ZY3200 14 34掩護式液壓支架的設(shè)計

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 前 言 煤炭是工業(yè)的糧食，目前及在相當一段時期內(nèi)，我國能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中以煤炭為主的格局不會改變，且數(shù)量每年都在遞增，只有依靠科技進步，依靠煤炭生產(chǎn)的機械化和自動化才能滿足工業(yè)生產(chǎn)的這一需要。綜合機械化采煤方法是高效安全的采煤方法，而液壓支架是綜合機械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。 液壓支架在我國煤礦中的使用已有近三十年的歷史。從消化先進設(shè)備開始，到我國能獨立研究、設(shè)計的制作，我們已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。通過在學(xué)院函授站的學(xué)習(xí)，使我對這一部分知識有了更加全面、更加系統(tǒng)的認識和了解，并利用畢業(yè)設(shè)計這個機會，對我礦井下工作面所用的液壓支架進行了選型和設(shè)計。由于自己的能力有限，經(jīng)驗不足，再加上時間較緊，有不妥之處，希望能得到有關(guān)專家和老師的指正。 摘 要 ZY3200/14/34掩護式液壓支架的設(shè)計，主要是針對冀中集團梧桐莊礦22313工作面的煤層、圍巖情況及其配套設(shè)備進行選型設(shè)計的一種實用液壓支架，它包括以下幾個部分： 通過介紹整個礦井的地質(zhì)條件及工作面的實際情況，結(jié)合支架的發(fā)展情況及分類，對液壓支架進行了選型，并確定其基本技術(shù)參數(shù)。 根據(jù)結(jié)構(gòu)部件在整個液壓支架中承載情況及作用，詳細對支架的頂梁、四連桿機構(gòu)、側(cè)護板、底座、立柱、各種千斤頂?shù)炔考M行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定了其整體結(jié)構(gòu)尺寸。重點對立柱做了結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)說明，并根據(jù)其承載的工作阻力對立柱的穩(wěn)定性，活塞桿和缸體的強度進行了校驗。 介紹了該支架液壓系統(tǒng)的特點，詳細說明了立柱、各種千斤頂系統(tǒng)的基本控制回路及它們的工作原理，并對泵站液壓元件、液壓管路進行了選型。 關(guān)鍵詞： 掩護式液壓支架 結(jié)構(gòu)部件 液壓系統(tǒng) Abstract The design ZY3200/14/34 cover-powered support is mainly for Xing tai Mining Group, Xing tai 22313 face of the coal mine, and its surrounding equipment selection is for the design of a practical hydraulic support. It includes the following components: Through the introduction of the entire mine geological conditions and the real situation face combined with the development of supports and classification of the hydraulic support for the selection and establish the basic technical parameters. According to the structural components in the hydraulic support of the whole situation and bearing in the role of detail on top of the support beams, four-bar linkage, the side of the shield, base, post, and a variety of jack, and other parts of the structure design, and determine the over all structure of its size. Focus on doing a column structure, technical parameters that on the basis of carrying on the work of the resistance to the stability of the column, cylinder piston rod and the intensity of the check. This paper introduces the characteristics of the support hydraulic system、the column、the basic control loop of a variety of jack system and their working principle, and selects the hydraulic pump station components and hydraulic lines. Key words: cover-powered support the structural components the support hydraulic system 目 錄 第一章 概論……………………………………………………………6 1.1 礦井的概述………………………………………………………6 1.2 支架的發(fā)展情況…………………………………………………6 