快

28、、安全可靠等优点，可使采煤工作面实现高产、高采收率和高工效，可以大大降低劳动强度、成本和效率。开挖率，实现安全生产。1.5 液压支架发展现状及存在问题1.5.1液压支架的发展现状液压支架作为综采工作面的关键设备，经历了几个发展阶段。 1950年代，英国研制的堆叠式支架和法国研制的分段式支架取代了木柱、金属摩擦柱和液压柱，开启了采煤工作面支护设备的技术革命；屏蔽支架（采用四连杆机构）从根本上解决了支撑梁端距变化大、无法承受水平力的问题，开创了液压支架设计的新纪元； 1970年代，主要产煤国不断改进支护结构，提高支护性能，实现支护“即时支护”力量型； 1980年代以来，为了提高生产率和降低成本，在

29、液压支架的设计开发中应用了许多高新技术，特别是液压支架的性能得到了很大的提高。例如，美国和澳大利亚的长壁工作面大多采用电液控制技术，可以通过液压支架的各种程序控制方式来监控各种程序的性能。美国90%以上的长壁综采工作面采用电液控制双肩盾构支护，额定工作阻力可达9800kN，初始支护比0.70.85，移动循环时间大多小于10s。我国于1958年开始设计屏蔽支架。1964年以来，专门研究实验室全面开展了框架式和瓣膜式的研究。 1970年，第一个全工作面配备了Tz-140堆垛液压支架。到1970年代中期，又研制出QY型屏蔽支架和ZY35型支撑屏蔽支架。 1980年代以来，先后研制出大吨位TZ-720

30、硬顶支架、分层开采自动铺设和联网支架、放顶煤液压支架、大流量安全阀控制阀等。到目前为止，我国适用于高产高效网格生产的液压支架有20多种，其中一半用于缓倾斜中厚煤层和缓倾斜厚煤层。适用于缓倾斜、中厚煤层、高产高效的液压支架代表型号有QY200-14/31、BY3300-3/33、ZY35或BC400-17/35、TZ720-20.5/32、 ZY550-13 /29、ZY560k等适用于缓倾斜厚煤层的高产高效液压支架分为机械化铺网支架、初采全高支架和放顶煤支架三大类。底座后部的自动铺底网支架（如BC7A400-17/35、PY3200-17/35）效果更好。 BY3200-23/45、QY350

31、-25/47； BC4800-22/42、ZY560-25/4等大型采高支架已实现年产百万吨以上。放顶煤支架分为单输送带腿开天窗式、双输送带插入式、双输送带开天窗式三大类。其代表车架型号有ZFD5600-26/30、FY2800-14/28、ZFS5200-16/32。与国外同类产品相比，这些支架移动速度较慢（一般为20-30s），初始支撑较低（一般为0.52-0.77，实测仅为0.25-0.4）。1.5.2这儿存在一个问题液压支架经历了开发试验、引进模仿改进创新等阶段，直至目前的自主设计制造阶段。特别是在液压支架的框架型式和结构件的设计和研究上投入了大量的人力物力，达到了国外同期先进水平。但

32、在液压支架及其液压控制系统动态特性、液压支架电液控制技术和计算机辅助设计等方面的研究起步较晚，远远落后于一些先进国家。特别是对液压支架的液压系统及其控制技术的研究投入较少，存在的问题最为突出，已成为制约液压支架发展的主要因素。在我国工业领域，液压支架等煤矿机械的设计水平和技术水平相对落后于其他行业，主要表现在：设计主要采用静态和经验方法；工况转换的控制仍以人工为主；作业过程在线动态监测技术还比较落后，很多综采工作面还是空白。造成上述落后情况的主要原因是：（1）工作面的所有设备、仪表有防爆要求，控制系统的电源必须是本质安全的；(2)工作面空间很小，所有装置的体积和形状都受到一定的限制；（3）相当

33、数量的设备及其控制系统密集布置在有限的空间内，抗干扰问题是一大难题；（4）支架距离泵站较远（用于长距离供液），压力损失和管道振动问题严重；(5)液压支架有下降、移动、提升、推动相位调整架等步骤。有时同一架不同工序的组合作业，或不同架的相同或不同工序的组合作业，给液压支架的自动控制带来了很多。困难。目前，采煤工作面机械化生产作业存在两个主要问题。一是支撑速度太慢，不能满足高产高效生产的需要，特别是与采煤机的牵引速度不匹配；维修和安全生产带来诸多困难，有时严重影响工作面的正常生产。支架速度主要取决于移动速度（即完成液压支架下降、移动、提升等动作的速度），直接影响工作面的产煤量。液压支架的初始支撑力

