【正文】 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 通過各專業(yè)全套畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 概述 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)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(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是以高壓液體作為動(dòng)力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實(shí)踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(jī)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(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證安 全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，是實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。 全套圖紙，加 153893706 液壓支架的 工作原理 液壓支架的主要?jiǎng)幼饔猩?、降架、推移輸送機(jī)和移架。這些動(dòng)作是利用乳化液泵站提供的高壓液體，通過液壓控制不同功能的液壓缸來完成的。每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，如圖 1－ 1 所示，其中液控單向閥和安全閥設(shè)在架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架操作。 支架升降 支架的升降依靠立柱 2 的伸縮來實(shí)現(xiàn)，其工作過程如圖 11 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 (1) 初撐 操縱閥 7 處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥 5進(jìn)入立柱的下腔，同時(shí)立柱的上腔排液，于是活柱和頂 梁升起，支撐頂板。當(dāng)頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的工作壓力后，操縱閥置于中位，液控單向閥 5關(guān)閉，從而立柱下腔液體被封閉，這就是支架的初撐階段。 (2) 承載 支架初撐后，進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴(kuò)張，這一過程就是支架的增阻過程。當(dāng)下腔液體的壓力超過安全閥 5 的動(dòng)作壓力時(shí)，高壓液體經(jīng)安全閥 5 瀉出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動(dòng)作壓力 時(shí)，安全閥關(guān)閉，停 止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過程。此時(shí)，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 圖 11 液壓支架工作原理 1 頂梁； 2 立柱； 3 輸送機(jī)； 4 安全閥； 5 液控單向閥； 6， 7 操縱閥； 8 乳化液泵； 9 推移液壓缸； 10 底座； 11 后連桿； 12 前連桿； 13 掩護(hù)梁 (3) 卸載 當(dāng)操縱閥 7 處于降架位置時(shí)，高壓液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開液控單向閥 5，立柱下腔排液，于是立 柱卸載下降。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 圖 12 液壓支架工作特性曲線 由以上分析可以看出，支架工作時(shí)的支撐力變化可分為三個(gè)階段，如圖1－ 2，即：開始升柱至單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段 t0，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段 t1，以及安全閥出現(xiàn)脈動(dòng)卸載時(shí)的恒阻階段 t2，這就是液壓支架的阻力－時(shí)間特性。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時(shí)，具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用，在達(dá)到額定工作阻力時(shí)，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工 作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向閥和立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實(shí)現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個(gè)重要元件。 支架移動(dòng)和推移輸送機(jī) 支架和輸送機(jī)的前移，由底座 10上的推移液壓缸 9來完成。 需要移架時(shí)，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進(jìn)入推移液壓缸9 的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁。 需要推移輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板，高壓液體進(jìn)入推移活塞缸 9 的活塞 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 腔，活塞桿腔回液，以支架為支點(diǎn)，活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向 煤壁。 液壓支架的分類 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。如圖 13 所示。 圖 1— 3 液壓支架結(jié)構(gòu)型式 a) 支撐式 b) 掩護(hù)式 c) 支撐掩護(hù)式 1－前探梁 ； 2－頂梁及其側(cè)護(hù)板 ； 3－掩護(hù)梁及其側(cè)護(hù)板 ； 4－前連桿 ； 5－后連桿 ； 6－底座 ； 7－立柱 ； 8－推移千斤頂 ； 9－平衡千斤頂 ； 10－操縱閥與控制閥 ； 11－護(hù)幫機(jī)構(gòu) ； 12－護(hù)幫千斤頂 ； 13－前梁千斤頂 ； 14－擋矸簾 (1) 支撐式支架 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 撐力大，切頂性能好；頂梁長，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) 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 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，控頂距小；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， 梁端距變化小；架間通過側(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。 液壓支架的組成 液壓支架由以下幾個(gè)主要部分組成： 頂梁、底座、立柱、掩護(hù)梁、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、前連桿、后連桿、推移機(jī)構(gòu)、操縱控制系統(tǒng)。 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) 將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。 