【正文】 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 共 65 頁(yè) 掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)說(shuō)明書 摘要 由于地下煤層的地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，這就要求在不同的煤層環(huán)境中使用不同的與之適應(yīng)的液壓支架。本論文主要闡述了一般掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：選架型、總體設(shè)計(jì)、主要零部件的設(shè)計(jì)、主要零部件的校核 。 支架的形式為掩護(hù)式支架。支架除了要有效的對(duì)頂板進(jìn)行有效支撐，還要實(shí)現(xiàn)升、降、推移四個(gè)步驟。支架采用四連桿機(jī)構(gòu)，改善支架的受力狀況，縮小支架的升降過(guò)程中頂梁前端前后移動(dòng)的距離。立柱采用單伸縮液壓缸，前端帶有加長(zhǎng)桿，以滿足支架最低及最高位置時(shí)的高度要求。頂梁掩護(hù)梁、底座都做成箱體 結(jié)構(gòu)用鋼板焊接而成。 整個(gè)液壓支架的設(shè)計(jì)都源于煤層厚度這一初始條件，這很好的說(shuō)明了不同煤層需要不同的液壓支架，于是液壓支架的更新?lián)Q代對(duì)于提高采煤效率和增加井下安全性顯得十分重要。 在研制液壓支架時(shí)，需要對(duì)支架進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)和分析研究，確定合理的液壓支架受力參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及選定液壓支架最佳方案等方面綜合性的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。本設(shè)計(jì)主要從支架的工作原理這手，然后進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及校核。 關(guān)鍵詞 ：液壓支架；頂梁；底座；立柱；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 65 頁(yè) Abstract As the coal underground geological environment more plex, which requires coal in different environments with different to the hydraulic pressure article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination. The support eliminates must realize effectively carries on the strut to the roof, but also must realize ,to fall, to push, move four steps .the support uses four link motion gears, improves the support the stress condition, reduces the support to rise and full the distance which in the process fort end the topbeam around moves. The column uses the list expansion and contraction hydraulic cylinder, front end has legthens the pole, satisfies the support to be lowest and time the highest position high request. The topbeam, shields Liang, the foundation all makes the packed in a box body structure, bees with the steel plate welding. The design of the hydraulic pressure support from all seam thickness of the initial conditions, which is very good description of the different needs of different coal hydraulic pressure support, and therefore the upgrading hydraulic pressure support for improving efficiency and increasing the underground mining safety it is extremely important. At research to presses the support, need to carry on produce to experiment and analyze the research, make sure reasonable of liquid presses the support to be subjected to the dint parameter, the sport parameter and the structure parameters, and make selection the liquid to press the synthetic science technique problem of aspect of etc. of the best project of support. This design mainly this hand from the work principle of the support, then carry on the total structure design and school pits. Keywords: Hydraulic pressure support； Top beam； Cradle； the columntype support； structure design 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 共 65 頁(yè) 第 1 章 緒論 液壓支架發(fā)展概況 歷史地來(lái)看， 大約在四五十年前回采工作面還是采用木支柱 。隨著刨煤機(jī)、鉆削式和滾筒式采煤機(jī)等快速采煤機(jī)的使用 ,木支柱既不能對(duì)頂板提供足夠大的阻力，其支設(shè)和回收亦難滿足連續(xù)采煤的要求。于是，剛性木支柱被可壓縮性摩擦和液壓支柱所代替，并以支柱加鉸接頂梁的結(jié)構(gòu)形式支護(hù)回采工作面。 