矿用液压支架的顶梁设计说明书_毕业设计(编辑修改稿)

矿用液压支架的顶梁设计说明书_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

液管 7－主回液管； 8－乳化液泵； 9－乳化液箱； 10－端头支架； 11－单体液压支柱； 8 2 工作面设备选型 工作面设备选型配套原则 生产能力配套 工作面生产能力取决于采煤机落煤能力，而刮板输送机、液压支架及运输巷运输 设备的运输能力要高于采煤机生产能力的 20％以上，要保证工作面高产，工作面运输设备的运输能力要大于采煤机的落煤能力，液压支架的移架速度一定要满足采煤机高产快速运行的要求。 采煤机生产能力选择，采煤机的生产能力的决定是依据工作面的年产量及每小时生产能力而确定的。 采煤机生产能力 (t／ h)=60(min／ h)采高 (m)截深 (m)采煤机牵引速度 (min／ m) 煤的密度 (t／ m3 )系数 刮板输送机生产能力要高于采煤机的生产能力。 液压支架生产能力的确定，为了保证工作面采煤机连续截煤，整个工 作面支架的移机速度应大干采煤机连续截煤的平均截煤牵引速度。 液压支架的选型 液压支架选型原则： 支护强度应与工作面矿压相适应。 支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和基本顶岩层移动产生的压力，将空顶区的顶板移近量控制到最小程度； 支架结构应与煤层赋存条件相适应； 支护断面应与通风要求相适应，保证足够风量，且风速不能超过规定值； 液压支架应与采煤机、刮板输送机等设备相匹配。 支架的宽度应与刮板输送机中部槽长度相一致，推移千斤顶的行程应比采煤机截深大 100— 200mm，支架沿工作面的移架速 度应能跟上采煤机的工作牵引速度并能满足生产指标。 架型的确定 选用二柱支顶掩护式液压支架。 如图 所示： 9 图 二柱支顶掩护式支架 采高的确定 支架最大高度选 ，根据双伸缩立柱的伸缩比，支架的最低高度为。 支架中心距的确定 支架的中心距，目前国内外有 、 、 、。 根据采高的确定，中心距选。 工作阻力的确定 目前，国内外确定支架支护强度和工作阻力，通常采用岩重倍数法和经验类此法来估算。 初步确定工作阻力 为 3600KN，支护强度为。 通过对国内外架型分析、研究，结合该工作面开采技术条件，最终选定支护强度为 的 ZY3200 型支架作为该工作面支架，能够保证工作面支护强度。 为防止煤壁片帮，液压支架增设二级护帮板，以增强对煤壁支护效果。 刮板运输机选型 刮板输送机选型原则： 刮板输送机应能保证工作面落煤生产能力需要，选择刮板输送机应以工作面最大生产能力乘以 的不均衡系数为基础； 结构形式一般与采煤机相配套，输送机槽的结构应与工作外面底板条相适应，并应考虑与采煤机底 板托架和行走机构尺寸相匹配； 输送机铺设长度可根据刮板输送机技术特征、输送量、链速和工作面倾角等因素确定。 10 根据工作面生产能力的要求以及采煤机、液压支架和运输机的配套关系，参照国内外工作面输送机的技术参数以及该矿区近几年综采 “三机”配套成熟的经验，最终选定SGZ764/264 型运输机。 采煤机选型 采煤机的选型直接关系到安全高效能否实现。 在选择采煤机时着重考虑以下功率、牵引速度和技术先进性与可靠性等因素，最终选定徐州中机矿山设备有限公司生产的MG180/420WDK 型采煤机。 11 3 液压支架 整体结构尺寸设计 液压支架基本参数 的确定 支架的高度和支架的伸缩比 （一） 支架高度 支架高度的确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定， 其最大与最小高度为： 1mmH h S （ 31） 2n n aH h S a     （ 32） 式中 ， mH —— 支架最大高度 （ mm）； nH —— 支架最小高度 （ mm）； mh —— 煤层最大厚度（ mm）； nh —— 煤层最小厚度（ mm）； 1S —— 考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可能靠初撑力所需要的支撑高度，一般取200～ 300mm； 2S —— 顶板最大下沉量，一般取 100～ 200mm； a —— 移 架时支架的最小可缩量，一般取 50mm； a —— 浮矸石、浮煤厚度，一般取 50mm。 取 1=200mmS ， 2 150S mm ， 由 得 3200mH ， 1400nH 得， 3000mh ， 1700nh （二） 支架的伸缩比 液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同的采煤工作面，所以，支架应具有 较大的伸缩比。 