液圧支架的设计_大学学士学位论文

液圧支架的设计_大学学士学位论文内容摘要：

输送机为支点前移。 移架结束后，再把支架升起，使支架撑紧顶板。 若将操纵阀置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆腔回液，这时输送机以支架为支点被推向 煤壁。 支架承载过程 支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程，它包括初撑、承载增阻和恒阻三个阶段。 (1) 初撑阶段 在升架过程中，当支架的顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀 6 立即关闭，这一过程为支架的初撑阶段。 此时支架对顶板的支撑力为初撑力。 (2) 承载增阻阶段 支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。 (3) 恒阻阶段 随着顶板压 力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高，当升高到安全阀 5 的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下缩，液体压力随之降低。 当降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。 随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。 由于安全阀的作用，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段。 此时，支架对顶板的支撑力成为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。 对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。 山东科技大学学士学位论文 10 图 22 支架的工作特性曲线 由上可知，支架工作时，其支撑力与时间的关系，可用支架工 作特性曲线表示，如图 22 所示，曲线上的 0t 、 1t 、 3t 分别表示支架的初撑、增阻、和恒阻阶段的时间。 上述工作过程表明：支架在达到额定工作阻力以前具有增阻性，以保证支架对顶板有效的支撑作用；当支架达到额定工作阻力以后，支架能随顶板的下沉而下缩，即具有可缩性和恒阻性，支架的工作特性决定于立柱、液控单向阀、安全阀和操纵阀的性能和密封的好坏。 所以这些元件是支架的关键液压元件 通常液控单向 阀和安全阀组合在一起，称为控制阀。 支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它表示支架支撑力的大小。 但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。 因此，通常单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。 即 FPq 310 MPa 式中 F —— 支架的支护面积， 2m 山东科技大学学士学位论文 11 对液压支架的基本要求 ，液压支架要有足够的初撑力和工作阻力，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。 推溜力一般为 100kN 左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为 100kN~150kN，中厚煤层一般为 150kN ~250kN，厚煤层一般为 250kN～ 400kN。 ，从而保证人员呼吸、 稀释有毒气体等安全方面的要求。 ，要有足够宽的人行道。 ，照明和通讯方便。 ，底座最大比压要小于规定植。 ，能够承受一定的不均匀载荷和冲击载荷。 ，尽可能减轻支架重量。 ，结构要简单。 支架的选型设计 设计的原始条件 支架的支撑高度： ， 煤层厚度： H＝ 3m，煤层倾角最高至 15度。 老顶 级别 II 级、直接顶 II 级， 支架的工作阻力 3200KN，煤层采高。 工作面配套设备：采煤机： MXA300/，刮板输送机： SGZ－ 730/320。 ，支护强度、底板抗压强度、泵站压力、安全阀调定压力 40MPa。 山东科技大学学士学位论文 12 支架的支护性能与外载荷 由液压支架的工作状态可知，支架承受的外载荷是顶板下沉形成的。 在顶板下沉过程中，支架的顶梁与顶板有相对滑动的现象，支架不仅受有垂直于顶梁的力，还受有平行于顶梁的摩擦力。 设垂直于顶梁的力为 F1， F1 由支架的工作阻力来平衡。 在支架承载过程中，支架底座承受工作面底板的反作用力。 为了设计计算方便，要对 支架的外载荷和支架本身进行简化，概述如下： (1)把支架简化成一个平面杆系结构。 为偏于安全，在计算时把外载荷视为集中载荷。 (2)金属结构件按直梁理论计算。 (3)顶梁、底座与顶底板被认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律分布，沿支架宽度方向为均布。 (4)通过分析和计算可知，掩护梁上矸石的作用力，只能使支架实际支护阻力降低所以，在进行强度计算时不计，使掩护梁偏于安全。 (5)立柱和短柱按最大工作阻力计算。 (6)产生作用在顶梁上的水平力的情况有两种， — 是由于支架让压回缩，顶梁前端点运动轨迹为近似双纽线 ，顶梁与顶板间产生相对位移，顶板给予顶梁水平摩擦力，另一种是由于顶柜向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向采空区的水平摩擦力。 顶梁和顶板的静摩擦系数 w 一般取 ~。 (7)按不同支护高度时各部件最大受力值进行强度校核。 影响架型选择的因素 (1) 煤层厚度 煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。 当煤层厚度大于 ～ （软煤取下限，硬煤取上限 ） 时，应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。 当 煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。 山东科技大学学士学位论文 13 (2) 煤层倾角 煤层倾角主要影响支架的稳定性，倾角大时易发生倾倒、下滑。 当煤层倾角大于 10 ～ 15 时，应设防滑和调架装置，当倾角超过 18 时，应同时具有防滑防倒装置。 (3) 底板性质 底板承受支架的全部载荷，对支架的底板影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架底座的结构和支承面积。 