34、决定了液压支架与受控顶板之间的特性关系。顶板管理不善，势必影响移动速度的正常发展。易挥发，从而间接影响工作面产煤量。提高齿条输送速度，需要提高泵站的额定流量、供液系统的大口径管道和阀门部件的承压能力。但大流量高压乳化泵、液压阀、大口径高压软管的研制难度较大。德国、英国、日本等国家在这方面的研究取得了突破，而我国在这方面的研究相对落后，目前还没有适合高产高效工作面的配套产品。还。液压支架的设计和研究与采场矿山压力的研究之间存在明显的脱节。对液压支架的研究一般是基于液压支架的载荷假设来研究其性能；对矿井压力的研究没有考虑液压支架动力特性的影响。但实际上水力支架与采场围岩之间存在着不可分割、相互作用

35、的动力关系。1.6 液压支架研究趋势为了进一步提高支架的性能，提高齿条的速度，需要快速开发和推广用于大流量支架、大口径液压软管、初始支撑力保证阀或自动助力器的阀门。阀与高压变量乳化泵组合。要加快电液控制系统的发展，优化配套供液系统和液压控制系统。还需要开发和研究等压双伸缩柱和能够克服刚性四连杆机构缺点的新型框架式。此外，综放工作面的动架速度问题也不是很突出。但无论是分层开采还是放顶煤开采，降低工作面供液系统压力，增加支护初始支护力仍是十分迫切的。可见，自动加压及初始支持系统具有一定的应用前景。气柱支护以其综合性能好、稳定性好、抗冲击载荷能力强、初投资低、操作维护方便等优点，在薄煤层和陡斜煤层支

36、护中占有一席之地。变流量、变压乳化泵等新产品的开发，将大大改善支架供液系统的特性。针对影响齿条移动速度的因素分析以及提高齿条移动速度的方法和途径，许多文献讨论了影响齿条移动速度的主要因素：系统的额定流量和额定压力，以及供液系统管道的流量。通径及溢流阀、液压支撑柱提升行程和顶推行程、立柱直径与活塞直径之比、支柱和顶梁重量等流量，采用电液自动控制，采用大流量燕件，提高液压支架的进液和回液系统。目前液压支架移动速度的计算方法只是静态计算，只反映移动动作的运行时间和运行时间。对于动态特性较差的支架液压系统，支架动作过程所需的时间远远超过静力计算的运行时间。为确保执行煤炭工业部对初始支撑力的要求（达到设

37、计韧性支撑力的80%以上），往往需要保证10 30 多岁。关于液压支架初始支撑力存在的原因以及解决该问题的方法和途径，一些文献从不同的角度进行了大量的讨论。文献指出，泵站实际设定压力低，仅在一定范围内波动，远距离供液压力损失严重，顶底板受浮煤和浮筒冲击不平整，并且不能保证液压支架的初始支撑时间能够多人或多人操作。支架同时作业等因素是造成液压支架初始支撑力不均匀的主要原因；在增加大学校径和数量、提高泵站压力、采用双供液系统、监测采油工作面支护质量、增设强韧支护等方法和措施上存在一定的不足。切削力，如力保证阀。为了提高框架传递的速度，难以保证初始支撑时间，从而无法保证初始支撑力满足规定要求。可见，

38、提高车架移动速度与提高液压支架的初始支撑力之间存在矛盾。电液控制技术在液压支架上的应用，可以提高液压支架的自动化程度和移动速度（将不同工序或不同支架的运行时间间隔缩短到最低限度），并可以实现恒压初始支架和远程程序控制等功能。带压移动齿条控制系统可实现液比齿条卸料和换齿条过程的同步化和自动化，提高液压齿条的支撑特性和顶控效果，消除液压齿条的升降行程，所以在一定程度上是可以使用的。提高机架传输速度。两立柱屏蔽支架由于立柱少、操作简单、上架速度快等优点，在国外得到了广泛的应用。但是，平衡轴及其连接耳座的损坏问题并没有得到很好的解决。初始支撑增压阀的研发可解决初始支撑力问题，同时有助于缓解高压大流量的

