【正文】 條件下的煤層 ,現(xiàn)有的液壓支架適應(yīng)性差 ,使用效果不理想。就全國(guó)來(lái)說(shuō) ,由于地質(zhì)條件復(fù)雜和資金不足等原因 ,雖然經(jīng)過(guò)十幾年的努力 ,綜采程度仍只有 21%,而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家綜采程度一般已達(dá) 70%～ 80%。從我 國(guó)近幾年的支護(hù)改革來(lái)看 ,投資巨大的綜采發(fā)展十分緩慢 ,而單體液壓支柱工作面卻有了大發(fā)展 ,少數(shù)礦區(qū)已基本上實(shí)現(xiàn)了單體液壓支柱化。我國(guó)綜采液壓支架的推廣使用 ,目前還存在許多亟待解決的問(wèn)題。 國(guó)外液壓支架現(xiàn)狀 80 年代以來(lái) ,世界主要采煤國(guó)家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、降低成本、實(shí)現(xiàn)礦井集中生產(chǎn)做努力 ,他們積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新技術(shù) ,致力于高性能、高可靠性的新一代重型液壓支架的研制。新型液壓支架普遍具有微型電機(jī)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)的電液控制閥 ,推移千斤頂裝有位移傳感器 ,采煤機(jī)裝有紅外線傳感裝置 ,立柱缸徑超過(guò) 400mm。為減 少割煤時(shí)間 ,一般采用 ～ 1m的截深。支架還采用屈服強(qiáng)度 800～ 1000MPa 的鋼板 ,既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性 ,又具有良好的冷焊性能。隨著長(zhǎng)壁工作面長(zhǎng)度的不斷增加 ,為適應(yīng)快速移架的需要 ,國(guó)外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站 ,其額定壓力為 40～ 50MPa,額定流量 400～ 500L/ min,可實(shí)現(xiàn)工作面成組或成排快速移架 ,達(dá)到 6～ 8m/s。 美國(guó)是世界上最先進(jìn)的采煤國(guó)家 ,早在 1990 年就已采用額定壓力山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 50MPa、額定流量 478L/ min 的乳化液泵站 ,以實(shí)現(xiàn)支架快速推進(jìn) ,移架速度達(dá) 6～ 8s/架。美 國(guó)的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護(hù)式支架 ,使用壽命 8～ 10年 ,可用率高達(dá) 95%～ 98%。支架平均工作阻力 6470kN(最大為 9800kN),支架寬度普遍增大 ,中心距達(dá)到 ,并向 2m發(fā)展 ,增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時(shí)間、增加有效工作時(shí)間和提高單產(chǎn)。如洛斯公司 20 英里礦在 250179。 5280m 長(zhǎng)壁綜采面用工作阻力為 2179。 8565kN 電液控制兩柱掩護(hù)式支架 ,1997 年 6 月產(chǎn)商品煤 萬(wàn)噸 ,成為世界上首次月產(chǎn)商品煤近百萬(wàn)噸的工作面； 1995 年 9月 ,糜鹿礦用工作阻力為 8900kN 電流控制的兩柱掩護(hù)式 支架 ,月產(chǎn)煤達(dá)到 萬(wàn)噸。美國(guó)綜采工作面最高日產(chǎn)超 7萬(wàn)噸 ,最高工效 1336 噸 /工。澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn) ,使用兩柱掩護(hù)式支架 ,支架的平均工作阻力為 7640kN。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護(hù)式支架 ,在 1995 年 8月 8 日創(chuàng)下澳大利亞有史以來(lái)日產(chǎn) 萬(wàn)噸的最高記錄 ,班產(chǎn)一直保持在 5000～ 6000t。英國(guó)也在大力發(fā)展兩柱掩護(hù)式支架 ,工作阻力有了很大提高，達(dá)到 6000～ 8000kN。 我國(guó)液壓支架的技術(shù)現(xiàn)狀 我國(guó)在 1964 年由太原分院和鄭州煤機(jī)廠設(shè)計(jì) 70 型邁步式自移支架 ,從此 開(kāi)始了液壓支架的國(guó)產(chǎn)化道路。 