要求： (1) 頂梁應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即使在接觸應(yīng)力分布不均勻的情況下也不致被壓壞； (2) 梁應(yīng)有足夠的剛度，以承受扭力； (3) 頂梁對頂板的覆蓋率高； (4) 頂梁能適應(yīng)頂板的起伏變化。 鉸接式頂梁由前梁、主梁、前梁千斤頂、護(hù)幫千斤頂、護(hù)幫板組成，其結(jié)構(gòu)如圖 14 所示，這種頂梁的前梁與主梁是通過銷軸鉸接而成，它對頂板有較好的接頂能力。該結(jié)構(gòu)目前在中位放頂煤支架中大量采用， 它適合于中硬煤層、 Ⅱ 類中等穩(wěn)定的直接頂下使用。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 5 4 321 圖 14 鉸接式頂梁 1— 前梁； 2— 頂梁； 3— 前梁千斤頂； 4— 護(hù)幫千斤頂； 5— 護(hù)幫板 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。 要求： (1) 底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度； (2) 底座對底板的起伏變化適應(yīng)性好 ； (3) 底座與底板的接觸面積大，以減小底座對底板的接觸比壓，避免支架陷入底板； (4) 底座應(yīng)有足夠的地方來安設(shè)立柱、推移裝置以及液壓控制裝置； (5) 底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到老塘中。 立柱 用途： (1) 支撐頂梁，承受載荷的作用； (2) 調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的高度滿足工作面的要求； (3) 立柱設(shè)置有大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。 掩護(hù)梁 用途： (1) 掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座； (2) 掩護(hù)梁承 受對支架的水平作用力及偏載扭矩； (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。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 活動(dòng)側(cè)護(hù)板 用途： (1) 消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落的矸石進(jìn)入支護(hù)空間； (2) 作為支架移架過程中的導(dǎo)向板； (3) 防止支架降落后傾倒； (4) 調(diào)整支架的間距。 支架側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。 主要作用為： （ 1） 擋矸?？筛纳祈斄号c掩護(hù)梁的護(hù)頂、防矸性能，隔離控頂區(qū)與采空區(qū)、防止冒落矸石竄 入工作面，減少冒矸形成的粉塵； （ 2） 導(dǎo)向。在 支架移架時(shí)起導(dǎo)向作用 ； （ 3） 防倒、調(diào)架?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板增強(qiáng)了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。 頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式，如圖 15 所示： 圖 15 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動(dòng)的側(cè)護(hù)板。由于固定側(cè)護(hù)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。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護(hù)板，下方為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。活動(dòng)側(cè)護(hù)板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動(dòng)側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。但當(dāng)改換工作面開采方向時(shí)，活動(dòng)側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，對調(diào)架、防倒等帶來不便，所以很少采用。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 另一種是兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。 3． 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式分為兩種： 一種是側(cè)護(hù)板在頂梁的外側(cè)。這種類型側(cè)護(hù)板又有三種型式，圖 15 a，頂梁上無頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落矸石壓住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；圖 15b、 c，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點(diǎn)，但支架承載時(shí)，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。另一種是鉸接式側(cè)護(hù)板，如圖 15d所 示。它克服了以上兩種側(cè)護(hù)板的缺點(diǎn)，但由于架間側(cè)護(hù)板造成三角帶容易填入碎矸，影響架間密封效果。 所以綜合考慮各個(gè)方面，本架采用圖 15 b 所示的側(cè)護(hù)板?？梢愿鶕?jù)工作面傾角方向調(diào)整一側(cè)固定，另一側(cè)活動(dòng)，適應(yīng)性強(qiáng)。如圖 16 所示： 圖 16 活動(dòng)側(cè)護(hù)板的類型 1— 側(cè)推千斤頂； 2— 活動(dòng)側(cè)護(hù)板； 3— 彈簧組件 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)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。其四連桿機(jī)構(gòu)的作用： 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 (1) 通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂 梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使用使支架前端頭離煤距離大大減小，提高了管理頂板性能； (2) 能承受較大的水平力。 前連桿設(shè)計(jì)成雙單連桿，后連桿設(shè)計(jì)成整體連桿，如圖 1圖 18所示，整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在后連桿，以增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。為了加強(qiáng)支架后部的擋矸和防轉(zhuǎn)性能，在后連桿上可設(shè)置側(cè)護(hù)板。 圖 17 單外形連桿結(jié)構(gòu) 圖 18 整體連桿結(jié)構(gòu)外形 推移機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì) 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 推移機(jī)構(gòu)完成推移輸送機(jī)和拉移支架的兩個(gè)基本動(dòng)作。對推移裝置的要求是： （ 1）以較小的力推移輸送機(jī)（ 80～ 200kN），以較大的拉移支架（ 150～500kN）。 （ 2）為適應(yīng)支架和輸送機(jī)可能出現(xiàn)的相對位置變化，推移裝置前部在推移過程中，在水平和垂直方向能有一定的擺動(dòng)范圍。 （ 3）工作中推移千斤頂不承受側(cè)向力，而是讓推移桿或框架承受，為此它們必須有足夠的強(qiáng)度，以保證工作的可靠性。 （ 4）在拉架過程中推移裝置和支架底座之間應(yīng)有較好的導(dǎo)向性能，使