机械毕业设计340ZY3434掩护式液压支架设计.docx

机械毕业设计340ZY3434掩护式液压支架设计.docx

《机械毕业设计340ZY3434掩护式液压支架设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械毕业设计340ZY3434掩护式液压支架设计.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机械毕业设计340ZY3434掩护式液压支架设计

前言

煤炭是工业的粮食，目前及在相当一段时期内，我国能源生产和消费结构中以煤炭为主的格局不会改变，且数量每年都在递增，只有依靠科技进步，依靠煤炭生产的机械化和自动化才能满足工业生产的这一需要。

综合机械化采煤方法是高效安全的采煤方法，而液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。

液压支架在我国煤矿中的使用已有近三十年的历史。

从消化先进设备开始，到我国能独立研究、设计的制作，我们已经积累了丰富的经验。

通过在学院函授站的学习，使我对这一部分知识有了更加全面、更加系统的认识和了解，并利用毕业设计这个机会，对我矿井下工作面所用的液压支架进行了选型和设计。

由于自己的能力有限，经验不足，再加上时间较紧，有不妥之处，希望能得到有关专家和老师的指正。

摘要

ZY3200/14/34掩护式液压支架的设计，主要是针对冀中集团梧桐庄矿22313工作面的煤层、围岩情况及其配套设备进行选型设计的一种实用液压支架，它包括以下几个部分：

通过介绍整个矿井的地质条件及工作面的实际情况，结合支架的发展情况及分类，对液压支架进行了选型，并确定其基本技术参数。

根据结构部件在整个液压支架中承载情况及作用，详细对支架的顶梁、四连杆机构、侧护板、底座、立柱、各种千斤顶等部件进行了结构设计，确定了其整体结构尺寸。

重点对立柱做了结构、技术参数说明，并根据其承载的工作阻力对立柱的稳定性，活塞杆和缸体的强度进行了校验。

介绍了该支架液压系统的特点，详细说明了立柱、各种千斤顶系统的基本控制回路及它们的工作原理，并对泵站液压元件、液压管路进行了选型。

关键词：

掩护式液压支架结构部件液压系统

Abstract

ThedesignZY3200/14/34cover-poweredsupportismainlyforXingtaiMiningGroup,Xingtai22313faceofthecoalmine,anditssurroundingequipmentselectionisforthedesignofapracticalhydraulicsupport.Itincludesthefollowingcomponents:

Throughtheintroductionoftheentireminegeologicalconditionsandtherealsituationfacecombinedwiththedevelopmentofsupportsandclassificationofthehydraulicsupportfortheselectionandestablishthebasictechnicalparameters.

Accordingtothestructuralcomponentsinthehydraulicsupportofthewholesituationandbearingintheroleofdetailontopofthesupportbeams,four-barlinkage,thesideoftheshield,base,post,andavarietyofjack,andotherpartsofthestructuredesign,anddeterminetheoverallstructureofitssize.Focusondoingacolumnstructure,technicalparametersthatonthebasisofcarryingontheworkoftheresistancetothestabilityofthecolumn,cylinderpistonrodandtheintensityofthecheck.

Thispaperintroducesthecharacteristicsofthesupporthydraulicsystem、thecolumn、thebasiccontrolloopofavarietyofjacksystemandtheirworkingprinciple,andselectsthehydraulicpumpstationcomponentsandhydrauliclines.

Keywords:

cover-poweredsupportthestructuralcomponents

thesupporthydraulicsystem

第一章概论……………………………………………………………6

1.1矿井的概述………………………………………………………6

1.2支架的发展情况…………………………………………………6

1.3液压支架在工作面的工作情况…………………………………….6

1.4液压支架的工作原理……………………………………………...6

1.5液压支架的选型…………………………………………………7

1.6掩护式支架的特点………………………………………………..8

1.7主要技术特征及配套设备…………………………………………9

1.8液压支架基本参数的确定………………………………………10

1.9配套设备与要求…………………………………………………11

第二章液压支架结构尺寸的设计……………………………….12

2.1顶梁尺寸的确定…………………………………………………12

2.2四连杆机构的确定…………………………………………….12

2.3底座长度的确定…………………………………………………14

第三章液压支架部件的设计………………………………………15

3.1顶梁的设计………………………………………………………15

3.2掩护梁的设计……………………………………………………15

3.3四连杆机构设计…………………………………………………16

3.4侧护板的设计……………………………………………………16

3.5底座的设计……………………………………………………..17

3.6推移装置…………………………………………………………18

3.7护帮装置…………………………………………………………18

3.8立柱…………………………………………………………….19

3.9千斤顶……………………………………………………………21

第四章喷雾灭尘系统设计……………………………….……………23

4.1系统的作用…………………………………………………….23

4.2系统的组成…………………………………………………….23

第五章液压支架部件受力分析及强度验算…………………..25

5.1支架的强度条件………………………………………………….25

5.2立柱的强度校核………………………………………………25

5.2.1立柱的稳定性验算…………………………………………….25

5.2.2活塞杆强度验算……………………………………………….27

5.2.3缸体的强度验算………………………………………………………..29

第六章液压支架的液压系统设计………………………………………..31

6.1液压支架的液压系统简介………………………………………31

6.2液压支架的基本控制回路………………………………………32

6.3泵站及各种液压元件的选型……………………………………35

结论………………………………………………………………………38

参考文献………………………………………………………………….39

谢辞………………………………………………………………………40

第一章概论

1.1矿井的概述

冀中能源梧桐庄矿是一座年产180万吨的大型机械化矿井，生产装备先进，技术力量雄厚，采、掘机械化程度达到100%，井田含煤地层时代为c-p，总厚210米，其中有19层煤，煤层总厚21米，含煤系数10%，可采和部分可采煤层8层，厚17.30米，可采含煤系数为8.2%。

1.2支架的发展情况

在煤矿开采的过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。

目前回采工作面使用的支护设备有金属摩擦支柱，单体液压支柱和自移式液压支架，前二者统称单体支护设备，与金属铰接顶梁配套使用，支撤和移动都靠人工操作，故劳动强度大，安全性较差，支撤速度慢，工作面产量和效率较低，随着采煤机械化程度的提高，促使了支护设备的迅速发展，1954年，英国首先装备了世界上第一个使用液压支架的综采工作面，把回采工作面的支护技术推进到一个新的阶段。

液压支架是以高压乳化液为动力，使支架的支撑、切顶、移架和推移输送机等工序全部实现了机械化，具有支护性能好，强度高，移架速度快，安全可靠等优点，液压支架与可弯曲输送机、采煤机组成综合机械化采煤设备，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。

1.3液压支架在工作面的工作情况

为了及时支护，采用先移架后推溜的工作方式，一个工作循环包括降柱、移架、升柱、推溜等四个动作，随着采煤机的推进，按次序搬动操纵阀，使顶梁下降、支架前移，到达预定位置后，顶梁升起，支护顶板，再通过支架的推移千斤顶，又将输送机推向煤壁。

1.4液压支架的工作原理

液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本，动作，这些动。

作都是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。

1.5液压支架的选型

22313工作面是北高南低的单斜构造，倾角5度左右。

老顶为细砂岩结构，厚15米，直接顶伪顶为粉砂岩结构，较破碎，易垮落厚0.1-1米。

直接顶为粉砂岩结构厚5.4米。

直接顶属中等稳定类，老顶属于来压明显级，直接顶初次跨落步距一般不小于15米，老顶初次来压步距一般不小于30米，周期来压步距一般为10米左右。

在正常回采阶段，直接顶一般无悬顶或悬顶很小，随放顶能够及时垮落，且垮落后矸石基本能够充满采空区，因此，本工作面采用全部垮落管理顶板。

根据老顶级别和直接顶类型，查《液压支架设计》表2-5确定架型为支顶掩护式支架，二立柱支在顶梁上，平衡千斤顶设在顶梁和掩护梁之间。

如图所示。

掩护式支架是利用支柱、顶梁和掩护梁来支护顶板和防止岩石冒落进工作面，掩护式支架都有一个宽大的掩护梁将作业空间与采空区冒落的矸石隔绝，掩护梁下端一般用前、后连杆与

底座相连，以保持较稳定的梁间距和承受水平推力，少数调高范围小的支架也有掩护梁直接铰接在底座上的，掩护梁上端用直接铰接的方式与顶梁连接，立柱的支撑力通过掩护梁间接作用于顶梁或直接作用于顶梁，掩护式支架的立柱只有一排，且倾斜支撑，以增大支架的调高范围，架间则通过活动侧护板互相靠拢，间密封，通常顶梁较短，一般在3m左右。