1984 年 ,北京開(kāi)采所、沈陽(yáng)所、鄭州煤機(jī)廠在沈陽(yáng)蒲河礦進(jìn)行我國(guó)第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗(yàn) ,繼而研制了多種低位、中位和高位放頂煤支架 ,成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水平分層工作面使用。 1990 年后 ,國(guó)產(chǎn)液壓支架得到了全面的發(fā)展 ,到 1998年止 ,全國(guó)已建成 88 處高產(chǎn)高效礦井 ,其中 14 處礦單個(gè)工作面的單產(chǎn)達(dá) /月 ,原煤生產(chǎn)人員效率達(dá) /工 ,綜采機(jī)械化水平達(dá) %,達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 (1)我國(guó)液壓支架的基本架型 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 1) ZZ 系列支撐式支架 該系列支架 切頂能力強(qiáng) ,穩(wěn)定性好 ,支護(hù)強(qiáng)度大 ,易于操作。支架的工作阻力為 20xx～ 10000kN,支架高度 ～ ,一般在工作面傾斜 15176。以上時(shí)配防倒防滑裝置。支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為 :立柱呈 X、 V 型布置 ,兩柱支頂、兩柱支掩或四柱支頂 。頂梁為整體、楔型或鉸接型 ,有前伸縮梁或挑梁 。有長(zhǎng)短兩種掩護(hù)梁 。底座有整體分體、半鋼性分離底座 ,可設(shè)抬底座機(jī)構(gòu) 。單側(cè)活和雙側(cè)活側(cè)護(hù)板或不設(shè)側(cè)護(hù)板 ,側(cè)護(hù)板有全封閉或半封閉兩種 ,型式為直推式或合頁(yè)式 。本架或鄰架操作。 2) ZY 系列掩護(hù)式支架 該系列支架采高范圍大 ,支架長(zhǎng)度短 ,相對(duì)成本低 ,操作 靈活。支架的工作阻力為 1800～ 6000kN,支架高度 ～ 。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為 :兩立柱支頂 ,個(gè)別有另一柱支撐掩護(hù)梁代替平衡千斤頂 。整體和鉸接或楔型頂梁 ,有前挑梁或伸縮梁；整體分體、半鋼性分離底座 ,設(shè)抬底座機(jī)構(gòu)；本架或鄰架操作。 (2)不同采煤方法中使用的國(guó)產(chǎn)液壓支架 1)緩傾斜厚煤層一次采全高支架大采高支架總共 10 余種 ,大多為 ZY型掩護(hù)式支架 ,少數(shù)為 ZZ 型支撐式支架 ,支架高度 2～ 5m,工作阻力 3200～10000kN。支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn) :各鉸接孔間隙小、制造精度高、支架穩(wěn)定性好 ,支架側(cè)推力大 ,充分考慮防倒 防滑 ,有調(diào)架機(jī)構(gòu) ,有很好的護(hù)幫機(jī)構(gòu) ,一般有伸縮梁 ,能即時(shí)支護(hù)和防片幫 ,多為本架操作。 2)緩傾斜薄煤層液壓支架 由于薄煤層支架對(duì)其空間有嚴(yán)格要求 ,所以整體頂梁盡可能薄且較長(zhǎng) 。推桿中長(zhǎng)；立柱可以 X 型布置 。支架前部有寬度不少于 500mm 的空間 ,從而保證行人安全；鄰架操作。 3)大傾角煤層一次采全高液壓支架對(duì)傾角為 25176。～ 45176。的煤層來(lái)說(shuō) ,液壓支架應(yīng)有較大初撐力和工作阻力 ,各鉸接孔間隙要小 ,制造精度要高 ,以山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 保證支架的穩(wěn)定。支架應(yīng)有可靠的防倒防滑和調(diào)架裝置 ,活動(dòng)側(cè)護(hù)板應(yīng)有較大行程和推力 ,支架與采煤機(jī)道之間需設(shè)防砸 安全擋板 ,底座應(yīng)設(shè)腳踏板或扶手。這種支架多為 ZY 掩護(hù)式 ,鄰架操作。 4)厚、特厚傾斜煤層分層鋪網(wǎng)支架 架型為 ZZ 支撐式、 ZY 掩護(hù)式和垛式 ,有鋪?lái)斁W(wǎng)和鋪底網(wǎng)之分 ,可采用架前鋪聯(lián)網(wǎng)或架后鋪聯(lián)網(wǎng)方式 ,機(jī)械或手工操作 ,其中手工聯(lián)網(wǎng)又分橫聯(lián)和豎聯(lián)兩種方法。這種支架的特點(diǎn)是工作阻力稍大、掩護(hù)梁和底座中有充足的空間 ,便于使用。多為本架操作。 5)特厚煤層放頂煤液壓支架 放頂煤支架按放煤位置可分高位、中位和低位三種。 高位放頂煤支架高度 ～ ,工作阻力 20xx～ 5600kN,為鄰架操作 ,也可用 于緩傾斜和傾斜特厚煤層水平分層開(kāi)采。支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn) :頂梁較小 ,為小托梁 ,有伸縮梁或小挑梁 。