【正文】 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計經(jīng)濟型掩護式液壓支架設(shè)計畢業(yè)論文第一章 緒 論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(biāo)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。在綜合機械化采煤過程中，液壓支架擔(dān)當(dāng)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。 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（這里采用水包油型乳化液）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(dǎo)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。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(dāng)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(dāng)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。 液壓支架的工作過程 液壓支架對頂?shù)淖饔眠^程主要取決于流體靜力學(xué)原理工作的立柱工作過程?，F(xiàn)以圖11所示的典型立柱控制系統(tǒng)來說明支架的工作過程。支架操作的基本功作過程為：急增阻階段，緩增阻階段，恒阻階段，無作用階段四個階段?！　　　　　　　　　　　　D　１－１　　立柱控制系統(tǒng)１－立柱；２－安全閥；３－液控單向閥；４－操縱閥；P－高壓管路；O－回液管（1）泵壓撐頂，支架對頂板急增阻階段操縱閥手把置于A位，從泵站來的壓力液經(jīng)高壓管路P，打開液控單向閥3進入立柱下腔，立柱上腔與回液管O連通，因而活柱伸出使支架升起接頂，對頂板產(chǎn)生支撐力。支架接頂后，泵壓使下腔內(nèi)的液體壓強迅速上升，支架對頂板支撐力急劇增加。這就是支架對頂板的急增阻階段。（2）閉鎖承載，支架對頂板緩增阻階段操縱閥手把放回零位后，立柱下腔內(nèi)的壓力液被液控單向閥閉鎖，不能流出，從而使支架保持對頂板的支撐狀態(tài)。隨著頂板逐漸下沉，立柱下腔內(nèi)的液體受到進一步壓縮，壓強逐漸增高，使直接對頂板產(chǎn)生更大的支撐力，力圖阻止或延緩頂板下沉，一般情況下，頂板下沉比較緩慢，支架對頂板的支撐力增長也就相應(yīng)緩慢，所以這個階段被稱為支架對頂板緩增阻階段。（3）溢流承載，支架對頂恒阻階段頂板繼續(xù)下沉，立柱下腔內(nèi)的壓強繼續(xù)升高，當(dāng)達到立柱安全閥的調(diào)定值時，安全閥便開啟溢流，使立柱下腔內(nèi)的壓強保持定植，從而支架對頂板的支撐力不變，即支架處于對頂板恒阻階段。（4）解鎖降柱，支架與頂板無作用階段采煤機截煤后，欲將支架移到新的位置，首先把操縱閥手把置于B讓從泵站來的壓力液進入立柱上腔，同時作用于液控單向閥的頂桿活塞，迫使液控單向閥開啟，解除對立柱下腔液體的閉鎖，允許其回到回液管。這時，活柱縮回，支架降落離開頂板，支架對頂板無壓力。在這一階段如要保證頂梁平行下降需協(xié)調(diào)操縱平衡千斤頂操縱閥。需要說明，目前為了防止破碎頂板漏頂，掩護式和支撐掩護式支架可以采用擦頂帶移架方式，即支架頂梁實際并不脫離頂板，在移架過程中仍保持約每柱五噸左右的支撐力。因而，對于擦頂帶壓移架方式，此階段應(yīng)是解鎖卸載，支架對頂板仍有輕微作用力。 支架組成液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。（1）金屬結(jié)構(gòu)件主要有頂梁、掩護梁、前梁、前連桿、后連桿、底座、側(cè)護板、護幫板等。（2）油缸主要有立柱、推移千斤頂、平衡千斤頂、側(cè)護千斤頂、前梁千斤頂?shù)?。?）液壓控制元件主要有液壓控制閥、操縱閥、雙向鎖、安全閥、截止閥等及液壓輔助元件等。 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用 頂梁頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，以滿足強度和剛度要求。結(jié)構(gòu)如圖12所示：圖　1－2　　頂梁其主要作用是：（l）承接頂板巖石及煤的載荷；（2）反復(fù)支撐頂煤，可對比較堅硬的頂煤起破碎作用；（3）隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。 本支架采用分段組合式頂梁結(jié)構(gòu)（剛性頂梁＋鉸接式前梁），強度高，對頂板維護較好；另外，在頂梁前部還布置有起吊耳，可方便吊掛較小的機件。 掩護梁　　 1－煤塵控制裝置； 2－側(cè)護板；3－前連桿耳座；4－后連桿耳座； 5－側(cè)推千斤頂；圖　1－3　　掩護梁掩護梁分別與頂梁和前、后連桿連接，其主要作用有：(1) 承受上部頂板傳給的水平分力和側(cè)向力，增強支架的抗扭性能；(2) 掩護梁與前后連桿、底座形成四連桿機構(gòu)，保證支架的穩(wěn)定性；(3) 阻擋后部落煤，維護工作空間。 底座底座是將頂板承受的壓力通過立柱傳遞到底板并穩(wěn)定支架的主要結(jié)構(gòu)件。該支架設(shè)計為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓。該型底座的缺點是在推移機構(gòu)外易積存浮煤碎矸，要求及時清理。底座結(jié)構(gòu)如圖13所示1－推移千斤頂耳座； 2－立柱銷孔；3－前連桿銷孔；4－后連桿銷孔； 5－側(cè)板；圖　1－4　　底座其主要作用是：(1) 將上方載荷傳遞給底板，為立柱、推移裝置及其他輔助裝置提供安裝空間；(2) 給工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；(3) 保證支架的穩(wěn)定性。 前后連桿　　　前、后連桿分別與掩護梁和底座鉸接，共同形成四連桿機構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜等，以免降低強度，嫌少使用壽命。鑄后要進行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強度和韌性。對于后連桿，由于不僅受到冒落矸石的載荷，還要承受頂板的水平推力，所以要求它有較大的強度，這里采用整體式。前后連桿的結(jié)構(gòu)如圖1－5，圖1－6。圖　1－5　　前連桿 1－連桿 2－側(cè)護板 3－彈簧導(dǎo)向裝置 4－千斤頂螺釘 5－壓縮彈簧 8－銷 9－彈簧銷 10－千斤頂圖　1－6　　后連桿其主要作用是：（l） 使支架在調(diào)高范圍內(nèi)，頂板平穩(wěn)地升降，并使頂梁前端與煤壁的距離(梁端距)變化盡可能小，更好地支護頂板。（2） 承受頂板的水平分力和側(cè)向力，使立柱不受側(cè)向力。本支架采用正四連桿機構(gòu)，為使冒落矸石不從連桿處涌入支架內(nèi)，后連桿為整體式，前連桿為分體式。均為鋼板焊接的箱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有較強的抗拉、抗壓和抗扭性能。 推移機構(gòu)　　圖　1－7　　推移框架支架的推移機構(gòu)包括推桿、連接頭、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸送機和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機相連，另一端通過推移千斤頂與底座相連，推移連桿除承受推拉力外，還承受一定的側(cè)向力防止底座的下滑 液壓系統(tǒng)及其控制元件支架液壓系統(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。 支架的設(shè)計特點結(jié)合首采工作面及礦區(qū)此類地質(zhì)構(gòu)造條件下，使用ZY2400/17/30二柱掩護式支架的成功經(jīng)驗，本架型應(yīng)有如下特點：（1）支架型式為：帶機械加長的兩柱掩護式薄煤層液壓支架；（2）對支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，梁端距變化應(yīng)??；頂梁前部較薄強度、剛度應(yīng)充分保證；（3）支架的四連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計要從考慮梁端距變化量控制著手，并能與其它構(gòu)件形成剛性好、強度高、穩(wěn)定性好的整體結(jié)構(gòu)；（4）整體頂梁和掩護梁帶單側(cè)活動長側(cè)護板，能實現(xiàn)對護頂?shù)膰?yán)密調(diào)整；（5）封底底座，減小底座比壓、增大底座剛度、強度；（7）采用雙紐線連桿機構(gòu)聯(lián)結(jié)掩護梁和支架底座，以增加支撐力，增強支架的穩(wěn)定性。第二章 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 架型 ：ZY2000/14/26經(jīng)濟型液壓支架 頂板條件：老頂Ⅰ級，直接頂I類 工作阻力：2000kN 支架高度：～ 推溜力：100kN 拉架力：150kN 泵站壓力：32Mpa 適應(yīng)煤層傾角：15度 液壓支架的選型 不同結(jié)構(gòu)類型的液壓支架比較根據(jù)以往液壓支架設(shè)計的經(jīng)驗總結(jié)，考慮到不同架型和機構(gòu)的支架――圍巖力學(xué)相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點，可以對掩護式與支撐掩護式結(jié)構(gòu)進行比較。（1）液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表212）表2－1不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較支架型式結(jié)構(gòu)特征主要力學(xué)特性掩護式支掩式二支柱掩護式支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大支頂式二柱支頂掩護式支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對頂板的主動水平力較大，前端支撐力大支撐掩護式支頂支掩四柱（或三柱）穩(wěn)定性好，抗水平力強，比壓均勻，但支柱能力利用率低支頂式四柱X型頂梁合力調(diào)節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高（2）支架選型要素及簡要評價。