1.3 液壓支架在工作面的工作情況…………………………………….6 1.4 液壓支架的工作原理……………………………………………...6 1.5液壓支架的選型…………………………………………………7 1.6 掩護式支架的特點………………………………………………..8 1.7 主要技術(shù)特征及配套設(shè)備…………………………………………9 1.8液壓支架基本參數(shù)的確定………………………………………10 1.9配套設(shè)備與要求…………………………………………………11 第二章 液壓支架結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計……………………………….12 2.1頂梁尺寸的確定…………………………………………………12 2.2四連桿機構(gòu)的確定…………………………………………… .12 2.3底座長度的確定…………………………………………………14 第三章 液壓支架部件的設(shè)計………………………………………15 3.1頂梁的設(shè)計………………………………………………………15 3.2掩護梁的設(shè)計……………………………………………………15 3.3四連桿機構(gòu)設(shè)計…………………………………………………16 3.4側(cè)護板的設(shè)計……………………………………………………16 3.5 底座的設(shè)計……………………………………………………..17 3.6推移裝置…………………………………………………………18 3.7護幫裝置…………………………………………………………18 3.8 立柱……………………………………………………………. 19 3.9千斤頂……………………………………………………………21 第四章 噴霧滅塵系統(tǒng)設(shè)計……………………………….……………23 4.1 系統(tǒng)的作用…………………………………………………….23 4.2 系統(tǒng)的組成…………………………………………………….23 第五章 液壓支架部件受力分析及強度驗算…………………..25 5.1 支架的強度條件………………………………………………….25 5.2 立柱的強度校核……………………………………………… 25 5.2.1立柱的穩(wěn)定性驗算…………………………………………….25 5.2.2活塞桿強度驗算……………………………………………….27 5.2.3缸體的強度驗算………………………………………………………..29 第六章 液壓支架的液壓系統(tǒng)設(shè)計………………………………………..31 6.1液壓支架的液壓系統(tǒng)簡介………………………………………31 6.2液壓支架的基本控制回路………………………………………32 6.3泵站及各種液壓元件的選型……………………………………35 結(jié) 論………………………………………………………………………38 參考文獻………………………………………………………………….39 謝 辭………………………………………………………………………40 第一章 概論 1.1 礦井的概述 冀中能源梧桐莊礦是一座年產(chǎn)180萬噸的大型機械化礦井，生產(chǎn)裝備先進，技術(shù)力量雄厚，采、掘機械化程度達到100%，井田含煤地層時代為c-p，總厚210米，其中有19層煤，煤層總厚21米，含煤系數(shù)10%，可采和部分可采煤層8層，厚17.30米，可采含煤系數(shù)為8.2%。 1.2 支架的發(fā)展情況 在煤礦開采的過程中，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作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。目前回采工作面使用的支護設(shè)備有金屬摩擦支柱，單體液壓支柱和自移式液壓支架，前二者統(tǒng)稱單體支護設(shè)備，與金屬鉸接頂梁配套使用，支撤和移動都靠人工操作，故勞動強度大，安全性較差，支撤速度慢，工作面產(chǎn)量和效率較低，隨著采煤機械化程度的提高，促使了支護設(shè)備的迅速發(fā)展，1954年，英國首先裝備了世界上第一個使用液壓支架的綜采工作面，把回采工作面的支護技術(shù)推進到一個新的階段。 液壓支架是以高壓乳化液為動力，使支架的支撐、切頂、移架和推移輸送機等工序全部實現(xiàn)了機械化，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、采煤機組成綜合機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量提高勞動生產(chǎn)率，降低成本，減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。 1.3 液壓支架在工作面的工作情況 為了及時支護，采用先移架后推溜的工作方式，一個工作循環(huán)包括降柱、移架、升柱、推溜等四個動作，隨著采煤機的推進，按次序搬動操縱閥，使頂梁下降、支架前移，到達預(yù)定位置后，頂梁升起，支護頂板，再通過支架的推移千斤頂，又將輸送機推向煤壁。 1.4 液壓支架的工作原理 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。作都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。 1.5 液壓支架的選型 22313工作面是北高南低的單斜構(gòu)造，傾角5度左右。老頂為細砂巖結(jié)構(gòu)，厚15米，直接頂偽頂為粉砂巖結(jié)構(gòu)，較破碎，易垮落厚0.1-1米。直接頂為粉砂巖結(jié)構(gòu)厚5.4米。直接頂屬中等穩(wěn)定類，老頂屬于來壓明顯級，直接頂初次跨落步距一般不小于15米，老頂初次來壓步距一般不小于30米，周期來壓步距一般為10米左右。在正?