这种支架的性能特点是：

支撑力小，切顶性能强，但支撑力集中作用于机道上方的顶板上，故支护强度较大，且均匀，对顶板的重复支撑次数少，密封掩护性好，能承受较大的水平力，且允许带压移架。

由于立柱倾斜布置，且顶梁又较短，所以工作空间和通风断面较小。

1.6掩护式支架的特点

掩护式支架可分为插入掩护式、非插入掩护式和直接支撑掩护式支架。

下面分述三种类型：

1、插入掩护式支架：

插入掩护式支架底座面积较大，对底板的比压小，适用于顶板破碎，底板松软的煤质条件，但是太高了运输机溜槽，加大了装煤高度，影响装配效果。

2、非插入掩护式支架：

非插入掩护式支架由于底座没有插入运输机在下面，因而改善装煤效果，但底座较短，与底板的接触比压增大，稳定性较差。

3、直接支撑掩护式支架：

这种支架把立柱设置在顶梁之下，大大提高了支撑效率，同时底座加长，减小了与底板的接触比压，适用于松软及中等硬度的底板条件。

直接支撑掩护式支架在结构上有以下特点：

（1）与插入式相比，顶梁较长。

（2）立柱直接支撑在顶梁和立柱之间，又在顶梁和掩护梁之间设置了平衡千斤顶，使支架成了稳定结构，更加强了对机道上方的支护能力。

（3）掩护梁和顶梁后端铰接，消灭了三角区，有利于顶梁和顶板的结合。

通过上述论断直接支撑掩护式更适合本次设计的应用，直接提高了工作面，工作时间的利用率和生产能力支护性能完善，所以本次设计的架型选为：

ZY3200/14/34型掩护式液压支架。

1.7主要技术特征及配套设备

一、技术特征

（1）支架

型号ZY3200/14/34

支架高度（m）1.4~3.4

支架宽度（mm）1420~1600

支架中心距（m）1.5

支架初撑力（KN）2658

支架工作阻力（KN）3200

支护强度（MPa）0.64

对底比压（MPa）1.4

泵站供液压力（MPa）32

活动侧护板双侧直角式

控制方式邻架控制

（2）立柱

型式双伸缩

缸径（mm）一级（二级）230（180）

工作阻力（KN）1600

初撑力（KN）大缸1330

小缸814

（3）推移装置千斤顶

型式浮动活塞式

缸径（mm）110

杆径（mm）80

行程（mm）700

推力（KN）300

拉力（KN）120

二、配套设备

根据原始条件和所选架型根据《综采液压支架图册》所选配套设备是：

采煤机：

MG-350W型双滚筒采煤机

输送机：

SGB-764/400

采煤技术特征：

采高m2.0~3.5

截深mm630

滚筒直径mm1600

牵引方式液压锚链牵引

牵引力27

牵引速度m/min0～7.4

滚筒中心距mm11196

发动机台数2

发动机电压1140

冷却方式水冷

运输机技术特征

机型中双链

适应倾角＜15°

运输能力t/m900

链速m/s1.0

出厂长度（m）200

链条中心距mm100

刮板中心距mm920

1.8液压支架基本参数的确定

一、支护强度和工作阻力

顶板所需的支护强度取决于顶板的等级和煤层厚度，由22313工作面老顶级别和采高为3米时可确定该支架支护强度，

Q=1.3*35=45.5T/M

综合考虑掩护式液压支架的支撑效率可以确定支架的工作阻力为3200KN。

二、初撑力

初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大影响，较大的初撑力能使支架较快的达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性，但对乳化液泵站和液压元件的耐压要求也将提高，一般取初撑力为（0.6—0.8）倍的工作阻力，本支架初撑力确定为2600KN。

三、移架力和推溜力

移架力与支架的结构、质量、煤层厚度、顶板性质有关，一般中厚煤层液压支架移架力为150—300KN,我们利用活塞式推移千斤顶移架力可达359KN，推溜力为271.5KN。

四、支架高度

考虑到顶板有伪顶冒落，或可能局部冒落，支架的最大高度应是煤层最大开采高度再加200—300mm，最小高度应为煤层最小开采高度减去顶板周期来压时的最大下沉量，移架时支架的下降量和顶梁架上、底座下的浮矸厚度等之和，本支架最大高度确定为3400mm，最小高度确定为1400mm。