掩護(hù)梁較長(zhǎng) ,開(kāi)天窗 ,上面有放煤槽 ,放煤角度大于 35176。 。前立柱為兩柱或單柱 ,后立柱為單柱、三柱 (或兩柱 ),均支撐在掩護(hù)梁上 ,為便于增大放煤角度和放煤窗口 ,另可設(shè)置一根立梁；托梁側(cè)護(hù)板多為雙側(cè)活動(dòng)式 ,若是硬煤則需設(shè)鉆機(jī)鉆孔位置。高位放頂煤支架為單運(yùn)輸機(jī)式 ,有單鉸接和四連桿兩種 ,底座可插底或不插底。缺點(diǎn)是煤尖大 ,放煤點(diǎn)高 ,支架底座前端比壓大 ,放煤時(shí)工作面行人受阻 ,安全出口減少。 該類支架為雙運(yùn)輸機(jī)式 ,可用于 緩傾斜和急傾斜特厚煤層水平分層采煤。掩護(hù)梁開(kāi)天窗 ,天窗有插板和回轉(zhuǎn)式兩種。四立柱可全部支在頂梁上 ,或?qū)⑵渲袃芍г陧斄骸⒘韮芍г谘谧o(hù)梁上。連桿型式有單鉸接和四連桿兩種。鄰架操作或部分鄰架部分本架操作。該種支架若被用于三軟煤層時(shí)應(yīng)采用側(cè)護(hù)板全封閉式結(jié)構(gòu) ,為了降低對(duì)底板比壓 ,底座面積需盡量加大 ,可采山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 用全封閉或半封閉結(jié)構(gòu)。頂梁分整體和鉸接兩種 ,少數(shù)帶挑梁 ,一般有伸縮梁 ,便于立即支護(hù)。支架工作阻力為 3000～ 6000kN,支架高度 ～ 3m。中位放頂煤支架受力狀態(tài)好 ,抗扭能力強(qiáng) ,不易倒架 ,煤塵少。缺點(diǎn)是放煤點(diǎn)高 ,底座長(zhǎng) ,調(diào)架困難 ,后運(yùn)輸機(jī)置于底座上 ,位置高 ,人工清浮煤勞動(dòng)強(qiáng)度大 ,且由于掩護(hù)梁開(kāi)天窗 ,放大塊煤時(shí)窗口很容易被堵塞。 低位放頂煤支架的放煤口位于掩護(hù)梁下方 ,后部運(yùn)輸機(jī)直接放在底板或底座后部的拖板上。由于放煤口三面敞開(kāi) ,不丟脊背煤 ,回收率相對(duì)較高 。煤塵小 ,放煤口大 ,不易堵塞 。根據(jù)要求 ,可在每組支架放煤口的下風(fēng)側(cè)和靠工作面一側(cè)各裝 4 個(gè)噴頭 ,支架放煤或移架時(shí) ,本架支架或者相鄰支架的噴霧自動(dòng)打開(kāi)滅塵。支架頂梁長(zhǎng) ,反復(fù)支撐 ,放煤效果好 ,便于維修和操作。該類支架工作阻力為 2500～ 7200kN,支 架高度 ～ 。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為 :整體頂梁或鉸接頂梁 ,有內(nèi)外伸縮前梁或帶前挑梁 。掩護(hù)梁有整體大插板放煤形式 (擺動(dòng)或不擺動(dòng) )和帶回轉(zhuǎn)小尾梁小插板放煤形式 ,后者的穩(wěn)定性和綜合性能較好 。正四連桿和反四連桿 ,有正常位置和前移兩種 。四立柱大多支撐在頂梁上 ,少數(shù)支撐在掩護(hù)梁上 。整體底座 ,分不封底、半封底和全封底三種形式 ,底板軟、浮煤多時(shí)可考慮用抬底座裝置 。半封閉或全封閉側(cè)護(hù)板 ,頂煤破碎時(shí)多用全封閉式 。煤層傾角大時(shí)需設(shè)調(diào)架和防倒防滑裝置。根據(jù)各工作面的條件不同 ,采煤工藝也不盡相同 ,多數(shù)采用兩刀一放分段多輪順序均勻采煤 ,兩刀一放單輪順序折返補(bǔ)放 ,以及單輪順序放煤、單間隔放煤、多輪放煤等 ,少數(shù)工作面采用一刀一放分段雙輪順序放煤工藝。低位放頂煤支架基本上適用于綜采各種地質(zhì)條件的特厚煤層 ,目前國(guó)內(nèi)已在傾角為 0176?！?37176。、仰俯采角 12176。左右且煤硬度 f=～ 的煤層中廣泛使用低位放頂煤支架 ,采煤截深多為 ,工作面回收率一般可達(dá) 90%、甚至 97%,采區(qū)回收率 86%。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 這種雙運(yùn)輸機(jī)輕放支架可用于特厚煤層中工作面長(zhǎng)度不太規(guī)則的斷層邊角帶和殘余煤柱的開(kāi)采 ,工作阻力為 1800～ 2500kN,支護(hù)強(qiáng)度 ～,支架高度 ～ ,重量 ～ ,中心距 ～ 。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為 :掩護(hù)梁和頂梁為一整體 ,帶挑梁或內(nèi)伸縮前梁 ,仰俯采角一般為177。15176。 。連桿為單擺桿 。整體大側(cè)護(hù)板或小側(cè)護(hù)板。由于該類支架同時(shí)具備放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架和普通 ZZ 型支架的使用功能 ,且重量輕 ,便于安裝、增減和運(yùn)輸 ,所以使用效果良好。 