；夭呻A段，直接頂一般無懸頂或懸頂很小，隨放頂能夠及時垮落，且垮落后矸石基本能夠充滿采空區(qū)，因此，本工作面采用全部垮落管理頂板。 根據(jù)老頂級別和直接頂類型，查《液壓支架設(shè)計》表2-5確定架型為支頂掩護式支架，二立柱支在頂梁上，平衡千斤頂設(shè)在頂梁和掩護梁之間。如圖所示。 掩護式支架是利用支柱、頂梁和掩護梁來支護頂板和防止巖石冒落進工作面，掩護式支架都有一個寬大的掩護梁將作業(yè)空間與采空區(qū)冒落的矸石隔絕，掩護梁下端一般用前、后連桿與 底座相連，以保持較穩(wěn)定的梁間距和承受水平推力，少數(shù)調(diào)高范圍小的支架也有掩護梁直接鉸接在底座上的，掩護梁上端用直接鉸接的方式與頂梁連接，立柱的支撐力通過掩護梁間接作用于頂梁或直接作用于頂梁，掩護式支架的立柱只有一排，且傾斜支撐，以增大支架的調(diào)高范圍，架間則通過活動側(cè)護板互相靠攏，間密封，通常頂梁較短，一般在3m左右。 這種支架的性能特點是：支撐力小，切頂性能強，但支撐力集中作用于機道上方的頂板上，故支護強度較大，且均勻，對頂板的重復(fù)支撐次數(shù)少，密封掩護性好，能承受較大的水平力，且允許帶壓移架。由于立柱傾斜布置，且頂梁又較短，所以工作空間和通風(fēng)斷面較小。 1.6 掩護式支架的特點 掩護式支架可分為插入掩護式、非插入掩護式和直接支撐掩護式支架。下面分述三種類型： 1、插入掩護式支架： 插入掩護式支架底座面積較大，對底板的比壓小，適用于頂板破碎，底板松軟的煤質(zhì)條件，但是太高了運輸機溜槽，加大了裝煤高度，影響裝配效果。 2、 非插入掩護式支架： 非插入掩護式支架由于底座沒有插入運輸機在下面，因而改善裝煤效果，但底座較短，與底板的接觸比壓增大，穩(wěn)定性較差。 3、 直接支撐掩護式支架： 這種支架把立柱設(shè)置在頂梁之下，大大提高了支撐效率，同時底座加長，減小了與底板的接觸比壓，適用于松軟及中等硬度的底板條件。直接支撐掩護式支架在結(jié)構(gòu)上有以下特點： （1） 與插入式相比，頂梁較長。 （2） 立柱直接支撐在頂梁和立柱之間，又在頂梁和掩護梁之間設(shè)置了平衡千斤頂，使支架成了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，更加強了對機道上方的支護能力。 （3） 掩護梁和頂梁后端鉸接，消滅了三角區(qū)，有利于頂梁和頂板的結(jié)合。 通過上述論斷直接支撐掩護式更適合本次設(shè)計的應(yīng)用，直接提高了工作面，工作時間的利用率和生產(chǎn)能力支護性能完善，所以本次設(shè)計的架型選為：ZY3200/14/34型掩護式液壓支架。 1.7 主要技術(shù)特征及配套設(shè)備 一、技術(shù)特征 （1） 支架 型號 ZY3200/14/34 支架高度 （m） 1.4~3.4 支架寬度 (mm) 1420~1600 支架中心距 (m) 1.5 支架初撐力 (KN) 2658 支架工作阻力 (KN) 3200 支護強度 (MPa) 0.64 對底比壓 (MPa) 1.4 泵站供液壓力 (MPa) 32 活動側(cè)護板 雙側(cè)直角式 控制方式 鄰架控制 （2） 立柱 型式 雙伸縮 缸徑(mm)一級（二級） 230（180） 工作阻力(KN) 1600 初撐力 (KN) 大缸 1330 小缸 814 （3） 推移裝置千斤頂 型式 浮動活塞式 缸徑(mm) 110 桿徑(mm) 80 行程(mm) 700 推力(KN) 300 拉力(KN) 120 二、配套設(shè)備 根據(jù)原始條件和所選架型 根據(jù)《綜采液壓支架圖冊》所選配套設(shè)備是： 采煤機：MG-350W型雙滾筒采煤機 輸送機：SGB-764/400 采煤技術(shù)特征： 采高m 2.0~3.5 截深mm 630 滾筒直徑mm 1600 牽引方式 液壓錨鏈牽引 牽引力 27 牽引速度m/min 0～7.4 滾筒中心距mm 11196 發(fā)動機臺數(shù) 2 發(fā)動機電壓 1140 冷卻方式 水冷 運輸機技術(shù)特征 機型 中雙鏈 適應(yīng)傾角 ＜15° 運輸能力 t/m 900 鏈速m/s 1.0 出廠長度（m） 200 鏈條中心距 mm 100 刮板中心距mm 920 1.8 液壓支架基本參數(shù)的確定 一、支護強度和工作阻力 頂板所需的支護強度取決于頂板的等級和煤層厚度，由22313工作面老頂級別和采高為3米時可確定該支架支護強度， Q=1.3*35=45.5T/M 綜合考慮掩護式液壓支架的支撐效率可以確定支架的工作阻力為3200KN。 二、初撐力 初撐力大小對支架的支護性能和成本都有很大影響，較大的初撐力能使支架較快的達到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性，但對乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求也將提高，一般取初撐力為（0.6—0.8）倍的工作阻力，本支架初撐力確定為2600KN。 三、移架力和推溜力 移架力與支架的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)有關(guān)，一般中厚煤層液壓支架移架力為150—300KN,我們利用活塞式推移千斤頂移架力可達359KN，推溜力為271.5KN。 四、支架高度 考慮到頂板有偽頂冒落，或可能局部冒落，支架的最大高度應(yīng)是煤層最大開采高度再加200—300mm，最小高度應(yīng)為煤層最小開采高度減去頂板周期來壓時的最大下沉量，移架時支架的下降量和頂梁架上、底座下的浮矸厚度等之和，本支架最大高度確定為3400mm，最小高度確定為1400mm。 五、支架間距 支架間距要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長度為1.5m，千斤頂連接塊位置在溜槽中長的中間，所以，支架間距一般為1.5m。 