选型时，要验算底座对底板的接触比压，其植 要小于底板的允许比压 (对于砂岩底板，允许比压为 ～，软底板为 左右 )。 (5) 瓦斯涌出量 对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。 (6) 地质构造 地质构造十分复杂，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在 5～ 8 2m 和 20min 以下时，暂不宜采用液压支架。 (7) 设备成本 在满足要求的前提下，应选用价格便宜的支架。 支架架型的确定 从架型的结构特点来看，由于架型的不同，它的 支撑力分布和作用也不同；从顶板条件来看，由于直接顶类别和老顶级别的不同，支架所承受的载荷也不同。 所以，为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力、采煤高度与承载的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。 根据煤层厚度 3 米，属于中厚煤层。 支架的适应高度为 ～ 米煤质条件老顶 II 级、直接顶 II 级，底板平整，无影响支架通过的断层，根据表21 初步选定为掩护式两柱液压支架。 山东科技大学学士学位论文 14 表 21 支架架型的选择 注：①括号内的数字是掩护式支架的支护强度。 表中所列支护强度在选用时，可根据本矿情况允许有 5 %的波动范围。 ②表中 、 、 2 分别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级老顶的分级增压系数；Ⅳ级老顶给出最低值 2，选用时可根据本矿实际确定适宜值。 老顶级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接顶类别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架类型 掩护式 掩护式 支撑式 掩 护 式 掩 护 或 支 撑 掩 护 式 支 撑 式 支撑掩护式 支撑掩护式 掩护或支撑掩护式 掩护或支撑掩护式 支撑式 采高小于 时 支撑掩 护式 采高大于 时 支架支护强度 MPa 采高m 1   2 49 应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区 2 （ ）  （ ）  2 43 3 （ ）  （ ）  2 41 4 （ ）  （ ）  2 39 山东科技大学学士学位论文 15 3 液压支架的整体结构设计 支架高度、中心距和底座长度的确定 支架高度的确定 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： 1ShH mm  （式 ）   2ShH nn （式 ） hm —— 煤层最大采高， hn —— 煤层最小采高 S1 —— 伪顶冒落的最大厚度，一般取 ～ 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 —— 矸、浮煤厚度，一般取 50mm 本设计采高 ～ ,取支架高度为 ～ 支架伸缩比 支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值为： nmHHm （式 ） 代入数据得 m=。 支架间距 所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离。 按下式计算： 山东科技大学学士学位论文 16 3cmb B n C   （式 ） 式 中： cb — 支架间距（支架中心距）； mB — 每架支架顶梁总长度； 3C — 相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙 ； n— 每架所包含的组架的组数或框架数，整体自移式 支 架。 支架间距 cb 要根据支架型式来确定，但由于每架支架的推移千斤顶都与工作面输送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及帮槽上千斤顶连结块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为 ,千斤顶连结块位置在溜槽中长的中间，所以除节 式和迈步式支架外，支架间距一般为。 本次设计 取 支架的中心距为。 底座长度 底座是将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：支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱，液压控制控制装置、推移装置和其他辅助装置；使于人员操作相行走，保证支架的稳定性等。 通常，掩护式支架的底座长度 取 倍的移架步距 (一个移架步距为 )，即 ；支撑掩护式支架的底座长度取 4 倍移架步距，即。 本次设计取底座长。 底座宽度 支架底座宽度一般为 ～。 为提高横向稳定性和减小对底板比压，厚煤层支架可加大到 ，放顶煤支架为 ～。 底座中间安装推移装置的槽子宽度与推移装置的结构和千斤顶缸径有关，一般为 300～ 380mm。 山东科技大学学士学位论文 17 四连杆机构的设计 四连杆机构的作用与缺点 1．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。 2．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。 3．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。 4．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 四连杆几何特征 （ 1）支架在最高位置时， 1P =52～ 62176。 ，即： ～ ； 1Q =75～ 85176。 即 ～ ；支架在最低位置时，保证 P1 25。 （ 2）后 1连杆与掩护梁的比值，掩护式支架为 I =~。 支撑掩护式为 I = ～。 山东科技大学学士学位论文 18 （ 3）前后连杆上绞点之距与掩护梁的比值为 I1 ～。 （ 4） 39。 e 点的运动轨迹呈近似双纽线，支架由高到低双纽线运动轨迹的最大宽度 70e mm以下。 （ 5）支架在最高位置时的 tan 应小于 ，在优化设计中，对支撑掩护式支架最好应小于。 连杆机构各部尺寸的计算 ea 图 31 四连杆机构参数图 2. 作图方法 已知条件是支架的最大高度 xhma 和支架的最低高度 minh。 要求在这范围内掩护梁上下运动时轨迹是一条直线或近似直线。 水平偏移量不允许超过75mm。 山东科技大学学士学位论文 19 图 32四连杆机构 1)在上图中，先画基线 AB 向上取 xhma ，在 xhma。