39、制约关系。但体积和重量过大、支架上设置困难等因素是初始支撑增压阀难以应用的根本原因。电液控制技术、带压动齿条控制系统、初始支撑增压阀的研究与应用，旨在改善液压支架的支撑特性，提高动齿条的移动速度和初始支撑力。两柱屏蔽支架的大量使用，也与此类车架的快速移动速度有关。可见，移架速度和初始支撑力问题是液压支架及其液压系统研究设计的核心问题。要从根本上解决相互制约的两个核心问题，还需要以研究液压支架及其液压系统的动态特性为突破口。根据国外液压支架的发展现状和研究趋势，设计人员认为应研究液压支架的动态支撑及其液压控制系统，以及两个核心要素（移动速度和切削支撑力）之间的动力学。应分析确定液压支架的数量。是

40、一个亟待解决的重大问题。1.7 液压支架发展趋势近年来，为适应煤矿开采综合机械化的发展需要，液压支架发展迅速，出现了多种类型。据统计，其结构形式已达数百种。每种支架有1到8根柱子，支撑力从50吨到800吨不等。支架的厚度适用于0.6-5.0米的煤层厚度，甚至更厚的煤层。液压支架已广泛应用于缓倾薄、中厚煤层。但由于煤层赋存条件复杂，支架结构不完善，设备仍需管理和操作经验，液压支架的使用受到限制。 .为提高支架的支护性能，提高其对矿山地质条件的适应性，扩大使用范围，延长使用寿命，目前液压支架有以下发展趋势：1大力发展屏蔽和支撑屏蔽支架，逐步减少其他类型支架的应用。 1976年国际矿山设备展览会上展

41、出的89个液压支架中，80%是盖板支架。这些支座的主要特点是：采用四连杆机构，使断梁与煤壁的距离基本恒定。支柱支撑在顶梁上，提高了支撑的工作阻力；顶梁和盖梁铰接，消除了两者之间容易被铅石堵塞的三角形区域；盖梁和顶梁主梁部分均设有侧护板，提高支架的防护能力；采用整体自移动式，方便支架操作和自动控制。2液压支架的进一步发展，着力解决扩大使用范围的问题。目前各国都在发展大倾角、大采高、大切深和薄煤层支架，使支架与菜煤机更好的配合。近年来，国外正在开发切削深度1.5米左右或采高5.5米的液压支架。同时，为了扩大支架的高度周长，广泛采用双伸缩撑杆。3 高压乳化泵用于提高支架的初始支撑力。许多国家使用的泵

42、站压力已达到300公斤/以上。4 为简化支架管路系统，便于安全操作，采用“多芯管”先导相邻框架控制操作方式。5 为加快支架移动速度，进一步改善操作条件，支架控制正向自动控制方向发展。目前已采用成组程序控制，全工作面自动控制处于研究阶段。2.液压支架设计介绍2.1 液压支架的工作原理液压支架以乳化液泵站提供的高压乳化液（这里使用水包油乳化液）为动力，由液压操作系统、控制系统、液压缸和金属部件组成.来自泵站的高压乳化液经进液总管送至工作面，与各支架的进液截止阀连接后引入支架，再分配至各液压缸通过组合控制阀完成支架所需的操作。各种动作。从支架返回的低压乳化液由回水主管道通过组合控制阀和回流截止阀流回

43、泵站乳化液罐循环使用。支架的承载原理如下：液压支架支撑在综采工作面顶底板之间，支撑顶板。顶板压力作用在顶梁上，压力通过顶梁与底座之间的立柱传递到底板。为了保证支撑结构的强度和支撑顶部的支撑安全，在立柱下腔内安装了安全阀。当顶板压力超过柱子安全阀的极限压力时，安全阀打开，释放柱子内的液体给压。当顶板压力下降到塔的工作阻力时，关闭安全阀进行保压。2.2 支架的组成液压支架主要由金属结构件、油缸和液压控制元件三部分组成。金属结构件主要有顶梁、盖梁、前梁、上连杆、前连杆、后连杆、底座、侧护板、护板等。油缸主要包括双作用双伸缩柱、顶推千斤顶、侧护千斤顶、前梁千斤顶等。液压控制元件主要包括液压控制阀、控制

44、阀、二通锁、安全阀、截止阀等及液压辅助元件。2.3 液压支架主要结构件及其作用2.3.1顶梁顶梁采用整体顶梁与顶板直接接触，支撑顶板载荷。它是支架的主要轴承部件之一。它是一种由钢板焊接而成的箱形结构，以满足强度和刚度的要求。它的主要功能是：与屋顶相连的大量岩石和煤炭；反复支撑顶煤，可粉碎较硬的顶煤；隔离顶板，为工作面提供足够的安全空间。支架采用分段组合式顶梁结构（刚性顶梁+伸缩前梁），强度高，对屋顶的维护性更好；另外，顶梁前部设有吊耳，便于小型机器的吊挂。件。2.3.2盖梁1-护板耳座； 2-侧推千斤顶座； 3- 侧护板； 4-侧推千斤顶；5-前连杆耳座； 6-后连杆耳座； 7-帮助插孔耳座；