1.9 配套設(shè)備與要求 一、乳化液泵站: 壓力 P=31.4Mpa 流量 Q≥751/min 二、采煤機: 采用國產(chǎn)MG-350W型雙滾筒采煤機，要求采高1.8-3.0m截深600mm，窄底托架（加高）。 三、工作面運輸機： 采用國產(chǎn)SGB-764/400雙鏈刮板輸送機，支架與運輸機直接相連，因此要求溜槽連接部位能承受30t的拉力，生產(chǎn)能力為400t/h 四、順槽運輸機： 要求與工作面運輸機、轉(zhuǎn)載機運輸能力相適應(yīng)，不能小于350t/h,采用SD-80型伸縮膠帶輸送機。 第二章 液壓支架結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計 2.1 頂梁尺寸的確定 一、 長度的確定 頂梁的長度與支架工作方式、配套尺寸等有直接關(guān)系。我礦井下采煤采用及時支護方式，先移架后推溜，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，因此，頂梁的長度要比先推溜后移架時長一個步距，為600mm，同時考慮到采煤機截割時不一定把煤壁截割成一個垂直平面，所以在設(shè)計時，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm的空頂距，為了防止采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機鏟煤板前留有一定的距離，一般為135--150mm，以上所有配套設(shè)備包括采煤機、輸送機均要在頂梁掩護之下，綜合考慮，前梁長度確定為2100mm，立柱上支點距頂梁與掩護梁鉸點距離為900mm，頂梁總長為3m。 二、 頂梁的寬度 頂梁的寬度應(yīng)根據(jù)頂梁的性質(zhì)來確定，寬度大，雖可加快移架速度，提高支架的穩(wěn)定性，但對頂板適應(yīng)性差，架間距為1.5m的支架,頂梁體寬度一般不小于1.4m,選定為1.4m。 2.2 四連桿機構(gòu)的確定 掩護梁通過兩個連桿與底座聯(lián)接，形成四連桿機構(gòu)。因掩護式支架設(shè)計四連桿機構(gòu)是為了當支架由高到低變化時使支架頂梁前端點與煤壁間距離變化減小，同時使支架能承受較大的水平力，這就決定四連桿機構(gòu)動作過程具有如下特征： 1、 支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70mm，最好為30mm以下。 2、支架在最高位置和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，應(yīng)滿足如下要求：支架在最高位置時，P〈=52—62度，O〈=75—85度；支架在最低位置時，P〉=25度，O〉=25—30度。 四連桿結(jié)構(gòu)的幾何特征 3、 掩護梁與頂梁鉸點和瞬時中心O的連線與水平線的夾角θ，要使tgθ<=3.5。 4、為使支架受力合力和工作可靠，在設(shè)計四連桿機構(gòu)的運動軌跡時，應(yīng)盡量使e值減小，取雙紐線向前凸的一段為支架工作段。 我們按如圖所示方法，把硬紙板按1：10比例剪成掩護梁和前后連桿三個板塊，在根據(jù)前連桿下鉸點O點的位置，前、后連桿長度，曲線最大寬度，曲線的形狀以及θ角的要求，不斷調(diào)整三個板塊位置，確定一組四連桿尺寸，前連桿1360mm，后連桿1220mm，掩護梁2000mm。 四連桿機構(gòu)作圖方法1一掩護梁；2一前連桿； 3一后連桿· 2.3 底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮如下幾個方面；支架對底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其它輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常掩護式支架的底座長度取4倍的移架步距，即2.4m。 第三章 液壓支架部件的設(shè)計 3.1 頂梁的設(shè)計 1、作用 頂梁直接與頂板接觸，承受頂板巖石載荷，并起切頂作用，是支架的主要承載部件之一。要求頂梁對頂板有良好的適應(yīng)性和足夠的強度。 2、 組成 該頂梁為鉸接式，頂梁為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護梁鉸接，取消了三角區(qū)立柱直接支撐在頂梁上，用平衡千斤頂調(diào)節(jié)頂梁與頂板的接觸面積，直接撐頂掩護式支架的頂梁稍長，采用變斷面的整體箱形結(jié)構(gòu)（如圖），從柱窩中心向前直至頂梁前端逐漸變薄變窄。頂梁斷面內(nèi)有兩個左右對稱的的柱窩以接納立柱球頭，梁后端兩側(cè)耳板用來與掩護梁鉸接，梁后部中心線處有平衡千斤頂?shù)闹С凶?，頂梁兩?cè)各有數(shù)個圓孔，供安裝彈簧筒和側(cè)推千斤頂，左側(cè)焊有固定側(cè)護板，右側(cè)裝有埋伏式活動側(cè)護板，一般在支架支撐時也能調(diào)節(jié)，頂梁相應(yīng)部位留有吊裝孔便于裝卸?？紤]到支架用于金屬網(wǎng)下采煤，頂梁前部用Φ60mm的圓鋼煨成，外形圓滑，其它部位也盡量減少尖棱，以減少移架阻力。 3.2 掩護梁的設(shè)計 1、作用 掩護梁一端與頂梁鉸接，另一端與前后連桿連接。掩護梁的主要作用是隔離老塘和承受采空區(qū)冒落矸石的沖擊，承受頂梁板水平推力和平衡千斤頂?shù)耐评?，因此要求掩護梁有較大的剛度和強度。 2、組成 掩護梁為整體式箱形變斷面結(jié)構(gòu)，用鋼板拼焊而成。這樣既保證了掩護梁的剛度和強度，又節(jié)省了鋼材，減少了重量。沒有柱窩，而有平衡千斤頂?shù)某凶?，掩護梁左側(cè)焊有固定側(cè)護板，右側(cè)裝有活動側(cè)護板，側(cè)面圓孔是為了安裝側(cè)護板伸縮機構(gòu)用的。 3.3 四連桿機構(gòu)設(shè)計 1、作用 四連桿機構(gòu)的作用：1、使支架能承受較大的水平力。