一般范围是 ~，煤层较薄时选大值。 但是考虑尽量减轻支架重量，降低造价，可搞系列化，加强支架对顶底板的适应性，降低伸缩比，尽量采用单伸缩油缸或带机械加长杆来增加调高范围。 该支架的伸缩 比： 14003200  nmHHm （ 33） 支架间距和宽度的确定 所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离，按如下公式计算： 3ncBb mc  （ 34） 式中 ， cb — 支架间距（支架中心距）； mB — 每架支架顶梁总宽度； 3c — 相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙； n — 每架所包含的组架或框架数整体自移式支架 1n ；整体迈步式支架 12 2n ；节式组合迈步支架 n 支架节数。 支架间距 cb 主要根据支架形式确定，但目前主要根据刮板输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为 ，千斤顶连接位置在刮板槽中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为。 取 3ncBb mc  ， 1003C ， 1n 则 1 4 0 01 0 011 5 0 03  ncbB cm 梁端距的确定 梁端距即移架后梁端到煤壁的距离，通常 指不考虑煤壁片帮、煤壁歪斜或移架不足等因素影响的理论值。 生产实践证明：决定支护效果的是顶梁前端到煤壁的距离，即梁端距越小，即使冒顶洞穴也不多。 对于破碎顶板，梁端距不应超过 100mm，但实际上很难实现。 我国综采实践认为：梁端距的大小对支架前顶板的冒落情况有很大影响，尤其是破碎顶板，梁端距过大，会使顶板难以控制。 但是，梁端距过小则易产生采煤机滚筒割顶梁事故。 因为在输送机向采空区方向歪斜，底版沿走向方向有下凹或运输机推移量不足时，采煤机的上滚筒和顶梁之间的距离就会减少，甚至相碰。 所以，梁端距通常取 250～ 300mm，最大不超过 400mm， 我选择 300mm。 支架底座长度的确定 底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件，在设计支架的底座长 度时，应考虑如下诸方面：支架对底板的比压要小，支架内部应有足够的空间用于安装立柱，液压控制装置，推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走；保证支架的稳定性等。 通常，掩护式支架的底座长度取 ，一个移架步距为 ，即。 底座长度的确定： 我的移步距取 800mm，那么得到底座长是 2800mm。 液压 支架四连杆机构的确定 四连杆机构的作用 （一） 梁端护顶 鉴于四连杆机构可使托梁铰接点呈双纽线运动，故可选定双纽线的近似直线部分作为托梁铰接点适应采高的变化范围。 这样可使托梁铰接点运动时与煤壁接近于保持等距，当梁端距处于允许值范围之内时，借此可以保证梁端顶板维护良好； （二） 挡矸 鉴于组成四连杆机构的掩护梁既是连接件，又是承载件，为了承受采空区内破碎岩石所赋予的载荷，掩护梁一般做成整体箱形结构，具有一定强度。 由于它处在隔离采空区的位置，故可以起到良好的挡矸作用； （三） 抵抗水平力 观测表明：综采面给予支架的外载，不但有垂直 于煤层顶板的分 13 力，而且还有沿岩层层面指向采空区方向（或指向煤壁方向）的分力，这个水平推力由液压支架的四连杆机构承受，从而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱弯曲变形； （四） 提高支架稳定性 鉴于四连杆机构将液压支架连成一个重量较大的整体，在支架承载阶段，其稳定程度较高。 四连杆机构在具有以上诸作用的同时，也有一些缺点。 首先，支架在工作过程当中，四连杆机构必须承受很大的内力，从而导致支架结构尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四连杆机构对顶板产生一个水平力（又称水平支撑力），因此对支架的工作性能将产生不良影响。 四连杆机构 尺寸设计 在设计四连杆机构时，要根据四连杆机构的几何特征来确定。 其四连杆机构的几何特征如下： （ 1）支架从最高高度降到最低高度时，如图 e应小于或等于 70mm ，最好为 30mm 以下； 图 四连杆机构几何特征图 （ 2）支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角 P和后连杆与底平面的夹角 Q，为图 ，应 满足如下要求： 支架在最高位置时， P≤ 52176。 ～ 62176。 ， Q≤ 75176。 ～ 85176。 ；支架在最低位置时，考虑矸石便于下滑，以防矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，则要求 fPtan ，如果按钢和矸石的摩擦系数 f=，可求得 tan  ，则 P=176。 ，为了安全可靠最低工作位置应使 P≥ 25176。 为宜，而 Q 角主要考虑掩护梁底部距底板要有一定距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能降下来，一般取 Q≥ 25176。 ～ 30176。 ； 还有书上的说法：是 在支架最小支护高度时，掩护梁倾角应保证移架过程中掩护梁背负的歼石能沿梁体下滑，即满足 P＝ 12 ～ 18176。 （ 3）图 可知，掩护梁与顶梁铰点 e 和瞬时中心 O 之间的连线与水平线夹角为  ，θ 14 设计时，要使 tan ≤ 以下，主要原因是  角直接影响附加力 yQ 的数值大小； （ 4）支架的工作段要取曲线向前凸的那一段，如图 的 h 段，其原因为当顶板来压时，立柱让压而下缩，使顶梁有前移的趋势防止岩石向右移动，又可以使作用在顶梁的摩擦力指向采空区，同时底板阻止底座向右移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了前梁端部的支护力，防止顶梁前端顶板冒落又可以使底座前端比压减小，可防止啃底，有利移架；再则减少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力有掩护梁来克服，所以减轻了掩护梁的受力。 以上分析得知，为使支架受力合理和工作可靠，在设 计四连杆机构的曲线运动轨迹时，应尽量使支架的工作段要取双纽线向前凸的那一段，所以当已知掩护梁和后连杆的长度后，从这个观点出发，在设计时，只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，进行作图就可以了，其掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构如图 所示。 从图 可以看出，当掩护梁和后连杆已知，只要找到前连杆的长度和位置就可以了。 图 掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构 其具体做法是顺时针转动后连杆使支架最高位置时的 e 点向下作近似直线运动，在掩护梁上定有一点在运动中有一段近似圆弧轨迹，只要找到这个圆弧轨迹的曲率半径和曲率中心，就可以找到前连杆的位置和长度了。 从这个观点出发，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩护梁的上铰点所作的运动轨迹上，任找几点（为作图方便起见，可找出支架上高、中、低三个位置时上铰点运动轨迹上的三点），把掩护梁上前连杆上铰点连线的垂直平分线所交的一点为前连杆的下铰点。 这样四连杆机构就可以确定了。 （一） 几何作图来设计四连杆机构 掩护梁上铰点至顶梁顶面之距 0H 一般根据支架工作阻力初步确定顶梁梁体的高度后，再根据结构的合理性确定，一般支架取 0H =150— 200mm，重型支架可取 0H ＝ 210— 260mm。 后连杆下铰点至底座底面之距 0Y ,0Y 般根据支架最小高度确定，薄煤层支架取0Y =150— 250vmm，对中厚煤层支架取 0Y ＝ 250— 450mm，对大采高支架取 0Y ＝ 450— 600mm。 确定掩护梁上铰点至顶梁顶面之距（预确定为 160mm），和后连杆下铰点至底座底面之距（预确定为 250mm）。 这个尺寸的选取最好进行同类支架的选取，在设计中我发现若是这 15 两个尺寸选取不当会导致后续的麻烦。 比如 ，立柱柱窝的位置确定 跟同类支架相差很大等 等 问题。 已知条件是支架的最大高度 mH ＝ 3200mm 和支架的最低高度 nH ＝ 1400mm，要求在这范围内掩护梁上的铰点上下运动时的轨迹是一条直线或近似直线，水平偏移量不许超过70mm。 最好不要超过 30 mm。 用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图 所示： 设： G— 掩护梁长度； A— 后连杆长度； 2L — e 点垂直线到后连杆铰点之距； 1h — 支架最高位置时的计算高度； 2h — 支架最低位置时的 计算高度。 图 掩护梁和后连杆计算图 从几何关系可以列出如下两式 211 c o sc o s LQ。