五、支架间距

支架间距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槽帮上千斤顶连接块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为1.5m，千斤顶连接块位置在溜槽中长的中间，所以，支架间距一般为1.5m。

1.9配套设备与要求

一、乳化液泵站:

压力P=31.4Mpa流量Q≥751/min

二、采煤机:

采用国产MG-350W型双滚筒采煤机，要求采高1.8-3.0m截深600mm，窄底托架（加高）。

三、工作面运输机：

采用国产SGB-764/400双链刮板输送机，支架与运输机直接相连，因此要求溜槽连接部位能承受30t的拉力，生产能力为400t/h

四、顺槽运输机：

要求与工作面运输机、转载机运输能力相适应，不能小于350t/h,采用SD-80型伸缩胶带输送机。

第二章液压支架结构尺寸的设计

2.1顶梁尺寸的确定

一、长度的确定

顶梁的长度与支架工作方式、配套尺寸等有直接关系。

我矿井下采煤采用及时支护方式，先移架后推溜，支架要超前输送机一个步距，以便采煤机过后，支架能及时前移，支控新暴露的顶板，因此，顶梁的长度要比先推溜后移架时长一个步距，为600mm，同时考虑到采煤机截割时不一定把煤壁截割成一个垂直平面，所以在设计时，要求顶梁前端距煤壁最小距离为300mm的空顶距，为了防止采煤机截割煤壁不齐，给推移输送机铲煤板前留有一定的距离，一般为135--150mm，以上所有配套设备包括采煤机、输送机均要在顶梁掩护之下，综合考虑，前梁长度确定为2100mm，立柱上支点距顶梁与掩护梁铰点距离为900mm，顶梁总长为3m。

二、顶梁的宽度

顶梁的宽度应根据顶梁的性质来确定，宽度大，虽可加快移架速度，提高支架的稳定性，但对顶板适应性差，架间距为1.5m的支架,顶梁体宽度一般不小于1.4m,选定为1.4m。

2.2四连杆机构的确定

掩护梁通过两个连杆与底座联接，形成四连杆机构。

因掩护式支架设计四连杆机构是为了当支架由高到低变化时使支架顶梁前端点与煤壁间距离变化减小，同时使支架能承受较大的水平力，这就决定四连杆机构动作过程具有如下特征：

1、支架高度在最大和最小范围内变化时，如图所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度e应小于或等于70mm，最好为30mm以下。

2、支架在最高位置和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角P和后连杆与底平面的夹角Q，应满足如下要求：

支架在最高位置时，P〈=52—62度，O〈=75—85度；支架在最低位置时，P〉=25度，O〉=25—30度。

四连杆结构的几何特征

3、掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心O的连线与水平线的夹角θ，要使tgθ<=3.5。

4、为使支架受力合力和工作可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量使e值减小，取双纽线向前凸的一段为支架工作段。

我们按如图所示方法，把硬纸板按1：

10比例剪成掩护梁和前后连杆三个板块，在根据前连杆下铰点O点的位置，前、后连杆长度，曲线最大宽度，曲线的形状以及θ角的要求，不断调整三个板块位置，确定一组四连杆尺寸，前连杆1360mm，后连杆1220mm，掩护梁2000mm。

四连杆机构作图方法1一掩护梁；2一前连杆；3一后连杆·

2.3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，应考虑如下几个方面；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、液压控制装置、推移装置和其它辅助装置；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4倍的移架步距，即2.4m。

第三章液压支架部件的设计

3.1顶梁的设计

1、作用

顶梁直接与顶板接触，承受顶板岩石载荷，并起切顶作用，是支架的主要承载部件之一。

要求顶梁对顶板有良好的适应性和足够的强度。

2、组成

该顶梁为铰接式，顶梁为整体结构，顶梁后端直接与掩护梁铰接，取消了三角区立柱直接支撑在顶梁上，用平衡千斤顶调节顶梁与顶板的接触面积，直接撑顶掩护式支架的顶梁稍长，采用变断面的整体箱形结构（如图），从柱窝中心向前直至顶梁前端逐渐变薄变窄。