2、使支架高度變化時，借助四連桿機構(gòu)的作用，使支架頂梁前端點與煤壁間距變化較小，有利于頂板管理。 2、組成 掩護梁通過兩個連桿與底座連接，形成了雙搖桿四桿機構(gòu)，通稱四連桿機構(gòu)，也稱雙鈕線機構(gòu)。掩護梁與頂梁的鉸接點的運動軌跡為雙紐線的一部分，支架采用此結(jié)構(gòu)，使頂板與頂梁的水平載荷由掩護梁傳遞給兩個連桿承受，支架立柱不再承受橫向力，使立柱不容易出現(xiàn)彎曲變形現(xiàn)象。四連桿機構(gòu)保證在支架調(diào)高范圍內(nèi)，使頂梁前端與煤壁之間的距離基本不變，支架的掩護梁空間無較大的變化，提高了支架的支護性能。四連桿機構(gòu)支架的連桿應(yīng)能承受從掩護梁傳遞來的冒落矸石的載荷和頂板水平移動引起的載荷，因而要求它們有足夠的強度。為便于制造和安裝方便，前、后連桿均為牙體式箱形結(jié)構(gòu)，后連桿上焊接有翼板，它作為擋矸板，可以防止采空區(qū)矸石從支架后部竄入架內(nèi)。同時它也增強了后連桿的抗扭能力。 3.4 側(cè)護板的設(shè)計 1、作用 頂梁、掩護梁（和后連桿）兩側(cè)都有側(cè)護板，左側(cè)固定，右側(cè)則為活動的，它的作用是消除相鄰支架的架間間隙，防止冒落矸石進入支護空間，作為支架移架過程中的導(dǎo)向板，防止支架降落后傾倒，調(diào)整支架的間距（即具有防矸、導(dǎo)向、防倒、調(diào)架等功能）。 2、 組成 由于固定側(cè)護板與梁體焊接在一起，可節(jié)省原梁體的側(cè)板，既節(jié)省材料又可加固梁體?；顒觽?cè)護板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，側(cè)護板通常處于伸出狀態(tài)，以保證活動側(cè)護板與鄰架的固定側(cè)護板始終保持接觸，增加了掩護性能。頂梁和掩護梁的側(cè)護板是同時收回分別推出的，為了支架的運輸方便，活動側(cè)護板可發(fā)由千斤頂縮回，用螺栓固定。 工作面傾角﹥15°時，如活動側(cè)護板朝傾斜下方時，活動側(cè)護采用本架控制，朝傾斜上方時，活動側(cè)護板采用鄰架控制。 3.5 底座的設(shè)計 1、作用 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件，是支架的主要承載部件之一，因此，底座除了滿足一定的剛度和強度要求外，還要求對底板起伏不平的適應(yīng)性要強，對底板接觸比壓要小，應(yīng)有足夠的空間能安裝立柱，液壓控制裝置，推移裝置和其它輔助裝置，便于人員操作行走，能起一定的擋矸排矸作用，有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)固性。 2、組成 支架底座采用整體箱形變斷面結(jié)構(gòu)（如圖），它與底板的接觸面積大，因而對底板的接觸比壓小，支架不易下陷，底座前端制成滑撬形，以減小支架的移架阻力，同時底座后部重量大于前部，避免移架時啃底。底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸， 以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。要整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少底座后部與底板的接觸比壓，增加后部比壓，同時有利排矸。 3.6 推移裝置 1、作用 推移裝置的作用是隨著工作面前進，將刮板輸送機推向煤壁，然后，再以輸送機為支點使支架前移。 2、組成 采用箱體式結(jié)構(gòu)，用來推運輸機和拉架，這是因為采用浮動活塞式推移千斤頂拉力大于推力?？蚣転橄湫谓Y(jié)構(gòu)，除承受拉、壓力外，還受側(cè)向力，兩端連接部位均考慮了導(dǎo)向和限位要求，并達到了強度和剛度要求。 3、動作原理 移架時，千斤頂活塞腔進液，活塞桿伸出，此時以框架為支點，將支架向前移動；推溜時，活塞桿腔進液，活塞桿縮回，此時以底座為支點，通過框架將輸送機向煤壁方向移動。由于移架時是活塞腔進液，而推溜時活塞桿腔進液，所以移架力大于推溜力。 3.7 護幫裝置 1、作用 互幫裝置的作用在于防止煤壁片幫，使支架頂梁前端的頂板懸露面積增大，引起架前冒頂，或在片幫時起到遮蔽擋板的作用，避免砸傷工作人員或損壞設(shè)備。 煤層厚度較高或煤質(zhì)松軟時，工作時頂煤容易在礦山壓力作用下崩落，引發(fā)片幫，從而使支架前端的頂板暴露面積增大，引起架前冒頂，設(shè)立護幫裝置，可防止煤壁片幫，或在片幫時起到遮蔽擋板的作用，避免砸傷工作人員或損壞設(shè)備。 2、組成 護幫裝置是由護幫千斤頂、護幫板等組成，采煤機截煤后，護幫千斤頂抻出，幫板頂住煤壁，實現(xiàn)護幫作用，采煤機行至支架前方時，將護幫千斤頂縮回，把護幫板拉到收回裝置。 3.8 立柱 1、作用 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 2、組成 本機采用帶機械加長桿的單伸縮雙作用立柱，擴大支架的支護高度范圍，使支架的支撐高度滿足了回采高度的變化要求，同時，結(jié)構(gòu)簡單，成本偏低，它由缸體、活柱、導(dǎo)向套等主要部件組成。 一、 缸體 缸體用27SiMn無縫鋼管加工而成，缸體的下端焊接球形缸底，在缸底上鉆有孔并焊有管接頭作為立柱下腔的液口，在缸體的上端裝有導(dǎo)向套，為活柱的上下往復(fù)運動導(dǎo)向，為了防止外部煤塵等臟物隨活柱下縮而進入缸體和防止液體從立柱上腔向外泄露，在導(dǎo)向套上還裝有蕾形密封圈和O形圈，缸體上部有螺紋孔并焊有管接頭，與上腔相通，作為立柱上腔的液口。 二、 活柱 活柱由無縫鋼管做成，下部焊有活塞頭，上部焊有柱頭。為把立柱分隔成互不相通的上下兩腔，在活塞頭上安裝了具有雙向密封作用的鼓形密封圈，密封圈的兩側(cè)有導(dǎo)向環(huán)為活柱在缸體內(nèi)運動導(dǎo)向，鼓形密封圈及其導(dǎo)向環(huán)由卡鍵卡箍實現(xiàn)軸向固定。 