【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 1 第 1章 概述 液壓支架的發(fā)展歷程 液壓支架的設(shè)計(jì)、制造和使用，從 1854 年英國(guó)研制成功了液壓支架發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)基本成熟，它已經(jīng)形成了能適應(yīng)各種不同煤礦地質(zhì)條件的各類(lèi)液壓支架。 從液壓支架的形式來(lái)看，有支撐式液壓支架發(fā)展到掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架；從支架的質(zhì)量來(lái)看，有輕型液壓支架、中型液壓支架和重型液壓支架；從支撐高度來(lái)看，有薄煤層液壓支架、中厚煤層液壓支架和厚煤層液壓支架，其中厚煤層液壓支架又分厚煤層一次全采高液壓支架、厚煤層分層開(kāi)采液壓支架和放頂煤液壓支架；從用途來(lái)看，有端頭 液壓支架和 中間液壓支架。所以從液壓支架的現(xiàn)狀來(lái)看，液壓支架已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)完整的液壓支架體系。從液壓支架的體系設(shè)計(jì)來(lái)看，從過(guò)去的手工設(shè)計(jì)發(fā)展到全部計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)?？傊?，隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，液壓支架設(shè)計(jì)、制造和使用，將越來(lái)越完善、安全、可靠。 液壓支架的工作情況 每個(gè)工作面一般由采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、乳化液壓站和油管等主要設(shè)備組成。 為了實(shí)現(xiàn)頂板即時(shí)支護(hù)，采用即時(shí)支護(hù) 的方式。采煤機(jī)每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、 升柱和推溜 四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程。 液壓支架的機(jī)構(gòu)類(lèi)型 液壓支架有許 多類(lèi)型。按圍巖的相互作用和維護(hù)回采空間的方式，可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐 掩護(hù) 式三類(lèi)；按移架方式可分為整體自移式和邁步前移式兩類(lèi)；按使用地點(diǎn)不同可分為工作面支架和端頭支架兩類(lèi)；工作面支架按煤層厚度和開(kāi)采方法不同可分為鋪聯(lián)網(wǎng)支架和放頂煤液壓支架。 頂梁又稱主梁，是支護(hù)頂板的直接承載部件，并為立柱、掩護(hù)梁及護(hù)頂 裝置提供聯(lián)結(jié)點(diǎn)。它不但要求具有一定的強(qiáng)度和剛度，而且接觸面積要大，并能適應(yīng)頂板壓力的變化。頂梁與頂板盡可能均勻接觸，避免因局部接頂而造成頂梁集中受載，損壞支架其他構(gòu)件。頂梁均設(shè)計(jì)成多腔室薄壁箱型結(jié)構(gòu)，由上 下蓋板等鋼板焊接而成。為了增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的剛度，上下蓋板之間設(shè)有加強(qiáng)筋板；頂梁前端呈滑撬狀，以較少頂梁與頂板間的移動(dòng)阻力。 如圖 1－ 2 所示，掩護(hù)式液壓支架一般由頂梁、掩護(hù)梁、前后連桿、底座、立柱等主要內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 2 結(jié)構(gòu)件和前梁、側(cè)護(hù)板、平衡千斤頂、前梁千斤頂、推移千斤頂?shù)容o助結(jié)構(gòu)件以及各種操縱閥、控制閥、動(dòng)力液壓缸等組成 。 圖 1－ 2 支架組成結(jié)構(gòu) 1－ 前梁 2－ 頂梁 3－ 立柱 4－ 掩護(hù)梁 5－ 前連桿 6－ 后連桿 7－ 底座 8－ 推移裝置 9－ 平衡千斤頂 10－ 前梁千斤頂 11－ 護(hù)幫千斤頂 12－ 護(hù)幫裝置 掩護(hù)梁是組成液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的桿件之一。因此，掩護(hù)梁要求具有較高的強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，其焊縫要求高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求以免開(kāi)焊。 掩護(hù)梁是由鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)， 它聯(lián)結(jié)著頂梁、前后連桿以及底座，承載才空區(qū)矸石的作用 載荷以及因頂梁受偏載作用而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)載荷， 起著穩(wěn)定支架重心 并防止 采空區(qū) 矸石進(jìn)入工作面 的作用，既能保證支架前梁頂端與煤壁的間距基本恒定，又承擔(dān)了支架在工作過(guò)程中的水平分力，以保證支架的工作穩(wěn)定性，一般 掩護(hù)梁也設(shè)計(jì)箱型結(jié)構(gòu)。 底座是鋼板焊接的箱型結(jié)構(gòu)， 底座是將頂板載荷傳遞到底板及固定立柱和前后連桿的承載部件，也是組成支架四連桿機(jī)構(gòu)的桿件之一， 它與底板直接接觸，將立柱傳來(lái)的頂板壓力傳遞給底板。底座的后部與前后連桿鉸接，前端焊接有安裝推移千斤頂?shù)穆?lián)結(jié)耳，推移千斤頂?shù)牧硪欢伺c工作面運(yùn)輸機(jī)連接，通過(guò)推移千斤頂?shù)纳炜s， 實(shí)現(xiàn)推溜和移架行走動(dòng)作。 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過(guò)程中，必須具備升、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乳化液通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的。如圖 所示 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 3 1．升柱 當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔，另一腔回來(lái)，推動(dòng)活塞上升，使與活塞桿連接的頂梁緊緊接觸頂板。 2．降柱 當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)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(jī)前移 支架和輸送機(jī)的前移，都是由于底座上的推移千斤頂來(lái)完成的。當(dāng)需要支架前 移時(shí)，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁；當(dāng)需要輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂活塞腔，另一腔回液，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。 