顶梁断面内有两个左右对称的的柱窝以接纳立柱球头，梁后端两侧耳板用来与掩护梁铰接，梁后部中心线处有平衡千斤顶的支承座，顶梁两侧各有数个圆孔，供安装弹簧筒和侧推千斤顶，左侧焊有固定侧护板，右侧装有埋伏式活动侧护板，一般在支架支撑时也能调节，顶梁相应部位留有吊装孔便于装卸。

考虑到支架用于金属网下采煤，顶梁前部用Φ60mm的圆钢煨成，外形圆滑，其它部位也尽量减少尖棱，以减少移架阻力。

3.2掩护梁的设计

1、作用

掩护梁一端与顶梁铰接，另一端与前后连杆连接。

掩护梁的主要作用是隔离老塘和承受采空区冒落矸石的冲击，承受顶梁板水平推力和平衡千斤顶的推拉力，因此要求掩护梁有较大的刚度和强度。

2、组成

掩护梁为整体式箱形变断面结构，用钢板拼焊而成。

这样既保证了掩护梁的刚度和强度，又节省了钢材，减少了重量。

没有柱窝，而有平衡千斤顶的承座，掩护梁左侧焊有固定侧护板，右侧装有活动侧护板，侧面圆孔是为了安装侧护板伸缩机构用的。

3.3四连杆机构设计

1、作用

四连杆机构的作用：

1、使支架能承受较大的水平力。

2、使支架高度变化时，借助四连杆机构的作用，使支架顶梁前端点与煤壁间距变化较小，有利于顶板管理。

2、组成

掩护梁通过两个连杆与底座连接，形成了双摇杆四杆机构，通称四连杆机构，也称双钮线机构。

掩护梁与顶梁的铰接点的运动轨迹为双纽线的一部分，支架采用此结构，使顶板与顶梁的水平载荷由掩护梁传递给两个连杆承受，支架立柱不再承受横向力，使立柱不容易出现弯曲变形现象。

四连杆机构保证在支架调高范围内，使顶梁前端与煤壁之间的距离基本不变，支架的掩护梁空间无较大的变化，提高了支架的支护性能。

四连杆机构支架的连杆应能承受从掩护梁传递来的冒落矸石的载荷和顶板水平移动引起的载荷，因而要求它们有足够的强度。

为便于制造和安装方便，前、后连杆均为牙体式箱形结构，后连杆上焊接有翼板，它作为挡矸板，可以防止采空区矸石从支架后部窜入架内。

同时它也增强了后连杆的抗扭能力。

3.4侧护板的设计

1、作用

顶梁、掩护梁（和后连杆）两侧都有侧护板，左侧固定，右侧则为活动的，它的作用是消除相邻支架的架间间隙，防止冒落矸石进入支护空间，作为支架移架过程中的导向板，防止支架降落后倾倒，调整支架的间距（即具有防矸、导向、防倒、调架等功能）。

2、组成

由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。

活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，侧护板通常处于伸出状态，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板始终保持接触，增加了掩护性能。

顶梁和掩护梁的侧护板是同时收回分别推出的，为了支架的运输方便，活动侧护板可发由千斤顶缩回，用螺栓固定。

工作面倾角﹥15°时，如活动侧护板朝倾斜下方时，活动侧护采用本架控制，朝倾斜上方时，活动侧护板采用邻架控制。

3.5底座的设计

1、作用

底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件，是支架的主要承载部件之一，因此，底座除了满足一定的刚度和强度要求外，还要求对底板起伏不平的适应性要强，对底板接触比压要小，应有足够的空间能安装立柱，液压控制装置，推移装置和其它辅助装置，便于人员操作行走，能起一定的挡矸排矸作用，有一定的重量，以保证支架的稳固性。

2、组成

支架底座采用整体箱形变断面结构（如图），它与底板的接触面积大，因而对底板的接触比压小，支架不易下陷，底座前端制成滑撬形，以减小支架的移架阻力，同时底座后部重量大于前部，避免移架时啃底。

底座与立柱之间连接处用铸钢球面柱窝接触，以免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销轴限位，防止立柱脱出柱窝。

要整体式底座后部中间去掉一块钢板，减少底座后部与底板的接触比压，增加后部比压，同时有利排矸。

3.6推移装置

1、作用

推移装置的作用是随着工作面前进，将刮板输送机推向煤壁，然后，再以输送机为