1954 年英國(guó)首次研制出液壓支架， 從此，開(kāi)創(chuàng)了煤炭工業(yè)的新時(shí)代。 50 年代末，為 開(kāi)采煤層厚超過(guò) 2m的松散和破碎頂板條件下的褐煤，前蘇聯(lián)開(kāi)始研制掩護(hù)式液壓支架，并 于 展出了 OMKT 型掩護(hù)式支架。這種支架頂梁很短，并與掩護(hù)梁鉸接，單根朝前傾斜液壓支柱連接著掩護(hù)梁和底座。當(dāng)支架在其工作高度范圍內(nèi)升降時(shí)，頂梁頂點(diǎn)相對(duì)于煤壁作圓弧運(yùn)動(dòng)。這樣，不僅影響了支架的承載能力，而且端面距變化很大，不利于頂板的維護(hù)。但比起 垛 式和節(jié)式支架，掩護(hù)式支架能有效的控制頂板，防止開(kāi)采過(guò)程中矸石滲入工作面，工作能力很好 。 60 年代末和 70 年代初，隨著液壓支架在歐洲使用經(jīng)驗(yàn)的日益增加，支架結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大變化。長(zhǎng)頂梁、二 柱、四柱以及多柱四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架相繼問(wèn)世。并且，為適應(yīng)底板不平，底座采用分離鉸接式結(jié)構(gòu)；對(duì)于松軟底板，為減小底板比壓，采用接觸面積較大的底座；為防止碎矸竄入采區(qū)，采用了各種防竄矸的掩護(hù)裝置。 1974 年，英國(guó)國(guó)家煤炭局實(shí)施的 “ 高科技采礦工程 ” 推動(dòng)了液壓支架及采煤設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展。這項(xiàng)工程要求在選擇工作面綜合采煤設(shè)備時(shí)，必須采用最先進(jìn)的設(shè)備和開(kāi)采工藝，以提高煤炭產(chǎn)量和改善作業(yè)環(huán)境。 1980 年起人們?nèi)〉昧藢?duì)自移式液壓支架的研制成功并逐步改進(jìn)完善，進(jìn)而普遍推廣使用，使回采工作面采煤過(guò)程中的落煤、裝煤、運(yùn)煤和支 護(hù)控頂?shù)裙ば蛉繉?shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化，煤礦取得了較大綜合效益。到 20 世紀(jì) 90年代初，人們尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進(jìn)采煤方法，采用了放頂煤技術(shù)。今天隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的普及應(yīng)用和提高，為煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化和高效生產(chǎn)提供了新的出路。煤礦綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用，大大地加快了工作面的移架、推溜速度，改善了采煤工作面頂板的支護(hù)狀況，使工作面產(chǎn)量成倍增加，直接功效大幅度提高，安全狀況明顯改善，噸煤成本大幅度下降，為煤礦生產(chǎn)的高效、安全和煤礦工人勞動(dòng)環(huán)境及形象的改變提供了條件。綜采使煤中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 65 頁(yè) 礦實(shí)現(xiàn)了由手工操作向機(jī)械化的 變革，電液控制系統(tǒng)使井下采煤實(shí)現(xiàn)由機(jī)械化向自動(dòng)化的革命，也可稱為采煤技術(shù)的第二次改朝換代的重大改革，是煤礦 21 世紀(jì)的高新技術(shù)。目前，以液壓支架為主體的地下綜采設(shè)備，已逐步向程控、遙控和自動(dòng)化方向發(fā)展。 國(guó)內(nèi)支架的現(xiàn)狀與國(guó)外的差距 制造技術(shù)水平落后 1． 德國(guó)支架結(jié)構(gòu)材料 ST52，屈服極限 500Mpa，前蘇聯(lián)的更高。我國(guó)基本長(zhǎng)期使用16Mn，屈服極限 350MPa 左右，近年來(lái)只有少數(shù)支架構(gòu)造的部分材料用高強(qiáng)度鋼板。 2． 支架液壓系統(tǒng)的閥類使用的是乳化油，防銹蝕的要求很高，國(guó)外一直銅合金閥殼和高強(qiáng) 度不銹鋼閥芯，我國(guó)是 45 鋼加表面防腐處理。 3． 國(guó)外密封材料的壽命大于 5a，我國(guó)只有 2a 左右。 4． 國(guó)外的支柱和千斤頂缸體內(nèi)壁是復(fù)鍍，我國(guó)是不鍍，使立柱出現(xiàn)麻斑、劃傷、密封漏液等現(xiàn)象，影響支護(hù)效果。 5． 美國(guó)的支架耐久性實(shí)驗(yàn)是 45000 次，我國(guó) 7000 次。 以上這樣技術(shù)質(zhì)量水平的支架在國(guó)內(nèi)一般礦井勉強(qiáng)可以使用，但在國(guó)內(nèi)高產(chǎn)、高效工作面及國(guó)際上是沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力的，綜采工程技術(shù)人員普遍認(rèn)為目前我過(guò)支架的工藝水平尚未達(dá)到 1979 年引進(jìn)的 100套支架的技術(shù)水平，可想落后人家遠(yuǎn)不止 30a。 控制系統(tǒng)研究落后 西方主要產(chǎn)煤大國(guó)始終把支架控制系統(tǒng)作為提高整個(gè)綜采經(jīng)濟(jì)效益的重要方面來(lái)抓。 20 世紀(jì) 60 年代采用手動(dòng)直接操作系統(tǒng)； 20 世紀(jì) 70 年代初即開(kāi)始重視液壓支架液壓先導(dǎo)控制的研究； 20世紀(jì) 70 年代中后期廣泛采用液壓多芯管先導(dǎo)控制系統(tǒng)； 20世紀(jì)80 年代西方國(guó)家開(kāi)始大力著手電液先導(dǎo)程序控制的研究和使用。因此，現(xiàn)在美、德、英、日等基本上全是可編程電液控制，波蘭除了電液控制以外，都是液壓多芯管先導(dǎo)控制。 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，為了提高移架速度滿足工作面高產(chǎn)、高效發(fā)展的需求，我國(guó)在加大常規(guī)手控操縱閥的流量方面取得進(jìn)展，加上綜合 措施，也實(shí)現(xiàn)了平均移架速度小于 12s/架的成績(jī)。 根據(jù)以上資料不難看出，在 21 世紀(jì)以煤炭集約化生產(chǎn)為特征的新時(shí)代，為了滿足高產(chǎn)、高效綜采工作面的需要，必須抓緊研制和推廣電液系統(tǒng)。