圖 1－ 3 液壓支架工作原理圖 1頂梁 2立柱 3底座 4推移千斤頂 5安全閥 6液控單向閥 8操縱閥 9輸送機(jī) 10乳化液泵 11主供液路 12主回液路 設(shè)計(jì)事項(xiàng) 目的 ： 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)煤炭日益增長(zhǎng)的需求，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（簡(jiǎn)稱綜采工作面）。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝 150 臺(tái)液壓支架，可見(jiàn)對(duì)液壓支架的需求量是很大的。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、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。為了有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類(lèi)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 4 型和不同結(jié)構(gòu)尺寸液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的類(lèi)型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是大的，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) 。 基本要求 1． 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。 2．液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100kN 左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100kN～ 150kN，中厚煤層一般為 150kN 至 250kN，厚煤層一般為 300kN～ 400kN。 3．防矸性能要好。 4．排矸性能要好。 5．要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6．為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 7．調(diào)高范圍要大 ，照明和通訊方便。 8．支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9．要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。 10．在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架的重量。 11．要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 12．液壓元件要可靠。 基本參數(shù) ： 1．頂板條件 ： 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?lèi)，對(duì)支架進(jìn)行選型。 2．最大和最小采高 ： 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。 3．瓦斯等級(jí) ： 根據(jù)瓦斯等級(jí)，按保安規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。 4．底板巖性和小時(shí)涌水量 ： 根據(jù)底板巖性和小時(shí)涌水量驗(yàn)算底板比壓。 5．工作 面煤壁條件 ： 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。 6．煤層傾角 ： 根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。 7．井筒罐籠尺寸 ： 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。 8．配套尺寸 ： 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 液壓支架的分類(lèi) 液壓支架按結(jié)構(gòu)形式劃分，可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三類(lèi)。 1． 支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點(diǎn)是：立柱多，支內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 5 撐力大，切頂性能好；頂梁長(zhǎng)，通風(fēng)斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。 支撐式支架有垛式和節(jié)式之分。 （ 1）節(jié)式 ： 節(jié)式支架由 2～ 4 個(gè)框架組成，用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)互相聯(lián)系，交替前進(jìn)， （ 2）垛式 ： 整個(gè)支架為一整體結(jié)構(gòu)，整體移動(dòng)，通常有 4～ 6 根立柱，可以支撐堅(jiān)硬與極堅(jiān)硬的頂板。 2．掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護(hù)梁來(lái)防止巖石落入工作面。其特點(diǎn)是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距??；由前后連桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)使抗水平力的能力增強(qiáng)，立柱不受橫向力；而且使板前端的運(yùn)動(dòng)軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化?。患荛g通過(guò)側(cè)護(hù)板密封，掩護(hù)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)定的頂板。 3．支撐掩護(hù)式支 架 支撐掩護(hù)式支架具有支撐式的頂梁和掩護(hù)式的掩護(hù)梁，它兼有切頂性能和防護(hù)作用，適于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。根據(jù)使用條件，支撐掩護(hù)式支架的前、后排立柱可前傾或后傾，傾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架適用于薄煤層。 液壓支架的 主要結(jié)構(gòu)和用途 液壓支架由以下六個(gè)主要部分組成： 頂梁 、 立柱 、 掩護(hù)梁和擋矸簾 、 底座 、 推移機(jī)構(gòu) 、 操縱控制系統(tǒng) 。 一、 頂梁 用途： 1．用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板。 2．承受頂板的壓力。 3． 將頂板載荷通過(guò)立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板 。 二、 底座 用途 ： 1．為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)。 2．與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)。 