悬移式液压支架设计解读.docx

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悬移式液压支架设计解读

摘要

采煤综合机械化,是加快我国煤炭工业发展速度,大幅度提高劳动生产率,实现煤炭工业现代化的一项重要战略措施。

综合机械化不仅产量大,效率高,成本低,而且能减轻笨重的体力劳动,改善作业环境,是煤炭工业技术的发展方向。

而液压支架则是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。

本文设计的悬移式液压支架主要由以下几个基本部分组成顶梁、推移托梁、伸缩千斤顶、推移千斤顶、液压支柱、内缩梁、挡矸装置、及液压系统。

设计要遵循支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。

在悬移式式液压支架的设计过程中,拖梁、顶梁、和千斤顶、支柱等结构件的设计是重点。

该论文介绍了液压支架的结构、类型、工作原理、特点、目的及受力分析,对悬移式式液压支架作了详细的介绍和分析,论述了该支架的设计方案和基本用途。

关键词:

液压支架拖梁顶梁千斤顶液压支柱液压系统 Abstract 

The comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country , raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining.

Hydraulic support major from some following basically partial compositions:

 Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle. 

In the design course that the type of supports cover type, the design of canopy and caving shield and props is key. This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support. 

Keyword:

 Hydraulic support、Drag beam、Roof Beam、Jack、Hydraulic prop、 Hydraulic system 

前言.........................................................41液压支架概述...............................................51.1液压支架的分类........................................51.1.1按支架和围岩的相互作用分类......................51.1.2按移动方式分类..................................91.1.3根据使用地点的不同分类..........................91.2液压支架的组成.......................................101.2.1承载结构件.....................................101.2.2动力油缸.......................................101.2.3控制操纵元件...................................111.2.4辅助装置.......................................121.2.5工作液体.......................................12

1.3液压支架的工作原理...................................121.3.1托梁液压支架的工作原理.........................121.3.2液压支架的支撑承载原理.........................141.4液压系统及其控制元件.................................181.4.1液压系统.......................................191.4.2液压系统的特点.................................201.5液压支架的架形.......................................201.5.1垛式液压支架的特点.............................211.5.2四连杆机构液压支架.............................211.5.3悬移式液压支架.................................22

1.5.4影响架形选择的因素.............................23

2悬移式液压支架主要结构尺寸的确定..........................262.1悬移式支架设计目的...................................262.2悬移式支架主要尺寸的确定.............................27

2.21悬移式支架主要技术参数..........................27

3悬移式支架总体结构设计....................................283.1悬移式液压支架基本参数的确定.........................283.1.1支架高度.......................................283.1.2支架伸缩比.....................................283.1.3支架间距.......................................283.1.4支架宽度.......................................293.1.5顶梁长度.......................................293.1.6支架工作阻力...................................303.2悬移式液压支架顶梁结构设计...........................303.2.1顶梁形式的选择.................................303.2.2伸缩梁结构设计.................................323.2.3托梁结构的设计.................................323.2.4柱窝的设计.....................................323.2.5挡矸板的设计...................................333.2.6立柱的选择与设计...............................333.3悬移式液压支架推移千斤顶设计.........................343.3.1推移装置的选型.................................343.3.2推移千斤顶的确定...............................353.4悬移式液压支架水平推进缸的设计与计算.................36

3.5悬移式液压支架伸缩梁油缸的设计与计算.................37

4悬移式液压支架顶梁强度校核................................394.1材料的选择...........................................394.2顶梁的强度校核.......................................40

4.2.1集中载荷在两根立柱中间时校核...................40

4.2.2集中载荷在顶梁两端时校核.......................45

5悬移式液压支架伸缩梁强度校核..............................515.1材料的选择...........................................515.2伸缩梁的强度校核.....................................525.3立柱强度计算.........................................575.3.1预算缸筒内径和缸壁厚度.........................57