45、 8- 弹簧桶；9 - 插入式插孔插座图 2-1 盖梁盖梁分别与底座和盖梁千斤顶有关，其主要作用有：承受下顶板传递的水平分力和侧向力，增强支架的抗扭能力；盖梁和盖梁千斤顶，保证支架的稳定性；挡住煤块不落下，保持工作空间。2.3.3根据底座是将顶板的压力通过立柱传递到底板并稳定支撑的主要结构构件。支架设计为整体刚性底座，底座底部连接面积大，有利于降低对底板的比压。这种底座的缺点是在推料机构外容易堆积浮煤和杂物，需要及时清理。基本结构如图2-2所示1.前连杆连接 2.后连杆连接 3.限位块 4.U型限位块5.前柱插座 6 后柱插座 7.踏板 8.耳板图 2-2 底座它的主要功能是：将上部荷载转移到

46、底板上，为立柱、推动装置和其他辅助装置提供安装空间；为员工创造良好的工作环境；确保支架的稳定性。2.3.4四连杆前后连杆分别与上连杆和底座铰接，形成四连杆机构。前连杆为铸钢件，铸件内不得有气孔、气泡或夹杂物。铸造后进行淬火和高温回火，以降低硬度，增加强度和韧性。后连杆不仅要承受落矸的载荷，还要承受顶板的水平推力，因此要求有更大的强度。图 2-3 前连杆图 2-4 后连杆四连杆机构的作用四连杆是筛分支架最重要的部件之一，支撑筛分支架。主要有两个作用，一是当支架由高变低时，借助四连杆机构，支架顶梁前端点的运动轨迹近似为双扭结线，使支架顶梁的前端点与煤相连。大大减少了墙间距的变化，提高了管理顶板的性

47、能；二是支架能承受较大的水平力。要想掌握四连杆机构的设计方法，就必须正确认识四连杆机构的作用。下面通过四连杆机构动作过程的几何特征进一步说明四连杆机构的作用。这些几何特征是四连杆机构动作过程的必然结果。1、当支架高度在最大周长和最小周长之间变化时，如下图，顶梁端点轨迹的最大宽度e应小于等于70mm，最好小于30毫米。2、支架在最高位置和最低位置时，顶梁与盖梁的夹角P和后连杆与底平面的夹角Q，如图所示，应满足以下要求要求：支架在最高位置时，P5262，Q7585；当支架处于最高位置时，为了便于矸石向下滑动，防止矸石停留在盖梁上，根据物理摩擦理论，要求tgw，如果钢的摩擦系数和脉石为 W=0.3，

48、则 P=16.7。为了安全可靠，最低工作位置应为P25。 Q角主要考虑后连杆的底部必须与底板有一定的距离，以防止后连杆从支架后部掉落而挡住后连杆，使支架无法降下.一般取Q2530。在特殊情况下，当需要减小角度时，可以增加后连杆下铰点的高度。3、从图3-1可以看出，盖梁与顶梁的铰点e与瞬时中心O的连线与水平面的夹角为。设计时角应满足tg0.35圆周，原因是角直接影响支架所能承受的附加力的大小（后面会详细讨论）。4、顶梁前端点双扭结线向前突出的截面应作为支架的工作截面，如图h截面所示。原因是当顶板受压时，柱子会被压缩，使顶梁有向前移动的趋势，这样可以防止岩石向后移动，并使整个支撑倾向于顺时针旋转，

49、从而增加顶梁前端的支撑。保护力防止顶梁前端上方的顶板脱落，降低底座前端的比压，防止底部啃咬，有利于框架移动。水平力的合力也相应减小，从而减小了屏蔽梁的外载荷。由以上分析可知，为使支撑合理可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽可能减小e值，且前凸截面为双扭结线作为支架的工作段。因此，在已知盖梁和后连杆长度的情况下，从这个角度来看，只需在设计时将盖梁和后连杆简化为曲柄滑块机构，并使用图纸方法，如图。 （其实液压支撑四连杆是双摇杆机构）2.3.5推动机构图 1-5 推框支架的推动机构包括推杆、连接件、推动千斤顶和销子等，主要作用是推动输送机和拉动支架。推杆的一端通过连接器与输送机连接，另一端通过推

