【正文】 的需要，設(shè)計了一種不在底板上移架的液壓支架，即利用提起底座擦頂移架的液壓支架，其底座與節(jié)式液壓支架類似，為底靴式，質(zhì)量較輕，架與架之間用液壓千斤頂連接起來。 (2)新型放頂煤液壓支架。 (3)水采支架。 (4)重型支架。 (5)新型端頭支架。 (6)大傾角工作面支架。 4)液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計的方向 (1)輕型化。 (2)標準化。 (3)材質(zhì)強化。 (4)高壓化。 5)操作自動化。 我國液壓支架的狀況 我國液壓支架經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，盡管取得了顯著成績，在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸其至班產(chǎn)超萬噸的記錄．但總體水個與世界先進采煤國家仍存在一定差距。 我國科學工作者經(jīng)過 30多年的努力，液壓支架的設(shè)計、制造水平在不斷提高，特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架方面積累了相當豐富的經(jīng)驗，架型已基本趨于成熟、完善，在品種和質(zhì)量方面與國際先進水平相比，差距越來越小。所以，今后除應繼續(xù) 針對我國國情和煤層具體條件，開發(fā)一些新架型、新品種外，還應在設(shè)計支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。另外，將普速采用額定壓力為40MPa、額定流量為 400L/mim 的高壓大流量乳化液泵站，以適應快速移架的需要；系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供液，保證支架有足夠的壓力達到初撐力，保證支架接頂位置準確。 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。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。因此液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。 通過對液壓支架的理論學習，完成液壓支架的設(shè)計工作，加深對液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的認識和了解。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)。 現(xiàn)代社會對人才提出了更高的要求，作為一名當代大學畢業(yè)生，不僅打好堅實的專業(yè)知識，還應具備工程技術(shù)人才應有的綜合素質(zhì)。同時通過完成畢業(yè)設(shè)計，鍛煉學生解決實 際工程問題的能力；在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，以我們的主動學習為主，教師適時指導為輔；將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計教學相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和水平 。因此，支架要實現(xiàn)升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作面性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的，如圖 21 所示。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進入推移千斤頂?shù)那扒患椿钊麠U腔，后腔即活塞腔回液。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。 支架升降 當操作閥處于 升柱位置時，從乳化液泵站來得高壓液體通過操縱閥液控單向閥 5 進入立柱 2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。 支架承載過程 支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學作用的過程，它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。此時支架對頂板的 支撐力為初撐力。 (3) 恒阻階段 隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高，當升高到安全閥 5 的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復這一過程。此時，支架對頂板的支撐力成為工作阻力，它 是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。 圖 22 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。所以這些元件是支架的關(guān)鍵液壓元件 。支架的工作阻力是支架的一個重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。因此，通常單位支護面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護強度來表示支架的支護性能。 掩護式支架 掩護式支架的結(jié)構(gòu)特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區(qū)的矸石進入作業(yè)空 間，其掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。立柱的支撐力間接作用于頂梁或直接作用于頂梁上。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動側(cè)護板，可以把架間密封。 掩護式支架的支護性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護強度較大、且均勻，掩河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 10 護性好，能承受較 大的水平推力，對頂板反復支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。 由上可知，掩護式支架適用于頂板不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。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。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本 淘汰。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。 由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。因此，它兼有支撐式和掩護式支架的結(jié)構(gòu)特點和性能，可適用于各種頂?shù)装鍡l件。這種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩(wěn)定性好，應用范圍廣。 支撐掩護式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾和后傾。通常，兩排立柱 都直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護梁上而前排立柱支撐在頂梁上。 對液壓支架的基本要求 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，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。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— 250kN，厚煤層一般為 250kN— 400kN。 4. 排矸性能要好。 6. 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 8. 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定植。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 12 10. 在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。 12. 液壓元件要可靠。液壓支架型號 ZFS2020/16/24。煤層傾斜角小于 15度。