礦用自移式液壓支架液壓裝置設(shè)計
礦用自移式液壓支架液壓裝置設(shè)計,液壓,支架,裝置,設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目：礦用自移式液壓支架液壓裝置設(shè)計
開題報告填寫要求
1．開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成。
2．開題報告內(nèi)容必須按教務處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）填寫并打印（禁止打印在其它紙上后剪貼），完成后應及時交給指導教師審閱。
3．開題報告字數(shù)應在1500字以上，參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊，其中外文文獻至少3篇），文中引用參考文獻處應標出文獻序號，“參考文獻”應按附件中《參考文獻“注釋格式”》的要求書寫。
4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯數(shù)字書寫，例：“2008年11月26日”。
1 畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1 題目背景
礦用采煤工作面煤炭生產(chǎn)過程中 ，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項工作的正常運行，必須對頂板進行支護 。而液壓支架是高壓液體為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成支護控制頂板的設(shè)備，它能實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作，實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快，安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤組成綜合機械化采煤設(shè)備，它的應用對增架采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率，降低成本 ，減輕工人體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此液壓支架是技術(shù)上先進， 經(jīng)濟合理，安全上可靠、是實現(xiàn)采煤綜合機械自動化不可缺少的主要設(shè)備。
液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實現(xiàn)支撐、降落移架和推移運輸機等一整套工序。液壓支架技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，安全上可靠，當前世界各國都在不斷地提高采煤工作面的綜合機械化水平。
綜合機械化采煤過程中，液壓支架擔當著極其重要的角色，其主要功能不僅用于支撐管理頂板，隔離采空區(qū)，維護采煤作業(yè)空間，并能自行前移，推進采煤工作面輸送機和采煤機。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關(guān)鍵因素之一。另外，合理的選用采煤設(shè)備并結(jié)合先進的采煤工藝，可解決采煤工作面的采煤支護運輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)之間的矛盾，可有效地提高工效增加成本減少損耗保護生產(chǎn)人員和設(shè)備的安全，以及減輕笨重的體力勞動，可為煤礦獲得很高的經(jīng)濟效益。
支架液壓系統(tǒng)由乳化液泵站、主進、主回液膠管、各種液壓元件、立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。支架操縱方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。由乳化液泵站輸出的高壓乳化液經(jīng)主進液管 支架進液截止閥過濾器操縱閥立柱或各千斤頂架液截止閥 主回液膠管乳化液泵站。
1.2 研究意義
液壓支架是綜合機械化礦用的關(guān)鍵設(shè)備，對于提高采煤效率，降低成本，改善作業(yè)環(huán)境，減少笨重的體力勞動具有舉足輕重的作用。液壓支架以高壓液壓作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設(shè)備。這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強烈的周期來壓，瓦斯含量較大中厚或厚煤層中，液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適應礦井和工作面的條件，投產(chǎn)后能做到高產(chǎn)、高效、安全、并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件進行選擇。液壓支架作為煤礦長壁綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，近年來得了迅速地發(fā)展，它與綜采系統(tǒng)中的“三機”（ 刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機）配合使用，是煤礦開采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標志。液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，近10年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱支撐掩護式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進一步完善，設(shè)計方法更先進，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(1．75m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強度鋼材，支架的壽命和可靠性大大提高。
1.3 國內(nèi)外相關(guān)研究情況