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 共 65 頁(yè) 設(shè)計(jì)理念上落后 目前，國(guó)外液壓支架設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)手段上普遍采用了電子計(jì)算機(jī)，在設(shè)計(jì)方法上是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)相結(jié)合。對(duì)于支架結(jié)構(gòu)的零部件設(shè)計(jì)，普遍采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制圖 ,使圖紙的設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)質(zhì)量都有了很大的提高。其設(shè)計(jì)的圖紙和有關(guān)參數(shù)，可以提供于數(shù)控機(jī)床和光電跟蹤切割機(jī)加工零件時(shí)使用，大大提高了零件的加工精度和制造 質(zhì)量，節(jié)省了人工放樣，加工的工時(shí)，消除一手工操作所產(chǎn)生的誤差。在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面，也比較普遍地采用大型的結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力有限元分析軟件，模擬支架在煤礦井下的實(shí)際受載工況或在實(shí)驗(yàn)室中支架樣機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)有關(guān)工況，通過(guò)計(jì)算分析，對(duì)整個(gè)支架各部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行比較準(zhǔn)確和全面的了解。所有這些，都是由于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度普及和大型結(jié)構(gòu)分析有限元軟件的推廣應(yīng)用的結(jié)果。 我國(guó)包括支架在內(nèi)的眾多產(chǎn)品設(shè)計(jì)，仍然是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為主。所謂傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是人們?cè)谠O(shè)計(jì)中總是遵循著一定的設(shè)計(jì)理論，憑借著設(shè)計(jì)者本身的經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇設(shè)計(jì) 參數(shù)，并借助一些手冊(cè)、圖表、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)完成各種設(shè)計(jì)。這種半經(jīng)驗(yàn)、半理論的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法常常帶有一定的盲目性，使得所做的設(shè)計(jì)很難達(dá)到客觀存在的最優(yōu)方案。對(duì)于使用條件復(fù)雜、受載工況多變的液壓支架的設(shè)計(jì)，尤其如此。 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論是現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的核心內(nèi)容之一。近年來(lái)促進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究和應(yīng)用的主要因素有三個(gè)方面：即近代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)需要最適宜的方案、計(jì)劃與信息；電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和最優(yōu)化計(jì)算方法的發(fā)展相互促進(jìn)，使優(yōu)化設(shè)計(jì)有了可能；現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求高速度、高質(zhì)量地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，優(yōu)化才能保證這一任務(wù)的完成。所謂的優(yōu)化，就是在多種 因素條件尋求使人最滿意、最適應(yīng)的一組參數(shù)。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中是把設(shè)計(jì)變量當(dāng)作常量來(lái)看待，而在優(yōu)化設(shè)計(jì)中是將設(shè)計(jì)變量當(dāng)作隨機(jī)變量來(lái)對(duì)待。 液壓支架研究發(fā)展趨勢(shì) 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，新技術(shù)、新方法、新材料的不斷應(yīng)用，微機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步普及，為液壓支架的發(fā)展提供了有利的條件。目前，液壓支架研究發(fā)展可以從以下幾個(gè)方面著手： 1. 液壓支架的結(jié)構(gòu)形式正朝著簡(jiǎn)單實(shí)用方向發(fā)展，如液壓支架的架型明顯地向兩柱掩護(hù)式支架和四柱支撐式掩護(hù)式支架發(fā)展。 2． 在已有支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，研究支架 的智能中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 65 頁(yè) 化設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)一步提高支架的科學(xué)性、可靠性以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化性。其中在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： I 提高液壓支架的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，加大支架的工作阻力，加大支架的設(shè)計(jì)強(qiáng)度系數(shù)，還有選材等方面； II 如何提高支架的移架速度； III 改進(jìn)支架個(gè)別部件結(jié)構(gòu)，加大聯(lián)結(jié)件強(qiáng)度。 3． 改進(jìn)制造工藝，保證制造質(zhì)量；對(duì)支架的閥類，從材料、熱處理、加工條件和密封件入手，制定更嚴(yán)格的質(zhì)量和抗腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。 4．