液壓支架結(jié)構(gòu)選型必須考慮的要素及對各類型支架的評價（見表2－2）表2－2支架類型評價（見下頁）要素支架類型支撐掩護式支撐式插底掩護式一般掩護式垛式節(jié)式支架圍巖適應(yīng)性直接頂冒落傾向優(yōu)良良差差基本頂周期來壓差良優(yōu)優(yōu)良底板壓入傾向良差優(yōu)優(yōu)優(yōu)防煤壁片幫優(yōu)良優(yōu)差差通風(fēng)斷面差良良差差頂梁前端支撐力優(yōu)良良差差頂梁后段切頂性差良優(yōu)優(yōu)優(yōu)對頂板遮蓋率優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差隔絕采空區(qū)能力優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差橫向穩(wěn)定性良優(yōu)優(yōu)差差對采高適應(yīng)性良優(yōu)優(yōu)差差支撐效率差良優(yōu)優(yōu)優(yōu)支護強度良良優(yōu)優(yōu)優(yōu)對傾角適應(yīng)性良優(yōu)良良差　液壓支架的架形選擇原則 在選擇液壓支架時既要保證對工作面頂板實現(xiàn)可靠的支撐，又要避免過大的設(shè)備投資，導(dǎo)致不必要的浪費。因此，液壓支架的正確選型對于工作面經(jīng)濟效益關(guān)系重大。液壓支架架形的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)性能是否適用礦井的頂?shù)装鍡l件和其它地質(zhì)條件。在同時允許選用幾種架形時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架，支承式支架最便宜，其次為掩護式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩護式支架適合于中等穩(wěn)定和一般破碎的頂板。支承掩護式支架適合于周期來壓強烈，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定頂板。在綜采工作面支架選型時，還應(yīng)注意下述四點原則：(1) 對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護式支架。但在底板極松軟條件下，必須嚴(yán)格驗算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強度。在此條件下，通常應(yīng)避免使用重型支架。 (2) 對于非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強烈和十分強烈的頂板，應(yīng)優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護式支架。(3) 眾所周知，三點決定一個平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對頂板的實際支撐力很低，因而二柱式掩護支架支撐能力利用率高于四柱式。即二柱式支架對頂板的實際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機道上方頂板的支護強度。（4）在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應(yīng)注意對機道上方的頂板控制，包括增加前任阻力及可伸縮前梁等。　影響架形選擇的因素液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件的限制，因此，以上因素都會影響到支架的選型。液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級別，由表315 見《綜采技術(shù)手冊》（上冊）中直接選出架型。（1）煤層厚度① ，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強的支架，一般不用支承式支架,而采用掩護式或支撐掩護式液壓支架。② ～，需選擇帶有護幫裝置的掩護式或支承掩護式支架。③ 煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護式，帶有機械加長桿或雙伸縮立柱的支架。④ 假頂分層開采，應(yīng)選用掩護式支架。（2）煤層傾角① 煤層傾角10時，支架可不設(shè)防倒滑裝置。② 傾角在10176?！?5（支撐式支架取下限，掩護式支架和支撐式支架取上限）以上時，應(yīng)選用帶有防滑裝置的支架。③ 傾角18176。時，應(yīng)選用同時帶防滑防倒裝置的支架。（3）底板強度① 驗算比壓，應(yīng)使支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓。② 為使移架容易，設(shè)計時要使支架底座前部比后部的比壓小。(4) 瓦斯含量對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并選用通風(fēng)端面較大的支承式或支承掩護式支架。(5) 煤層硬度　當(dāng)煤層為軟煤層時，支架最大采高一般≤；中硬煤層時，支架最大采高一般≤；硬煤層時，支架最大采高5m。(6) 地質(zhì)構(gòu)造 斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露面積在5～8㎡以下和時間在20min以上時，暫不宜使用綜采。(7) 設(shè)備成本 同時允許選用幾種架型時，優(yōu)先選用價格便且的支架。支撐式支架最便宜，其次是掩護式，最貴為支撐掩護式支架。 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計 支架的高度和伸縮比（1）根據(jù)所設(shè)計的支架架型為ZY2000/14/26型,最大和最小結(jié)構(gòu)高度分別為:Hma