50、杆与底座连接。推杆除了推拉力外，还要承受一定的侧向力，防止底座滑落。2.4 框架式液压支架根据支架的结构特点和支架类型，液压支架有三种基本类型。支架支撑柱多，均呈直立状态，顶梁较长，顶梁与柱底形成多铰点的矩形结构。此类支架工作阻力大，支撑力位于后部，顶切能力强，机架空间大。但框架结构不够稳定，承受侧向力的能力较差。适用于屋面直接稳定性明显或较强、旧屋面循环压力较硬的屋面，不适合破碎屋面。支架有两种类型：栈式和段式。盖支架屏蔽支架具有屏蔽梁以阻挡采空区中的矸石。柱子很少，都是倾斜排列的。顶梁较短，立柱可斜支撑在底座与顶梁或屏蔽梁之间。顶梁、盖梁和底座形成半封闭结构，将顶板、采空区和工作面空间分隔

51、开来。此类支架工作阻力小，顶切能力较弱，框架空间较小，但支架保护性能较好。适用于破碎且稳定性适中的直接屋面（1-2级）和无明显旧屋面压力的屋面（I-II级）。有直支撑和中间支撑两种。支持 - 覆盖支持支盖支座兼有支座和盖支的结构特点，均为四柱式。立柱可直立或斜支撑在顶梁或盖梁上，相当于支撑式和盖式的结合。主要使用支撑。 ，辅以封面。该类支架的工作阻力和切割能力介于上述两者之间，但由于有屏蔽梁，其屏蔽性能和稳定性都很好，适用于直接顶部稳定性和中等稳定性（2至4类）。 ，顶板有明显的周期性压力（）。第三章液压支架结构设计3.1 液压支架的选择3.1.1液压支架结构型式的优化根据以往水力支架设计的经

52、验，考虑不同框架类型和机构的支护与围岩力学相互作用、支护力矩、底板比压等特点，可以对围护结构和支护结构进行比较。液压支架机械特性总结（见表3-1）表 3-1 不同结构液压支架力学特性对比支架类型结构主要机械性能覆盖分支盖两柱盖支架承载力小，底板比压均匀，水平有效力大顶级支持两柱支撑型支座承载力大，稳定性好，底座尖端比压大，顶板上的主动水平力大，前端支撑力大支撑盖顶级支持四柱（或三柱）稳定性好，横向阻力强，比压均匀，但柱容量利用率低顶级支持四列X型顶梁合力调整面积大，膨胀比大，承载力高。四柱支持承载能力大，顶切能力强，压力比较均匀3.1.2液压支架框架型式的选择原则在选择液压支架时，要保证工作面

53、顶板的可靠支撑，避免设备投资过大，造成不必要的浪费。因此，正确选用液压支架对工作面的经济效益具有重要意义。液压支架型式的选择主要取决于液压支架的力学性能是否适合矿山顶底板条件等地质条件。当内容几种框架类型同时使用时，应优先选择最便宜的支架，支架最便宜，其次是盖板类型。支撑支架适用于稳定顶板。架空支架适用于中等稳定性和一般破损的屋顶。轴承护罩适用于循环按压坚硬、适度稳定和稳定的顶板。综采工作面支架选择还应注意以下四个原则：对于不稳定和中等稳定的屋顶，应首选两柱屏蔽支架。但在底板极软的情况下，必须严格检查和限制支撑座尖端的比压，底板的许用比压，即极限载荷强度，不得被超过。在这种情况下，一般应避免使

54、用沉重的支架。对于非常稳固稳固的难倒塌屋顶和强且非常强的周期性压力的屋顶，应首选四柱支撑屏蔽支架。众所周知，三点决定一个平面。由于顶板不平整，四柱支架中总有一根立柱对顶板的实际支撑力很低。因此，两柱盾构支架的承载能力利用率高于四柱支架。即两柱支架对顶板的实际支撑力高于相同标称额定阻力的四柱支架，尤其是机道上方的顶板支撑强度。在不稳定的车顶工况下使用四柱支架时，应注意对路面上方车顶的控制，包括增加前驱和可收放前梁的阻力。3.1.3影响框架选择的因素液压支架的选择受煤矿煤层、地质、技术和设备条件的限制。因此，以上因素都会影响支架的选择。液压支架型式的选择首先要适合屋面条件。一般情况下，可根据顶板的