三、 機械加長桿 當支架的支撐高度不能滿足回采高度的要求時，可使用機械加長桿，該立柱上端是空心的，帶有柱頭的機械加長桿插入空心活柱內(nèi)，將長環(huán)嵌入加長桿環(huán)形槽內(nèi)，再用卡套套在長環(huán)外面，最后用銷軸穿過加長桿橫孔，抒加長桿和空心活柱固定在一起，加長桿上有若干環(huán)形槽和若干橫孔，可以按照具體要求抒卡環(huán)嵌入相應(yīng)的環(huán)形槽以得到不同的調(diào)節(jié)高度。 基本參數(shù)： 機械加長段為兩段，每段長385mm，計行程770mm，液壓行程961mm，總行程1731mm，調(diào)節(jié)范圍大。技術(shù)參數(shù)如下： 缸徑：230mm 活柱直徑：220mm 加長桿直徑：280mm 初撐力：2660KN（P=31.36Mpa） 工作阻力：3200KN（P=37.74Mpa） 3.9 千斤頂 該支架使用的千斤頂統(tǒng)計如下： 平衡千斤頂2組；推移千斤頂1組； 護幫千斤頂1組； 側(cè)護千斤頂6組。 一、 推移千斤頂 1、 作用 掩護式液壓支架所需的移架力不僅應(yīng)克服底板的磨擦力，還應(yīng)克服兩旁相鄰支架的磨擦力以及由于移架時立柱的剩余載荷形成的頂板對支架的磨擦力，所以，移架阻力要比推溜阻力大，需要獲得較大的移架力，本支架是通過浮動活塞式結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的 它是一種特殊結(jié)構(gòu)的雙作用千斤頂，它的活塞是套裝在活塞桿上的，可以在活塞桿上滑動，活塞外側(cè)與缸內(nèi)壁之間，活塞內(nèi)側(cè)與活塞外表面之間都要安裝有雙向密封圈，它的兩端分別直接與運輸機和支架絞接，以達到移架力大于推溜力的作用。 2、 基本參數(shù) 缸徑/桿徑： Φ140/Φ85 推力/拉力：271.5/359KN， P=31.36MPa 行程：700mm 二、 平衡千斤頂 1、 作用 平衡千斤頂鉸接于頂梁與掩護梁之間，使支架構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過它可以調(diào)節(jié)頂梁呈水平狀態(tài)或所需角度，使相鄰支架保持良好的密封狀態(tài)，還可以利用雙向控制閥，使平衡千斤頂呈推力或拉力，適應(yīng)頂板載荷變化。 2、基本參數(shù) 缸徑/桿徑：Φ140/Φ85 推力/拉力：482.75/304.9KN， P=31.36MPa 工作阻力：1000/777.5KN， P=32/40MPa 行程：395mm 三、側(cè)護千斤頂 1、作用 在頂梁下，掩護梁、后連桿處有兩個側(cè)護千斤頂，側(cè)護千斤頂?shù)幕钊麠U固定在活動側(cè)護板上，缸體固定在固定側(cè)護板上，在頂梁和掩護梁下面開窗口，把側(cè)護千斤頂安裝在窗口內(nèi)，便于安裝和維修。 2、 基本參數(shù) 缸徑/桿徑：Φ63/Φ45 推力/拉力：97.76/48.88KN， P=31.36MPa 行程：200mm 四、護幫千斤頂 1、作用 護幫千斤頂?shù)母左w用銷軸固定在前梁上，活塞桿固定在護幫板上，當千斤頂伸出時，護幫板支撐在煤壁上。 2、基本參數(shù) 缸徑/桿徑：Φ80/Φ45 推力/拉力：157.63/107.76KN， P=31.36MPa 行程：385mm 各種千斤頂均為雙作用式液壓缸，鼓形密封圈等均采用標準件，導(dǎo)向環(huán)材質(zhì)為聚甲酫，推移、平衡和防運輸機下滑千斤頂?shù)母卓诠潭ú捎每ōh(huán)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，所有千斤頂活塞桿都鍍鉻。 第四章 噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)計 4.1 系統(tǒng)的作用 隨著綜采機械化設(shè)備水平的不斷發(fā)展，綜采工作面的通風(fēng)防塵工作日趨加重，防塵工作面好壞直接威脅著井下工作人員身心健康和采煤面的正常生產(chǎn)。因此必須設(shè)計噴霧降塵系統(tǒng)。 4.2 系統(tǒng)的組成 本支架所用的噴霧降塵系統(tǒng)由噴霧泵、主管路、控制閥、分支管路、自動噴霧控制系統(tǒng)及霧化裝置等組成。降塵噴霧裝置安裝在頂梁上，通過控制管路及操作閥與立柱的進回液相連，實現(xiàn)支架自動噴霧。噴霧降塵系統(tǒng)如下圖所示： 該噴霧降塵系統(tǒng)主要特點：降塵噴霧系統(tǒng)的噴停具有隨意自動性；控制閥采用純液腔，無彈簧設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏可靠，壽命長；系統(tǒng)能夠獨立發(fā)揮作用，不影響支架的其他性能；操作安裝簡單，維護方便。 噴霧降塵系統(tǒng)的噴嘴布置在頂梁上。噴嘴的作用是將水流轉(zhuǎn)化為水霧，把煤塵包圍起來，然后迅速下降，減少工作面的煤塵含量。 第五章 液壓支架部件受力分析及強度驗算 5.1 支架的強度條件 1.強度校核均以材料的屈服極限計算安全系數(shù) 2.結(jié)構(gòu)件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強度條件 （1） 各結(jié)構(gòu)采用16Mn σs＝325Mpa （2） 主要銷軸均采用50CrVA σs＝1130Mpa （3） 活塞桿均采用45＃鋼 σs＝367.2Mpa 3.缸體材料采用27SiMn無縫鋼管 σb＝1020Mpa 4.焊條抗拉強度σs＝561Mpa 5.許用擠壓應(yīng)力按σc＝0.756 6.