3．將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。 三、 掩護(hù)梁 用途 ： 1．掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過(guò)前后連桿傳遞給底座。 2．掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 6 3．掩護(hù)梁和頂梁（包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）一起 ，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸能力。 四、 活動(dòng)側(cè)護(hù)板 用途： 1．與鄰架的頂梁、掩護(hù)梁和后連桿的固定側(cè)護(hù)板相貼，構(gòu)成了指甲的擋矸屏障。 2．支架移架時(shí)起導(dǎo)向作用。 3．利用側(cè)推 千斤頂可調(diào)整支架的橫向位置或防倒扶正支架。 五、 連桿 前后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受?chē)鷰r載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。 液壓支架的液壓系統(tǒng) 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(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類(lèi)、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)。 一、 液壓支架傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 對(duì)于液壓支架的傳動(dòng)裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備外形尺寸小，能遠(yuǎn) 距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒(méi)有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；在爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證安全工作；動(dòng)作迅速；操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單；過(guò)載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單。 容積式液壓傳動(dòng)可最大限度的滿足這些要求，因此，所有液壓支架均采用這種傳動(dòng)。 二、 液壓支架的液壓傳動(dòng)特點(diǎn) 液壓支架的液壓傳動(dòng)，與其他機(jī)械的容積式液壓傳動(dòng)有很大的區(qū)別，其特點(diǎn)如下： 工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達(dá) 20～ 40MPa，立柱內(nèi)的壓力達(dá) 30～ 70MPa），流量大（ 30～ 150l/min）；在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體為工作介質(zhì)；液壓缸、操縱閥，其他調(diào)節(jié)和控 制裝置等總的數(shù)量大（高壓泵 1～ 6 臺(tái)，液壓缸 300～ 1500個(gè)，安全閥 150～ 300 個(gè)，還有同樣數(shù)量的液控單向閥）；很長(zhǎng)的液壓管路（ 200～ 300m剛性管， 500～ 3000m 高壓軟管） ； 泵 ——液壓缸傳動(dòng)系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低；根據(jù)支架的數(shù)目改變液流的參數(shù)；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連接方式（相同的液壓系統(tǒng)）；每節(jié)支架都重復(fù)著相同的工序，這些工序的總和構(gòu)成液壓支架的基本工序；為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率，實(shí)現(xiàn)無(wú)故障作業(yè)以及工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封 性和可靠性。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 7 這些基本特點(diǎn)決定了液壓傳動(dòng)元件以及整個(gè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，即： 液壓支架是以單節(jié)支架為單元的，這就決定了液壓系統(tǒng)的構(gòu)成，即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。此外，可以把泵站、中心控制臺(tái)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(gè)部分都具有其獨(dú)立的功能，在改善液壓傳動(dòng)或者制定新的方案時(shí)，一般都可以單獨(dú)的加以研究 。 液壓支架的選型 液壓支架的選型原則： 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適應(yīng)礦井和工作面條件，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(jì)效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條進(jìn)行選擇。 1． 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。 2． 當(dāng)煤層厚度超過(guò) ，頂板有側(cè)向推力或水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不宜選用支撐式支架。 3． 當(dāng)煤層厚度達(dá)到 ～ 以上時(shí)，需要選擇有護(hù)幫裝置的掩護(hù) 式或支撐掩護(hù)式支架。煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的 機(jī)械加長(zhǎng)桿 或雙伸縮立柱的支架。 4． 應(yīng)使支架對(duì)底板的比壓不超過(guò)底板允許的抗壓強(qiáng)度。在底板較軟條件下，應(yīng)選用有抬底裝置的支架或插腿掩護(hù)式支架。 5． 煤層傾角＜ 10176。時(shí) ，支架可不設(shè)防倒防滑裝置； 15176?！?25176。時(shí)，排頭支架應(yīng)設(shè)防滑裝置，工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置；＞ 25176。時(shí)，排頭支架應(yīng)設(shè)防倒防滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置。 6． 對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并優(yōu)先選用通風(fēng)斷面大的支撐式或支撐掩護(hù)式支架。 7． 當(dāng)煤層為軟煤時(shí)，支架最大采高一般