【正文】 ..... 59 附錄二（譯文） ............................................................ 66 1 1 緒 論 國內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 地下開采的煤產(chǎn)量主要是利用由液壓支架配套的綜采設(shè)備產(chǎn)出的。而且，開采優(yōu)質(zhì)煤，包括煉焦煤，都是采用地下開采方法。 工作面支護問題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問題。 30 多年來在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤科總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計 所為主的支架研究設(shè)計隊伍，采用計算機 CAD 進行各種類型支架的設(shè)計，用有限元計算軟件等進行計算，并普及計算機繪圖。形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。 新型礦用單體支護設(shè)備，采用懸浮式液壓技術(shù)原理，生產(chǎn)礦用單體支護設(shè)備，技 2 術(shù)水平達到了國際領(lǐng)先水平，填補了國際空白。該產(chǎn)品普遍適用于煤礦回采工作面的頂板支護和端頭支護，可廣泛應(yīng)用于薄煤層、中厚煤層及較厚煤層工作面，是煤礦的重要支護設(shè)備。 本課題的研究目的和意義 采用綜合 機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。因此液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。同樣通過對液壓支架的設(shè)計，能夠更好的認識國內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問題，從而為以后更深認的了解和設(shè)計液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。同時通過完成畢業(yè)設(shè)計，鍛煉學(xué)生解決實際工程問題的能力；在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，以我們的主動學(xué)習(xí)為主，教師適時指導(dǎo)為輔；將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計教學(xué)相融合，從根本上提 高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和水平 。當操縱閥處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。此時支架對頂板的支撐力為初撐力。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。 圖 支架的工作特性曲線 由上可知，支架工作時，其支撐力與時間的關(guān)系，可用支架工作特性曲線表示，如圖 所示，曲線上的 0t 、 1t 、 3t 分別表示支架的初撐、增阻、和恒阻階段的時間。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。垛式支架每架為一整體，與輸送機聯(lián)接并互為支點整體前移。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。底座、前后連桿和掩護梁形成四連桿機構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。通常頂梁較短，一般為 。 支撐掩護式支架 支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(yōu)點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。它的主要缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 特種液壓支架 特種液壓支架是為滿足 某些特殊要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)型式仍屬于上述某種基本架型。 3. 防矸性能要好。 7. 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 11. 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。煤層傾斜角小于 15 度，支護強度、底板抗壓強度、泵站壓力、安全閥調(diào)定壓力 40MPa。在支架承載過程中，支架底座承受工作面底板反作用力。 影響架型選擇的因素 (1) 煤層厚度 煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當煤層傾角大于 10? ~15? 時，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當傾角超過 18? 時，應(yīng)同時具有防滑防倒裝置。 (5) 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在5~8 2m 和 20min 以下時，暫不宜采用液壓支架。 