于1964年開始研制液壓支架，到目前已經(jīng)取得可較好的效果。國內(nèi)目前大部分支架的可進口支架工作面開機率達到90%以上，日產(chǎn)達到了30000t，年產(chǎn)達到10Mt，支架大修周期為產(chǎn)煤15Mt以上。而我國目前綜采工作面開機率平均為50%左右。支架大修周期為產(chǎn)煤量在4～5Mt左右。
自1954年英國裝備了世界上第一個液壓支架工作面開始，采煤技術(shù)實現(xiàn)了綜合機械化。綜合機械化。就是工作面采煤、運輸和支護三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是現(xiàn)機械化。也就是說，采用滾筒式或刨削式等采煤機械落煤與裝煤；工作面重型可彎曲運輸機，以及與之適應的順槽轉(zhuǎn)載機和可伸縮皮帶運輸機等運煤；自移式液壓支架支護和管理頂板。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機械化采煤設(shè)備。1974年以來，從西德、英國、蘇聯(lián)和波蘭等國引進了許多不同類型的液壓支架。實踐證明，液壓支架具有強度高、支護性能好、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點，能使采煤工作面達到高產(chǎn)量、高回采率和高工效，能大大減輕勞動強度，降低成本和掘進率，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。
液壓支架的發(fā)展趨勢：
提高支架的可靠性，另外加大支架的中心距也是必然趨勢；二柱支架將是主導架型，目前我國的四柱支架要比二支柱支架數(shù)量多，相比較而言二柱支架具有明顯的優(yōu)勢；采用大采高支架；
電液控制系統(tǒng)是液壓支架發(fā)展的方向。此次設(shè)計的是經(jīng)濟性掩護自移式液壓支架液壓裝置的系統(tǒng)設(shè)計。液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。
2 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1 液壓支架的總體設(shè)計
2.1.1 液壓支架的選型
按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。
目前使用的液壓支架在分三類即：支撐式、掩護式和支撐掩護式支架。
a. 支撐式支架
支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式。（如圖2.1）前梁較長，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復位裝置來保證。因此底座堅固定，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板，維護工作空間。頂板巖三石則在頂梁后部切斷垮落。利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點是：立柱多，支撐力大，切頂性能好；頂梁長，通風斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。
a.垛式 b.節(jié)式
圖2.1 支撐式支架的架型[16]
b. 支撐掩護式支架
支撐掩護式支架架型主要用：四柱支在頂梁上（如圖2.2所示）；二柱支在頂梁（如圖1-5，c所示）一柱或二柱支在掩護梁上。支柱兩排，每排1-2根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護梁和四連桿機構(gòu)。它的支撐力大，切頂性能好，防護性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復雜，重量大，價貴，不便于運輸。這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強烈的周期來壓，瓦斯儲量較大的中厚或厚煤層中。
a.四柱平行支在頂梁上支架 b.四柱交叉支在頂梁兩柱在掩護梁上支架
c.兩柱在頂梁兩柱支在掩護梁上支架
圖2.2 支撐掩護式支架架型[16]
c. 掩護式支架
掩護式支架有插腿式和非插腿式兩種型式。如圖2.3所示頂梁較短，對頂板的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運動的能力強；防護性能好調(diào)高范圍大，對煤層厚度變化適應性強；但整架工作阻力小，通風阻力大，工作空間小。掩護式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護梁來防止巖石落入工作面。其特點是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距小；由前后連桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機構(gòu)使抗水平力的能力增強，立柱不受橫向力；而且使板前端的運動軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化??；架間通過側(cè)護板密封，掩護性能好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)
a.插腿式支架 b.立柱支在掩護梁上非插腿式支架 c.立柱支在頂梁上非插腿式支架
圖2.3 掩護式支架選型[16]
2.1.2 自移式液壓支架的工作原理
液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液作為動力，由液壓操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，液壓油缸和金屬構(gòu)件組成。來自泵站的高壓乳化液，經(jīng)主進液管送到工作面，并與每架支架的進液截止閥相連導入支架，再經(jīng)過組合操縱閥配液到各液壓缸，以完成支架所需的各項動作。從支架回流的低壓乳化液通過組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環(huán)使用。自移式液壓支架依靠推移千斤頂一端連接在支架底座上，一端與刮板輸送機連接。采煤機割煤過后，支架處于掩護狀態(tài)時，推移油缸開始推移，將刮板機向煤壁推，到位后固定刮板機。支架立柱收縮，處于不支護狀態(tài)，推移油缸收縮，將支架向前拉，到位后，支架開始支撐。若頂板破碎，可以帶壓移架。