在頂板下沉過程中，支架的頂梁與頂板有相對滑動的現(xiàn)象，支架不僅受有垂直于頂梁的力，還受有平行于頂梁的摩擦力。在支架承載過程中，支架底座承受工作面底板反作用力。為偏于安全，在計算時把外載荷視為集中載荷；金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計算；頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布，沿支架寬度方向為均布；通過分析和計算可知，掩護梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護阻力降低所以，在進行強度計算時不計，使掩護梁偏于安全；立柱和短柱按最大工作阻力計算；產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況 有兩河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 13 種， — 是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點運動軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對位移，頂板給予頂梁水平摩擦力，另一種是由于頂柜向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平摩擦力。 影響架型選擇的因素 (1) 煤層傾角 煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時易發(fā)生傾倒、下滑象。 (2) 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。當煤層厚度變化較大時，應選用調(diào)高范圍大的支架。選型時 ，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓 (對于砂巖底板，允許比壓為 — ，軟底板為 左右 )。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 14 (5) 設(shè)備成本 在滿足要求的前提下，應選用價格便宜的支架。 支架架型 的確定 從架型的結(jié)構(gòu)特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接頂類別和老頂級別的不同，支架所承受的載荷也不同。 煤質(zhì)條件老頂 II 級、直接頂 1 類，底板平整，無影響支架通過的斷層，根據(jù)表 21 初步選定為掩護式兩柱液壓支架。表中所列支護強度在選用時，可根據(jù)本礦情況允許有 5? %的波動范圍。 老頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類型 掩護式 掩護式 支撐式 掩 護 式 掩 護 或 支 撐 掩 護 式 支 撐 式 支撐掩護式 支撐掩護式 掩護或支撐掩護式 掩護或支撐掩護式 支撐式 采高小于 時 支撐掩 護式 采高大于 時 支架支護強度 MPa 采高m 1 ? ? 2?0.249 應結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 2 （ ） ?（ ） ? 2?0.343 3 （ ） ?（ ） ? 2?0.441 4 （ ） ?（ ） ? 2?0.539 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 16 3 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 支架高度、 中心距的確定 支架高度 其最大與最小高度為： Hm=2400mm 支架最大高度， Hn=1600mm 支架最小高度 支架伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： nmHHm? （ 31） 代入數(shù)據(jù)得 m=。按下式計算： 3cmb B n C? ? ? （ 32） 式 中： cb — 支架間距（支架中心距）； mB — 每架支架頂梁總長度； 3C — 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 ； n— 每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式 支 架 。 本次設(shè)計 取 支架的中心距為 。在設(shè)計支架的底座長度時，應考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制控制裝置、推移 裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn)定性等。本次設(shè)計取底座長 。為提高橫向穩(wěn)定性和減小對底板比壓，厚煤層支架可加大到 左右，放頂煤支架為 — 。寬度取 1430mm。各部件設(shè)計的基本要求： （ 1）四連桿機構(gòu)應進行優(yōu)化設(shè)計，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳，結(jié)構(gòu)上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向力及扭矩。與頂板保持良好的接觸，維護機道上方頂板。 — 5176。 （ 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。頂梁裝有側(cè)護板，活動側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸及調(diào)節(jié)支架間距。 （ 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。保證支架整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵是在底座上鉸接四連桿機構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置，側(cè)面設(shè)置拉后輸送機的千斤頂和推移桿。推移桿結(jié)構(gòu)有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。 四連桿結(jié)構(gòu) 四連桿機構(gòu)的作用 1．梁端護頂 鑒于四連桿機構(gòu)可使托梁鉸接點呈雙紐線運動，故河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 19 可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應采高的變化范圍。 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。 3．抵抗水平力 觀測表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個水平推力由液壓支架的四連桿機構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。 四連桿機構(gòu)在具有以上諸作用 的同時，也有一些缺點。 四連桿機構(gòu)設(shè)計的要求 高度 在最大和最小范圍內(nèi)變化時，頂梁端點運動軌跡的最大寬度 e 應小于或等于 70mm，最好為 30mm以下。～62176?！?85176。為了安全可靠，最低工作位置應使P ≥25176。而 Q 角主要考慮后連桿 底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降?！?30176。 3． 掩護梁與頂梁鉸點 e? 和瞬時中心 O之間的連線與水平線夾角為 ? 。 四連桿機構(gòu)的設(shè)計 四連桿機構(gòu)的設(shè)計的主要方法有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。 為了減少附加力，必須使得 tan? 有較小值。所以，只要令支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡近似成直線為目標函數(shù)，這兩項要求都能滿足。 （ 1）支架在最高位置時， 1P ≤ ?? 62~52 ，即： ~ 弧度；1Q ≤ ?? 85~75 即 ~ ；支架在最 底 位置時，保證 P?1 ?28 。支撐掩護式為 I = ~。 （ 4） 39。 （ 5）支架在最高位置時的 tan? 應小于 ， 在優(yōu)化設(shè)計中， 對掩護式支架最好小于 ， 對支撐掩護式支架最好應小于 。令 ： oa2 = A 。 bc =C 。 2od=E 。ae =G 。eb=F 。 39。 A IG? 。tan? =SL =U e J 圖 41 四連桿機構(gòu)參數(shù)圖 (1)后