安全系數(shù) 安全系數(shù) 前梁 頂梁 底座 掩護梁 前連桿 [n] 1.1 1.1 1.1 1.3 1.3 安全系數(shù) 后連桿 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿 [n] 1.3 1.3 3.3~4 3.3~4 >1.4 5.2 立柱的強度校核 立柱是支架的重要承壓部件，在支架正常工作時，一直處于高壓受力狀態(tài)，它的工作性能直接影響整個支架的工作狀態(tài)，因此在設(shè)計立柱時除要求具有合理的工作阻力和可靠的工作性能外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強度，并能適應(yīng)支架的要求。 立柱強度驗算包括穩(wěn)定性驗算，活塞桿和缸體的強度驗算等內(nèi)容。 5.2.1 立柱的穩(wěn)定性驗算 一、立柱穩(wěn)定性條件 因立柱為單伸縮帶機械加長桿油缸，驗算穩(wěn)定性時，假定加長桿與一級缸全部伸出，立柱在承受最大同心載荷時，把加長桿與一級缸的當量慣性矩相當于單伸縮中活柱的慣性矩來計算，再用單伸縮求立柱穩(wěn)定性的方法進行驗算： 立柱穩(wěn)定性條件為： PK=( PK′/J12′)2×J12>P 式中：PK： 立柱的穩(wěn)定極限力; P： 立柱的最大工作阻力 J12： 加長桿與中缸當量慣性距 二、立柱穩(wěn)定性驗算 設(shè)：J1, J2, J3 分別為加長桿，中缸、外缸的斷面慣性矩； d1, d2, d3 分別為加長桿直徑及活塞桿的內(nèi)、外徑； D1, D2 分別為外徑的外徑、內(nèi)徑； J12為加長桿與中缸的當量慣性矩； 則： d1=Φ180mm=18cm d2=Φ220mm=22cm d3=Φ180mm=18cm D1=Φ273mm=27.3cm D2=Φ230=23cm J1=πd14/64=3.14×184/64=5150.385 J2=π(d24-d34)/64=3.14×(224-184)/64=6342.8 J3=π(D14-D24)/64=3.14×(27.34-234)/64=13522.419 J12=(L1′+L2′)/(L1′/J1+L2′/J2) L12= L1′+L2′ 式中：L1′：加長桿全部伸出時，其端部銷孔至加長桿與中缸連接處間距； L2′：中缸全部伸出時，加長桿與中缸連接處至中缸與外缸連接處間距； L12：加長桿端部銷孔至最大撓度處間距。 已知：L1′=770mm=77cm L2′=961mm=96.1cm 則：L12= L1′+L2′=77+96.1=173.1mm J12=(L1′+L2′)/(L1′/J1+L2′/J2) =(77+96.1)/(77/5150.39+96.1/6342.80 =5770 J3/J12=13522.4/5770=1.53 L3 /L12=95.3/173.1=0.55 （L3 ：中缸全部伸出，中缸與外徑連接處至缸底銷孔之距； 已知 L3=95.3cm） 根據(jù)：J3/J12及L3/L12查《放頂煤開采技術(shù)與放頂煤液壓支架》圖2-10-39極限力計算圖可得： PK′/J12′≈18 ∴PK1= ( PK′/J12′)2×J12=182×5770=1869480KN>3220KN>P 則：立柱穩(wěn)定性符合條件，滿足要求。 5.2.2 活塞桿強度驗算 一、活塞桿強度滿足條件 安全系數(shù)n： n=σs/σ合>1.4 二、活塞桿強度驗算 在承受同心最大軸向載荷時，立柱的初始撓度δ1為： δ1=（Δ1+Δ2）*L12*L3/2al+G*L12*L3/2pl*cosα 式中：Δ1 活塞桿與導(dǎo)向套處的最大配合間距； Δ2 活塞與缸體處的最大配合間隙； a 活塞桿全部外伸時，導(dǎo)向套前端到活塞末端距離； L 加長桿全部伸出時，加長桿頭部銷孔至油缸尾部銷孔的距離：L=L1+L2+L3 G 立柱總重； α 油缸軸線與水平面夾角。 已知：Δ1=1mm=0.1cm Δ2=1mm=0.1cm L12=173.1cm L3=95.3cm L=L1+L2+L3=268.4cm α=90°-22°=68° G=585kg 代入上式： δ1=（0.1+0.1）*173.1*95.3/（2*20*268.4）+（585*173.1*95.3）/（2*3200*268.4）*cos68° =0.31+5.62*0.375=2.42 立柱的最大撓度δ： 當L/d1>5,L12≠L3或J31.4 所以缸體強度滿足使用要求。 5.2.3 缸體的強度驗算 一、缸體壁厚驗算： 缸體壁厚：δs=(273-230)/2=21.5mm=2.15cm D/δs=230/21.5=10.7 當16>D/δs>3.2時按中等壁厚的缸體公式計算。 由δs =PS*D/{2.3[σ]-PS}φ +C 式中：PS：油缸內(nèi)工作壓力。 C：計入管壁公差及侵蝕的附加厚度， 一般取C=0.2cm φ:強度系數(shù)。無縫鋼管φ=1 由上式得：[σ]=PS/2.3+PS*D/2.3（δs-C） =16.4+193.3=209.7 缸體材料為27SiMn無縫鋼管時：σb=980MPa [n]一般取3.5-4 安全系數(shù)為：n=σb/[σ] =980/209.7=4.67>4>[n] 所以缸體壁厚滿足使用要求。 二、缸體與缸底焊縫強度按下式計算： σ=10P/（π/4）*（D02-d02）η 式中：d0：環(huán)形焊縫內(nèi)徑； D0：環(huán)形焊縫外徑； η：焊接效率，取0.7 代入數(shù)值： σ=10*3200*4/[3.14*（27.32-232）*0.7] =119.4MPa 焊縫抗拉強度σb=539MPa 安全系數(shù)： n=σb/σ=539/119.4=4.5>4>[n] 所以焊縫強度滿足使用要求。 第六章 液壓支架的液壓系統(tǒng)設(shè)計 6.1 液壓支架的液壓系統(tǒng)簡介 一、 液壓系統(tǒng)概述 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，雖然支架的液壓缸（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)。 