6)難采煤層液壓支架 該類液壓支架要求底座面積盡量大并具備抬底座功能 ,采用底座半封底或全封底以降低底板比壓。頂梁要具備立即支護(hù)功能 ,帶伸縮梁或伸縮梁加挑梁 ,其側(cè)護(hù)板 應(yīng)使支架處于全封閉狀態(tài) ,多為鄰架操作。 該類支架多為 ZZ 型 ,要求工作阻力大 ,切頂力大 ,頂梁為整體、楔型和鉸接前梁帶挑梁式 ,掩護(hù)梁需盡量短 ,與水平夾角大 ,底座為半鋼性分體式 ,安全閥應(yīng)有足夠的流量以抵抗頂板沖擊。鄰架或本架操作。 本課題的研究目的和意義 根據(jù)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展形勢(shì)采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭增長(zhǎng)的日益需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機(jī)械 性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可見(jiàn)，研制和開(kāi)發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 通過(guò)對(duì)液壓支架的理論學(xué)習(xí)，完成液壓支架的設(shè)計(jì)工作，加深對(duì)液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和了解。通過(guò)對(duì)液壓支架結(jié)構(gòu)的分析，加深和鞏固機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容；通過(guò)對(duì)液壓支架受力的分析和強(qiáng)度的校核，加深對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學(xué)和材料力學(xué)及專業(yè)課機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān) 內(nèi)容的鞏固和理解。同樣通過(guò)對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)，能夠更好的認(rèn)識(shí)國(guó)內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問(wèn)題，從而為以后更深認(rèn)的了解和設(shè)計(jì)液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。 通過(guò)自己獨(dú)立地完成指定的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，提高理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)會(huì)查閱參考書(shū)和工具書(shū)的方法，提高編寫(xiě)技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為畢業(yè)后成為一名出色的機(jī)械工程師打好基礎(chǔ)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 2 概述 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過(guò)程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓液體，通過(guò)工作面性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的，如圖 21 所示。 123456上升推移7pO 圖 21 液壓支架工作原理 1— 頂梁； 2— 立柱； 3— 推移千斤頂； 4— 安全閥； 5— 單向筏； 7— 操縱閥； 支架升降 當(dāng)操作閥處于升柱位置時(shí)，從乳化液泵站來(lái)得高壓液體通過(guò)操縱閥液控單 向閥 5 進(jìn)入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開(kāi)液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。 支架推移 支架的前移和推移輸送機(jī)是通過(guò)操縱閥和推移千斤頂 3 來(lái)進(jìn)行的。移架時(shí)，先使支架卸載下降，再把操縱閥置于移架位置，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂?shù)那扒患椿钊麠U腔，后腔即活塞腔回液。這時(shí)，支架以山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操