薄煤层液压支架的设计毕业设计论文 精品Word格式文档下载.docx

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顶梁、底座、前梁、立柱等关键部件的结构设计，建立液压支架的三维模型，实现运动仿真，最后进行有限元分析校核关键部件的强度。

设计的过程中参考了现有液压支架结构设计的优点，如顶梁的箱形结构、底座的底分式结构等。

本设计的主要创新点在于：

八根立柱对顶板实现密集支护，不仅提高了支护阻力，而且可以通过更换不同缸径的悬浮式立柱，实现支架的模块化设计、集成化装配和规模化生产，大大缩短了生产和检测周期，加快了我国综采机械化生产进程。

薄煤层液压支架一般采用邻架控制，为了减少管路上的压力损失，方便人员的操作，设计了一种先导控制的液压系统，对液压支架液压系统的设计具有一定的参考价值。

关键词：

液压支架；

超静定结构；

运动仿真；

有限元分析

ABSTRACT

Withthedecreaseofthecoalresources,howtominethethincoalseambetterbecameanimportanttopic.InthesouthwestofChina,thethincoalseamhasbeenthemainlyminingarea.Hydraulicsupportastheimportantsupportingequipmentincoalmining,notonlytoensurethesafetyofworkers,butalsotoimproveproductionefficiencyofcoalmine.Therefore,thedevelopmentofthehighqualityandhighefficienthydraulicsupportinthincoalseamhasvitalsignificance.

Thetraditionalhydraulicsupportusingtwoorfourhydraulicpillarssupporttheroofofcoalseam,theforceofthesupportissmall,andthedesignoffourbarlinkageisverydifficult.BecausethemovementofthetopbeamcanonlyrealizewithapproximateDoublenewline,therearestillatendencyofcoalwalltrend.Thispaperintroducesthedesignofhydraulicsupportadoptedeighthydraulicpillars,cancelledfourbarlinkage,usingthehydraulicpressureresistlevelforce.Thedesignmethodofhydraulicsupportisagreatprogress.

Themainofthispaperintroduce:

Thestructureoftopbeam,basebeam,frontbeamandhydraulicpillarsandotherkeypartsofthehydraulicsupport,buildhydraulicsupport'

s3dmodeltorealizethemovementsimulation,usefiniteelementanalysistoanalysethestructurestrengthofkeyparts.Thedesignprocessofthehydraulicsupportreferencethestructuredesignoftheexistinghydraulicsupport,suchastheboxstructureofthetopbeam.

Themaininnovationofthisdesignis:

eighthydraulicpillarstorealizeintensivesupporting,notonlyimprovesupportresistance,butalsocanthroughreplacingdifferentdiameterofthehydraulicpillarstorealizethemodulardesign,integratedassemblyandlarge-scaleproduction,whichgreatlyreducethecycleofproductionandtesting,andalsospeedupthemechanizationofmanufacturingprocess.Thincoalseamhydraulicsupportgeneraluseoftheneighboringsupportcontrol,inordertoreducethepressurelossonthepipeline,thedesignofthehydraulicsystemintroduceamethodofpilotcontrol,whichhassomereferencevalueforthedesignofthehydraulicsystem.

Keywords:

Hydraulicsupport；

Superstaticsetstructure；

Movementsimulation；

Finiteelementanalysis

1绪论

煤炭工业是国民经济重要的基础产业。

我国的薄煤层资源丰富，全国薄煤层的储量占全部可采储量的17.5％，分布面广，煤质好。

但由于薄煤层采煤生产效率低，经济效益差，部分煤矿不重视薄煤层的开采，造成许多薄煤层煤炭资源严重浪费。

随着厚煤层及中厚煤层煤炭资源的逐渐减少，许多煤矿开始重视对薄煤层的开采工作。

液压支架是现代化煤矿进行高效综采和安全生产最为关键的设备之一。

无论是采用刮板输送机、滚筒采煤机和液压支架的综采技术，还是运行轨道、强力刨煤机和液压支架的综采技术，液压支架都是作为煤矿井下支护关键设备，因此，研究高质高效的薄煤层液压支架有着重要的意义。

1.1薄煤层开采技术

五十年代以前，我国在薄煤层中主要使用炮采工艺，以后使用了截煤机掏槽爆破落煤，并发展了薄煤层采煤机，六十年代开始采用刨煤机，并在技术上逐步得到完善。

薄煤层开采应有合适的配套设备，目前，从国内外发展来看，比较理想的是刨煤机或爬底板式采煤机采煤，用液压支架进行支护，实现采煤机械化。

在现有技术条件下，1.0m左右煤厚的煤层可用的采煤方法有：

1传统的长壁炮采采煤法；

2单体液压支柱高档普采采煤法；

3薄煤层螺旋钻采煤法；

4综合机械化采煤法。

以上四种可行的薄煤层采煤方法中，第一、二种采煤方法由于工人劳动强度大，作业条件恶劣，生产效率低，同时不符合现代技术的发展方向，除个别开采条件过于复杂，难以使用综采机组开采的区域以外，不应推荐其作为主要的采煤方法。

第三种采煤方法具有劳动强度较小，作业环境良好的优点，但由于其生产效率太低，难以使作为保护层开采的薄煤层开采和主采煤层的开采速度相配套，也难以作为薄煤层开采的主要采煤方法。

只有薄煤层综采开采既具有工人劳动强度小、作业环境较好的优点，也具有安全高效的优势，满足了主采煤层高强度开采的需要，更代表了薄煤层采煤方法的技术发展方向,因此，对于薄煤层的高产高效提出了更高的要求。

1.2液压支架的用途及分类

1.2.1液压支架的作用

液压支架是综采工作面的主要设备之一，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。

实践表明，液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等优点。

液压支架与可弯曲刮板输送机和采煤机组成综采机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。

因此，液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠，是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。

1.2.2液压支架的工作过程

1支架的升降和推移

图1.1液压支架工作原理图

1-顶梁；

2-立柱；

3-底座；

4-推移千斤顶；

5-安全阀；

6-液控单向阀；

7、8-操纵阀；

9-输送机；

10-乳化液泵；

11-主供液管；

12-主回液管

当操纵阀8处于升柱位置时，从乳化液泵站来的高压液体通过操纵阀8、液控单向阀6进入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。

当操纵阀8处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。

支架的前移和推移输送机是通过操纵阀7和推移千斤顶4来进行的。

移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀7置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶4的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。

这时，支架以输送机为支点前移。

移架结束后，在把支架升起，使支架撑紧顶板。

若将操纵阀7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。

2支架的承载过程

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。

初撑力的大小取决于泵站的工作压力、立柱缸径和立柱的数量。

合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。

（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称为工作阻力，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。

支架的支撑力和时间的关系曲线，称为支架的工作特性曲线，如图1.2所示。

图1.2支架的工作特性曲线

t0—初撑阶段；

t1—增阻阶