液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。
(1) 升柱
當需要支架上升支護頂板時，高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。
(2) 降柱
當需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。
(3) 支架和輸送機前移
支架和輸送機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成。當需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂對活塞桿腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當需要推輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。
支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結(jié)構(gòu)件的強度及撐在支架頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當頂板壓力超過立柱安全閥限定壓力時，安全閥開啟釋放出立柱中的液體進行讓壓，當頂板壓力下降到立柱工作阻力時，安全閥關(guān)閉進行保壓承載。
液壓支架對頂?shù)淖饔眠^程主要取決于流體靜力學原理工作的立柱工作過程。
2.1.3擬定液壓系統(tǒng)
本支架的液壓系統(tǒng)，由乳化液泵站，主進，主回液膠管，各種液壓元件，立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。液壓系統(tǒng)原理：本支架操作方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。
本支架液壓系統(tǒng)所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比濃度為5％，使用乳化液應注意以下幾點：
定期檢查濃度，濃度過高增加成本，濃度太低，可能造成液壓元件銹蝕，影響液壓元件的密封和使用壽命，防止污染定期清理乳化液箱和支架過濾器。
防凍：乳化液的凝固點為零下三度左右，與水一樣也具有凍結(jié)膨脹性，乳化液受凍后，不但體積膨脹 ，穩(wěn)定性也受影響，乳化液地面配制和冬季運輸時要注意防凍。 3 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作
了解礦用液壓支架設(shè)計歷史發(fā)展，國內(nèi)外研究，支架選型分類。
在整體設(shè)計時，重要尺寸選擇用到了優(yōu)化設(shè)計法，體現(xiàn)經(jīng)濟性要求。）掌握液壓支架液壓支架的工作原理，液壓支架的工作過程，液壓支架主要組成及液壓支架如何自移。液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用液壓系統(tǒng)及其控制元件。設(shè)計出液壓支架的總體布置，確定液壓支架的液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。
液壓支架的結(jié)構(gòu)，類型，工作原理，特點，液壓支架的維護和管理，及其常見的故障及排除方法。前期確定液壓支架的選型，熟悉掌握液壓支架的工作原理和工作過程。設(shè)計液壓支架的大體結(jié)構(gòu)，尺寸參數(shù)。液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用，液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計，液壓支架的總體布置。大概理清頭緒設(shè)計液壓系統(tǒng)及其控制元件閥體類，擬定液壓系統(tǒng)。
4 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）
第1-2周：選題：礦用液壓支架液壓裝置設(shè)計。收集與課題相關(guān)資料、文獻，期刊，所需軟件的了解與準備；
第3-4周：通過文獻閱讀，了解液壓設(shè)計支架液壓裝置發(fā)展現(xiàn)狀，對比液壓支架的設(shè)計方案，初 步形成經(jīng)濟可用的課題設(shè)計思路與方案。確定經(jīng)濟型掩護式自移式液壓支架液壓裝置的設(shè)計，初期確定液壓支架的總體設(shè)計，液壓支架高度的設(shè)計，液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用，液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。大概理清頭緒設(shè)計液壓系統(tǒng)及其控制元件閥體類，擬定液壓系統(tǒng)。
第5-6周：掩護式自移式液壓設(shè)計支架液壓裝置工作原理思路的明確、設(shè)計方案與框架確定；
第7-10周：完成液壓支架的傳動裝置的液壓站，液壓缸，液壓支架等關(guān)鍵裝置的設(shè)計，完成中期 報告；
第9-11周：主要零件圖繪制經(jīng)濟性掩護式液壓支架裝配圖，液壓系統(tǒng)圖，重要支架類零件圖；
第12-13周：完成論文撰寫與裝訂和圖紙的打??；
第14周：送論文評閱，準備答辯；
第15周：論文答辯。
5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導教師： 年 月 日
6 所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導： 年 月 日
注：1） 正文：宋體小四號字，行距20磅,單面打??；其它格式與畢業(yè)論文格式要求相同。
2） 開題報告由各系歸集中歸檔保存；
3） 開題報告引用參考文獻注釋格式可參照附錄E“畢業(yè)設(shè)計（論文）參考文獻樣式”執(zhí)行。不進入正文，可以作為附件放在開題報告后面。
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