5.3.2计算重叠长度...................................57

6悬移式液压支架的使用维护及常见故障排除方法................596.1支架的运输和工作面安装...............................596.1.1支架在地面和井下的运输.........................596.1.2支架在工作面的安装.............................596.2支架的操作和维护.....................................606.2.1对支架操作维护的要求...........................606.2.2支架的操作注意事项.............................606.2.3支架的维护和管理...............................616.2.4注意事项及警示.................................62结论........................................................63致谢........................................................64参考书目....................................................65附录........................................................64外文资料与中文翻译..........................................65

前言

液压支架是在摩擦支柱和单体液压支柱等基础上发展起来的工作面机械化支护设备。

它与滚筒采煤机（或刨煤机、可弯曲刮板输送机、转载机及胶带输送机等形成一个有机的整体,实现了包括采、支、运等主要工序的综合机械化采煤工艺。

液压支架能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板,隔离采空区,防止矸石窜入工作面,保证作业空间,并且能够随着工作面的推进而机械化移动,不断地将采煤机和输送机推向煤壁,从而满足了工作面高产、高效和安全生产的要求。

液压支架的总重量和初期投资费用占工作面整

套综采设备的60%~70%左右。

我国于70年代初,研制成功了垛式、节式等支撑式支架,以及关键的液压元部件。

70年代中期,研制成功了掩护式与支撑掩护式支架。

由于这种架型的优良性能,逐步取代了早期的垛式和节式支架。

在引进、消化国外支架的基础上,我国已经形成了一支有一定规模的从事液压支的设计、研究、制造和检验的专业队伍,积累了丰富的经验,并研制了多种适合我国煤矿不同生产地质条件的液压支架。

支架最大高度已达5m,最小高度为0.5m;适应最大倾角可达55°;最大工作阻力达10000KN。

还有用于放顶煤采煤、分层铺网采煤等条件下的特种用途液压支架。

合理的选用采煤设备并结合先进的采煤工艺,可解决采煤工作面的采煤支护运输等生产环节之间的矛盾,可有效地提高工效增加成本减少损耗保护生产人员和设备的安全,以及减轻笨重的体力劳动,可为煤矿获得很高的经济效益。

1液压支架概述 

1.1液压支架的分类 

1.1.1 按支架和围岩的相互作用分类

（1支撑悬移式支架:

图1-1是一种支撑式支架,它有较长的顶梁,较多的支柱,并呈垂直

布置,支架的稳定性由支柱的复位机构来保证,因此有坚固的箱式底座。

它靠支柱与顶梁的支撑作用,控制工作面的顶板,维护工作空间,而顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。

这种类型的支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能,因此适用于顶板坚硬完整,周期压力明显或强烈、底板也较硬的煤层中。

图1-1支撑式液压支架结构

1-顶梁;2-前梁;3-立柱;4-控制阀;5-推移装置;6-底座

（2掩护式液压支架:

图1-2是掩护式支架中结构之一,它的顶梁较短,支柱一排,一般仅1~2根,多呈倾斜布置,与掩护梁连接或者直接于顶梁连接。

它靠支柱和顶梁支撑顶板,而掩护梁只与冒落矸石相接触,防止矸石涌入工作面,以维护一定的工作空间。

这种类型的支架,有良好的防矸掩护性

能,主要使用于顶板中等稳定或破碎,底板也较松软的煤层中。

图1-2掩护式液压支架结构

1-互帮装置;2-前梁;3-顶梁;4-顶梁千斤顶;5-弹簧筒;6-顶梁侧护板;7-立柱;8-掩护梁;9-平衡千斤顶;10-掩护梁侧护板;11-前连杆;12-后连杆侧护板;13-后连杆;14-底座;15-推移千斤顶;16-推杆

掩护式支架的特点如下:

1顶梁短,对顶板的作用力均匀,煤壁附近顶板的支护强度往往比支撑式支架还高。

2结构稳定,抵抗直接顶水平运动的能力强。

3防护性能好,架内歼石极少,便于操作。

4调高范围大,对煤层厚度变化的适应性强。

5整架工作阻力小,工作空间小,通风阻力大。

6 与垛式支架相比,质量大,造价高。

（3支撑掩护式液压支架:

图1-3是一种支撑掩护式支架,支撑掩护式介于支撑式和掩护式之间的架型。

它的特点是,支柱两排,每排1~2根,多呈倾斜布置,靠采空区一侧,装有掩护梁和四连杆机构（见图1-3。

图1-3支撑掩护式液压支架结构

这类支架靠支撑和掩护作用来维护工作空间,兼有支撑式和掩护式支架的优点,使用于顶板中等稳定或稳定,有较明显的周期压力,底板中等稳定的煤层中。

支撑掩护式支架的特点如下:

1工作阻力大,切顶性能好。

2具有坚固的掩护梁及较严密的挡歼侧护装置,可有效地把工作面空间与采空区隔开,防歼性能较好。

3采用了四连杆结构,支架的稳定性好,能承受较大的水平力。

4工作空间宽敞,能满足行人、操作和工作面通风的要求。

5支架结构复杂,质量大,造价高,支架回缩时较长,不便运输。

支撑式、掩护式、支撑掩护式等三类支架中,对照采煤工艺对支架的要求来看,掩护式支架具有很多的特点和较广的适用范围。

虽然掩护式支架单位工作面上的支撑能力不如其余两种,但由于控顶距较小,单位面积上的支撑能力较大,能对顶板进行有效的支撑;还有有效的挡矸装置,能更好地适用破碎顶板的支护需要;支架本身为一稳定的运动机

构,抗水平力性能好,且便于支架前移;支架的结构和液压系统简单,操作简便,管理维修容易;支架调高范围较大,对煤层厚度变化的适应性较强。

所以,掩护式支架在使用中已取得了良好的技术经济效果,使用范围正在逐渐扩大。

1.1.2 按移动方式分类

按移动方式,液压支架可分为整体自移式和迈步式两类。

（1整体自移式:

支架成整体结构,因而整体移动。

掩护式、支撑掩护式和部分支撑式支架,均采用这种移架方式,

（2迈步式:

迈步式支架又可分为交互前移式和提步前移式两种。

1交互前移式支架,是利用主副架互为着力点交互推位前移的方式,架间安装推移千斤顶和导向装置。

一般节式支架常用这种移架方式。

2提步前移式支架,是采取顶梁不大量下降,提腿跨步的方式。

例如,苏-81型支撑掩护式支架,移架时沿着支撑住顶板的邻架顶梁推移。

还有一种是滑行顶梁式支架,移架时本架顶梁在内部滑移。

1.1.3 根据使用地点的不同分类

根据使用地点的不同,液压支架有可分为工作面支架和端头支架两类。

上述各类支架均为工作面支架,用来支护工作面的顶板。

端头支架,则用在工作面两端与顺槽的连接处,由于此处的机械设备较多,需要占有的工作空间大,同时又是人员的安全出口,要求端头支架能很好的和各种设备相配合,达到有效地支护悬露面积较大的顶板。

因此,端头支架在结构上具有特殊性。

1.2液压支架的组成

液压支架的组成 

1.2.1 承载结构件

（1顶梁:

顶梁上设计有滑轨,这是实现移架的关键部件,推移托梁分为前后两个,有托梁连接杆将前后两个托梁连在一起,用吊挂装置将托梁放置于顶梁下方的滑轨内,使其能沿滑轨前后滑动,从而实现移架的过程

（2伸缩梁

内伸缩梁是实现支架即时支护的关键部件,内伸缩梁插置于顶梁的箱体内 

1.2.2 动力油缸

动力油缸包括支柱和各种千斤顶等。

（1支柱:

支架上凡是支撑在顶梁（或掩护梁和底座之间,直接或间接承受顶板载荷的主要油缸叫支柱。

支柱是支架的主要承载部件,支架的支撑力和支撑高度,主要取决于支柱的结构和性能。

支柱如图1-10所示:

图1-10立柱

（2千斤顶:

支架上除支柱之外的各种油缸都叫千斤顶,如前梁千斤顶、推移千斤顶、调架千斤顶,还有平衡、复位、侧推和护帮千斤顶等,完成着推移运输机、移设支架和支架的调整等各项动作。

侧推千斤顶如图1-11

所示:

图1-11侧推千斤顶 

1.2.3 控制操纵元件

控制操纵元件:

包括控制阀（即液控单向阀和安全阀、操纵阀等各种阀件和管件。

这些元件是保证支架获得足够的支撑力、良好的工作特性以及实现预定设计动作所需的液压元件,它的种类和数量,随支架结构和动作要求的不同而异。

1.2.4 辅助装置

支架上除上述三项构件以外的其它构件,都可归入辅助装置,它包括推移装置、复未装置、挡矸装置、护帮装置、防倒防滑装置、照明和其他附属装置等。

1.2.5 工作液体

这是传递泵能站量,使液压支架能有效工作的工作介质。

液压支架的工作液体是乳化液。

1.3液压支架的工作原理 

1.3.1 托梁液压支架的工作原理

该液压支架在移架过程中,不仅要可靠的支撑顶板,维护一定的安全工作空间,而且要随工作面的推进,进行移架和推移输送机。

因此,支架要实现升、降、推、移四个基本动作,这些动作是利用泵站供给的高压液体,通过工作性质不同的几个液压油缸来完成的,如图1.1所示:

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,同时打开夜空单向阀,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 和图一千斤顶 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,再把支架升起,使支架撑紧顶板。

若将操纵阀7置于推溜位置,高压液进入推移千斤顶后腔即活塞腔,前腔即活塞杆回液,这时输送机以支架为支点被推向煤壁。

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

（1升柱:

液压支架移至新的工作位置后,应及时升柱,以支撑新暴露的顶板。

将操纵阀转到升柱位置,打开供液阀,高压液体由主进液管进入,经操纵阀到液控单向阀,顶开阀球经油管进入支柱活塞腔,支柱活塞腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管,活柱和顶梁升起,支撑顶板。

（2降柱:

当旋转式操纵阀转到降柱位置,打开供液阀时,高压液体由主进液管经操纵阀和油管,进入支柱活塞杆腔,同时也进入液控单向阀的控制管路,打开液控单向阀,支柱活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀,流回主回液管,支柱卸载下降。

（3移架:

液压支架卸载后,把操纵阀转到移架位置,打开供油液,高压液体由主进液管经操纵阀、油管进入推移千斤顶的活塞杆腔,同时进入液控油路,打开液控单向阀,而活塞的油液经油管、液控单向阀、操纵阀流回主回液管,推移千斤顶收缩,以运输极为支点,拉架前移。

运输机靠相邻支架的推移千斤顶来固定,千斤顶由液控单向阀锁紧。

（4推移运输机:

当液压支架前移并重新支撑后,把操纵阀转到推溜位置,打开供液阀,高压液体由主进液管经操纵阀、液控单向阀进入推移千斤顶的活塞腔,活塞杆腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管,推移千斤顶的活塞伸出,以液压支架为支点,把运输机推移到新的工作位置。

在实际生产中,对于具体支架的动作,根据该支架的结构和需要来确定。

1.3.2 液压支架的支撑承载原理

液压支架的支撑承载原理,是指液压支架与顶板之间互相力学作用原理,它包括初撑增阻、承载增阻和恒阻三个工作阶段。

（1初撑增阻阶段:

在升柱过程中,从顶梁接触顶板起,至支柱活塞腔的油液压力达到泵站的工作压力时,松开手把,停止供液,液控单向阀立即关闭,阀球封闭了支柱活塞腔的油液,这就是支架的初撑阶段。

此时支柱或支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。

支