根據(jù)煤層厚度 ~ 米，屬于中厚煤層。 ②表中 、 2 分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級老頂?shù)姆旨壴鰤合禂?shù)；Ⅳ級老頂給出最低值 2，選用時可根據(jù)本礦實際確定適宜值。 支架間距 cb 要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長度為 ,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。通常，掩護式支架的底座長度職 倍的移架步距 (一個移架步距為 )，即 ；支撐掩護式支架的底座長度取 4 倍移架步距，即 。底座中間安裝推移裝置的槽子寬度與推移裝置的結(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)，一般為 300~380mm。 2．擋矸 鑒于組成四連桿機構(gòu)的掩護梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷， 掩護梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強度。 四連桿機構(gòu)在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。 ，即： ~； 1Q =75176。支撐掩護式為 I = ~。 （ 5）支架在最高位置時的 tan? 應(yīng)小于 ，在優(yōu)化設(shè)計中，對支撐掩護式支架最好應(yīng)小于 。 ab =C 。ae =G 。 39。ab Iae?1 。 現(xiàn)代掩護式和支撐掩護式支架都用前后連桿把掩護梁和底座連結(jié)在一起，這樣組成的雙搖桿四連桿機構(gòu)可使支架升降時保持比較穩(wěn)定的梁端距 ，即要求掩護梁和頂梁的鉸接點的運動軌跡近似為一條直線，故稱底座、前連桿、后連桿和掩護梁組成的機構(gòu)為近似直線機構(gòu)，從而得到一個近似相等的端面距，以提高管理頂板性能，使支架能承受較大的水平力。當 E 點軌跡處于 AB 段時，頂梁相對于頂板有向煤壁移動的趨勢，頂板對頂粱的摩擦力指向采空區(qū)側(cè)。前者對于保持粱端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導(dǎo)致頂板產(chǎn)生離層或斷裂，造成頂板斷裂線 前移或梁端冒頂。液壓支架的縱向穩(wěn)定性完全是由四連桿機構(gòu)決定的，而不取決于立柱的多少。 四桿機構(gòu)之間的關(guān)系 掩護式和支撐掩護式支架的四連桿機構(gòu)都是雙搖桿機構(gòu)。 圖 1)在圖 中，先畫基線 AB 向上取 xhma ，在 xhma 頂端向下取一定距離（頂梁頂面之掩護梁的鉸接軸中線的距離），得到 I 點。在 J 點作 ? 角，再取 JC一定長度與 HC 交于 C 點， C 點作為后連桿和掩護梁的鉸接軸。 5)在 CH 上取一長度 CD，必須使 CDCJ。而且要使 CD＋ DGCJ＋ JG. 于是 G 點成為前連桿和底座的鉸接軸。39。33 ，并都給予延長得 39。1 =2 39。3 、 39。 除要求水平偏移量不超過規(guī)定值外，對 ? 角的變化要求均勻。 確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點至底座底面之距按同類型支架用類比法來確定得：掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距為 160mm；后連桿下鉸點至底座底面之距為 400mm。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護，因此，先移架后推溜 時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距，一般為 600 mm 。 cos( 1P )+300+e]+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距 （式 ） 式中： 16 底座長度 — 底座前端至后連桿下鉸點之距； e — 支架由高到低頂梁前端 點最大變化距離； 1Q 、 1P — 支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護 梁與水平面的夾角。 )＋ 300+65]+100=2910mm 頂梁的寬度 : 頂梁不僅必須滿足支架的工作阻 力的要求，還要使頂梁覆蓋住頂板，以減少矸石的冒落。 故頂梁寬取 。與頂板保持良好的接觸，維護機道上方頂板。 （ 3）頂梁 頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。 （ 5）底座 底座是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板 。推移桿結(jié)構(gòu)有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。頂梁體箱式結(jié)構(gòu)件的設(shè)計可根據(jù)總體受力分析，按不同支護高度時各部件最大受力值計算其強度。側(cè)護板采用長方形拉板與導(dǎo)桿連接，支架工作阻力 400 噸以上時，側(cè)推千斤頂采用內(nèi)供液式，有利于保證梁體的焊接強度。