液壓支架的液壓傳動，采用容積式液壓傳動，它具有如下特點：工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達20—40MP，立柱內(nèi)的壓力達30--70MP）流量大（35--140L/min）；在液壓系統(tǒng)中采用粘度低，容量大的液體乳化液作為工作介質(zhì)；液壓缸，操縱閥，其它調(diào)節(jié)和控制裝置等總的數(shù)量大；很長的液壓管路（200--300m缸性管，500--3000m高壓軟管）；泵和液壓缸傳動系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低；所有支架在結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及他們之間都有相同的聯(lián)接方式即相同的液壓系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率實現(xiàn)無故障作業(yè)及工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 液壓支架是以單節(jié)支架為單元的，工作面支架和端頭支架的液壓系統(tǒng)成為液壓支架的基本組成部分?？梢园驯谜荆行目刂婆_和支架的液壓管路等部分作為支架的公用液壓系統(tǒng)，其中每個部分都具有其獨立的功能，可以單獨控制。 二、液壓系統(tǒng)的組成部分 該支架液壓系統(tǒng)由泵站、工作機構(gòu)，控制機構(gòu)和管路四大部分組成： 泵站：由高壓柱塞泵，電機，油箱等組成。 執(zhí)行機構(gòu)：由立柱，各種千斤頂組成。 控制機構(gòu)：由控制閥組，雙向鎖、單向鎖、操縱閥組等組成。 管路：包括各種高壓軟管，各類直通、三通、四通、彎頭、U形卡等。 三、液壓系統(tǒng)的主要特點 1、鄰架控制，管理簡單，操作安全，維護方便。 2、采用統(tǒng)一的高壓供液系統(tǒng)，工作壓力為31.4MP，大大提高了支架的初撐力，有利于管理頂板，同時縮小了千斤頂?shù)母讖剑Y(jié)構(gòu)緊湊并有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計，還減輕了重量。 3、為了簡化系統(tǒng)，推移千斤頂不設(shè)單向閥。但為了避免移架時輸送機被往回拉，移架時可將鄰架操縱閥手把板到推溜位置。 4、管路聯(lián)接均采用快速接頭結(jié)構(gòu)，規(guī)格有Φ32 、Φ25 、Φ19、Φ13、Φ10五種。 5、工作液為3%MDT乳化油和97%中硬以下水的乳化液。 6.2 液壓支架的基本控制回路 一、立柱的基本控制回路系統(tǒng) 液壓支架的升降是依靠立柱來實現(xiàn)的，支架的立柱分別由兩片操縱閥分別控制，為單柱控制回路。如圖所示。該回路中設(shè)一個液控單向閥、一個安全閥，一個操縱閥，用以控制與操作立柱的升、降動作，并保證立柱的閉鎖限壓特性。 將操縱閥置于上閥位（升架位置），由乳化液泵站來的高壓液經(jīng)操縱閥和液控單向閥進入立柱下腔，立柱上腔回液，支架升起接頂，操縱閥移到中間位，液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔液體被封閉，隨著頂板的下沉，立柱下腔內(nèi)的液體壓力逐漸升高，當升至安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥開啟溢流，使立柱下腔內(nèi)液體壓力保持定值，從而支架對頂板的支撐力不變。 當采煤機截煤過后，欲將支架移到新的位置，需將操縱閥置于下閥位（降架位置），高壓液進入立柱上腔，同時，打開液控單向閥。立柱下腔與回液管連通，支架下降。 二 、千斤頂?shù)幕究刂苹芈废到y(tǒng) 1、 平衡千斤頂 平衡千斤頂?shù)幕究刂苹芈窞殡p向鎖緊限壓回路。如圖所示。 它由一片操縱閥控制兩個平衡千斤頂，每個千斤頂回路中設(shè)兩個液控單向閥，分別控制千斤頂?shù)那昂髢汕唬騼汕挥吐范加锌赡艹蔀槌休d腔，它推頂梁或拉頂梁，使頂梁停留在需要的位置以調(diào)節(jié)支撐力的作用位置，來適應(yīng)不同的頂板條件。兩個安全閥用以限壓。 將操縱閥置于上閥位，高壓液體分別經(jīng)液控單向閥進入千斤頂下腔，同時，打開上腔的單向閥，使之與回液管相通，千斤頂伸出，頂梁頂緊。操縱閥置于下閥位時，則相反，上腔進液，下腔回液，千斤頂縮回。當管路中的液體壓力值大于安全閥調(diào)定壓力時，安全閥開啟溢流，保持千斤頂兩腔壓力值不變，對千斤頂起保護作用， 3、 護幫千斤頂 護幫千斤頂亦裝有雙向液壓鎖，一個安全閥，單向閥鎖緊護幫板，使護幫板保持在緊貼煤壁上不動，不經(jīng)操作護幫板不能自動下降。安全閥用以限壓。 3、推移千斤頂 1、作用 推移千斤頂是用于推移輸送機和拉支架的千斤頂。 2、組成 推移千斤頂由一片操縱閥控制來實現(xiàn)推移輸送機和支架的移動。移架時，先使支架卸載，立柱下腔回液，再將操縱閥置于下閥位（移架位置），工作液體進入推移千斤頂活塞桿腔，后腔回液，此時，支架以輸送機為支點前移，此后，再把支架撐緊在頂?shù)装逯g，將操縱閥置于上閥位（推溜位置），工作液體進入活塞腔，前腔回液，此時，以支架為支點就將輸送機推向煤壁。 4、 頂梁千斤頂 1、作用 頂梁千斤頂是控制頂梁的位置，使之與頂板接觸良好。 2、組成 兩個頂梁千斤頂由一片操縱閥控制，兩個掩護梁側(cè)護千斤頂和兩個后連桿側(cè)護千斤頂由一片操縱閥統(tǒng)一控制。側(cè)護千斤頂和彈簧筒共同支撐活動側(cè)護板。 6.3 泵站及各種液壓元件的選型 一、 泵站 1、作用 泵站是液壓系統(tǒng)最重要的組成部分，它向液壓系統(tǒng)輸送高壓乳化液，從而保證液壓支架所有液壓執(zhí)行機構(gòu)的功能。 2、組成 液壓系統(tǒng)重要的組成部分，它向液壓系統(tǒng)輸送高壓乳化泵，從而保證液壓支架所有執(zhí)行機構(gòu)的功能。高壓泵是泵站的核心，本工作面選用的乳化液泵為WRA200/31.5，其壓力為315.Mpa，流量200L/min。為了使泵站正常工作，設(shè)有安全閥、蓄能器、截止閥等。 二