55、高低，直接从3-1-5综采技术手册（第一卷）中的表格中选择框架型式。煤层厚度当煤层厚度超过1.5m，顶板有横向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强的支座，一般不需要支座。当煤层厚度达到2.5m2.8m以上时，需要选择带支撑装置的屏蔽或支撑屏蔽支架。当煤层厚度变化较大时，应选用高度调节较大的屏蔽式和带有机械加长杆或双伸缩柱的支架。对于假顶的分层采矿，应使用屏蔽支架。(2) 煤层倾角煤层倾角小于10时，支架可不设防滑装置。当倾角大于1025时，应使用带防滑装置的支架。 倾角大于25时，头部支架应设置防滑装置，工作面中部支架应设置底部调节千斤顶，工作面中部输送带应配备防滑装置。(3)底板强度检查比压，

56、使支撑座对底板的比压不超过底板的内容比压。为了方便机架移动，设计时支架底座前部的比压力应小于后部的比压力。(4) 气体含量对于涌气量大的工作面，应符合安全规程的要求，并选择通风端面较大的支撑或支撑屏蔽支架。(5) 煤层硬度煤层为软煤层时，支护最大开采高度一般2.5m；中硬煤层时，支护最大采高一般3.5m；煤层坚硬时，支座最大采高小于5m。(6) 地质构造断层非常发育，煤层变化太大，顶板内容外露面积小于5-8平方米，时间超过20分钟时，不宜采用综采暂时。(7) 设备成本综合考虑各种条件，宜选择支护支架的框架型式，即本组毕业设计选用的框架型式。3.2 液压支架结构设计3.2.1液压支架结构参数确定

57、的原则和内容确定支架结构参数的原则满足配套设备（采煤机、输送机）的相关要求：兼容支持的工作模式（立即支持或延迟支持）；结构紧凑，便于行人操作；支架工作稳定性好。确定支架结构参数的容量确定正常工作条件下支架与相应设备的位置关系；确定支架及其主要部件的整体布置和尺寸。3.2.2液压支架整体结构及尺寸设计液压支架的结构类型很多，随着开采高度和应用条件的不同，支架的结构布置和尺寸也不同。下面只分析目前广泛使用的三种典型框架类型的总体布局和结构尺寸。液体载体高度及其膨胀比的测定一般应先确定适合支护的煤层平均开采高度，再确定支护的高度。对于大采高支架，根据下式确定支架高度，即H = M十（200400）m

58、mH =M -(500400)mmH支架最大高度（mm）；H支架最小高度（mm）；M最大采高（mm）；M最小采高（mm）米=米=式中煤层平均厚度；, 煤层厚度上下波动系数，一般取=1.11.3， =0.80.90。对于中厚煤层支护，按下列公式确定支护高度，即：H = M + (200300)H = M - (300400)对于薄煤层支架，支架的高度确定如下：H = M + (100200)H =M- (150250)支架最大高度和最小高度之差就是支架的高度调节周长。调高周长越大，支架的适用周长越宽。高度可调的圆周给支架的结构设计带来困难，降低了可靠性。= 2600mm 和 H = 1200mm

59、 在设计过程中。支架的膨胀比是指其最大和最小高度之比：m = Hm / Hn由于液压支架的使用寿命比较长，并且可能安装在不同采高的采煤工作面上，因此支架应具有较大的膨胀比。使用双伸缩柱时，堆垛支架伸缩比为1.9；支架为2.5；屏蔽支架可达3，一般周长为1.52.5，煤层薄时取较大值。m =H m/ H n=2600/1200=2.167符合屏蔽支架的伸缩比例。确定中心距和宽度支架的中心距一般等于工作面上溜槽的长度。目前国外液压支架中心距大多为1.5m。大采高支座中心距可达1.75m，促进高稳定性，轻型支座中心距可达1.25m，满足中小型煤矿快速移动的要求。支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度

60、的确定应考虑支架的运输、安装和高度调整要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，一般行程为170-200mm。支架中心距为1.5m时，最小宽度一般为1400-1430mm，最大宽度一般为1570-1620mm。支架中心距为1.75m时，最小宽度一般为1650-1680mm，最大宽度一般为1850-1880mm。支架中心距为1.25m时，如果有活动侧护板，最小宽度一般为1150-1180mm，最大宽度一般为1320-1350mm；如果没有可移动的侧护板，宽度一般为1150-1200mm。支架间距所谓括号间距，就是相邻两个括号的中心之间的距离，按如下公式计算：b = B + nC其中b：括号间距B：每个支