由于四連桿機構(gòu)在中部連 接，使底座受力狀態(tài)不好。由于實際最大采高不一定正好和表 所列采高相同，所以要用插值法重新計算。其中， Y 1F B 20 型 ap =40 MPa； Y 2F 型 ap =30~60 MPa； m? — 立柱最大傾角 (度 )， (支架降到最低工作位置時， m? 角最大 )。bp 為 30 MPa，代入公式得立柱初撐力為： 2 4 630104 2 ?????tP kN 安全閥壓力與立柱工作阻力的確定 立柱的工作阻力 安全閥的調(diào)整壓力，按選定后的立柱缸體內(nèi)徑 eD 和支架承受的理論支護阻力 mF1來確定。 立柱工作阻力 2P 按下式進行計算： ae PDP 10422 ??? ? kN （式 ） 將各數(shù)值代入公式得立柱工作阻力 2P 為： 6 6 140104 22 ?????P kN 表 支架工作阻力數(shù)值圓整標準（ MT16987）（ kN） 1200 1600 2020 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6400 7200 8000 9000 10000 12020 圓整取支架工作阻力為 3200kN，則 P2=1600kN。一般要求滿足下 式。為了保證導(dǎo)向長度，過分增大導(dǎo)向套長度和活塞寬度都是不適宜的，最好在活塞上不裝一個距離套，距離套的寬度有所需要的最 小導(dǎo)向長度決定。缸體的外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。 由于支架的工作阻力 1F 由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩護梁和前、后連桿來承擔，而立柱的工作阻力之和不變，當 ? 值過大，說明掩護梁和前、后連桿受載增加，對掩護梁和前、后連桿不利 ；當 ? 值過小，說明立柱的工作阻力不能充分發(fā)揮。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強度。 立柱柱窩位置和受力計算 立柱是液壓支架的 主要承載與高度調(diào)節(jié)件。雖然采用在支架上裝設(shè)機械加長桿的方法，在一定程度上可以擴大其調(diào)高范圍。 立柱布置 1）立柱數(shù)，本課題設(shè)計 3200/15/35 取支架為 2 柱。 立柱柱窩位置的確定 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂板載荷分布一致。同時為偏于安全，可以認為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長度方向向后越來越大呈三角形分布，并按集中載荷計算。 由前面的計算可知道 q＝ tp =2 2P =3200kN 1h = 2h = ? =15 度 代入得 x=800mm 25 由立柱傾角可得下柱窩位置。 由于是中厚煤層，所以取 移F =150 kN，代入公式得推移千斤頂缸體內(nèi)徑為： 15040 ????tD mm 由以上計算出來的推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑，再按表 選取標準值： 表 推移千斤頂缸、桿配合關(guān)系 經(jīng)查表，選用標準缸徑為 80mm。 為保證平衡千斤頂與 掩護梁不發(fā)生干涉， 7h 按下式計算 )(2/2/17 mpDBhh be ???? （式 ） )( mh ????? 式中： eB — 掩護梁厚度（ m ） bD — 平衡千斤頂外徑（ m ） P— 平衡千斤頂外徑與掩護梁間之間隙，一般取 ~（ m ） L2— 平衡千斤頂上鉸點至頂梁和掩護梁鉸點之距 平衡千斤頂受拉力時，取 x= 平衡千斤頂受推力時取 x= 以上參數(shù)具體數(shù)值如下表，將數(shù)據(jù)代入得 L2= 表 計算平衡千斤頂各種參數(shù) tp 8p 8p W 1? 2? 1h 2h 3200 633 454 15 53 160 260 27 6h 21 LL? L4 eB Db 3L 611 800 670 220 160 1661 (2)平 衡千斤頂?shù)男谐逃嬎? 為了防止平衡千斤頂?shù)亩h(huán)或平衡千斤頂本身背被拉壞，對平衡千斤頂?shù)男谐逃腥缦乱螅寒斨Ъ茉谧罡呶恢脮r，頂梁能下擺 15 度；支架在最低位置時頂梁能上擺10 度，或頂梁和掩護梁近似 180 度。 lhhar c t gahhLX ?????? （式 ） 當頂梁和掩護梁成 180 度時，平衡千斤頂達到最大長度 L5,如圖 所示。 1b 當活塞桿全部縮回時，活塞 桿鉸點之活塞桿腔出油孔中心線之距，對于掩護式支架， 1b =141mm 。其中 ZYZ型掩護式支架每個彈簧筒的彈簧力為 ， QY 型掩護式支架每個彈簧筒的彈簧力為。缺點在于移架時要操縱千斤頂，使移架操作復(fù)雜化，而且架間易掉矸。 29 由于在頂梁和掩護梁上焊有橫筋板，則側(cè)推千斤頂?shù)陌惭b位置要與橫筋板相適應(yīng)。 四孔式 — 中間兩孔安裝側(cè)推千斤頂，側(cè)面兩孔布置彈簧筒。 支架受力 支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時又有向采空區(qū)移動的趨勢，使頂梁受合力和底座受底板反力，其中頂板合力的垂直分力 F ,由支架工作阻力來克服，所以在計算支架的工作載荷 F 時按支架的工作阻力來確定。 F 1F 1Wh 2P tL 3h 6P 5P 6axh 1oL 1+L 2a