1、山东科技大学 学士学位论文 I 摘要 采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。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。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。 液压支架主要由以下几个基本部分组成：顶梁，掩护梁，四连杆机构，侧护板，底座，立柱和千斤顶等。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。 在这次放顶煤液压支架的设计过程中，主要以底座、主顶梁、尾梁和立柱等结构件的机械部分设计为重点，用普通设计 步骤设计总体结构尺寸，再用 Solidworks 初绘
2、总体架型检查配合尺寸，然后转化 为 CAD 并修改 细节，最后对主要构件进行强度校核，并用有限元分析部分构件。 关键词 ：放顶煤液压支架；顶梁；四连杆机构；有限元 山东科技大学 学士学位论文 II 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
3、 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
4、 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 and base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. princ
5、iple. In this design process of caving hydraulic support, mainly in support of the base, the top beam, the beam and the column structure of the end of the mechanical part of the design focus, with the general design procedure to design the overall body size. The overall structure of the initial draw
6、ing with Solidworks to check with the size, and then transformed into and modify the details of the part of the CAD, at last major component of the strength check, and some elements of the FEM analysis. Keyword： caving hydraulic support； Crest beam； 4 linkage mechanisms；FEM 山东科技大学 学士学位论文 III 目录 第 1章
7、 放顶煤 液压支架概论 .- 1 - 1.1放顶煤液压支架发展历史 .- 1 - 1.2液压支架的应用和意义 .- 3 - 1.3低位放顶煤 液压支架的组成 .4 1.4液压支架的工作原理 .7 1.5 小结 .12 第 2章 液压支架整体结构设计 .13 2.1支架主要尺寸的确定 .13 2.2支架四连杆机构的确定 .15 2.3四连杆机构的设计 .17 2.4顶梁结构设计 .21 2.5掩护梁结构的设计 .27 2.6 底座结构设计 .- 27 - 2.7立柱的确定 .30 2.8千斤顶的选择 .33 2.9小结 .35 第 3章 液压支架的受力分析 .36 3.1顶梁 受力分析 .36
8、山东科技大学 学士学位论文 IV 3.2掩护梁 受力分析 .40 3.3底座受力分析 .42 3.4小结 .43 第 4章 液压支架强度校核 .44 4.1材料的选择 .44 4.2 顶梁的强度校核 .46 4.3 底座的强度校核 .50 4.4前后连杆的校核 .52 4.5小结 .53 第 5章 液压支架液压系统 分析 .54 5.1 液压支架的液压系统的简介 .54 5.2 液压支架的液压系统拟定 .56 5.3 小结 .60 第 6章 结论 .61 参考文献 .62 致谢 .63 附录 .64 山东科技大学 学士学位论文 - 1 - 第 1 章 放顶煤 液压支架概论 支架的作用不仅是 支
9、护顶板、保证安全，而且要有效的控制顶板、提高效率。综放工作面的产量不仅取决于煤层、采运设备、综放支架，而且还取决于知己控制顶板、顶煤的能力和效果。 放顶煤液压支架是综合机械化放顶煤开采最重要的机械设备。它的发明和应用，使放顶煤开采技术从高落式进入一个全面机械化的新的发展阶段。放顶煤工作面由液压支架实现可靠、快速地支护和放煤，采用采煤机采煤，使厚煤层全厚开采在安全、可靠的工作条件下进行，保证了工作面实现高产高效。 1.1 放顶煤液压支架发展 历史 前苏联研制的 KTY 型掩护式放顶煤液压支架是世界上最早的放顶煤液压支架之一 1。此后，法国研制出尾梁呈“香蕉”形的用于放顶煤开采的支撑掩护式放顶煤液
10、压支架，如图 1.1 所示。 自 20 世纪 70 年代开始，法国、前联邦德国、英国等国家陆续 研制成功了开“天窗”的支撑掩护式或带插板的支撑式放顶煤液压支架，如 图 1所示 。英国研制开“天窗”式放顶煤支架如图 1.2 所示，该支架在掩护梁上开了放顶煤“天窗，由液压千斤顶控制开关，“天窗”附近装有搅动杆，以便于对顶煤进行二次破碎。掩护梁上还钻有眼孔，在煤硬不落时钻空爆破。 20 世纪 80 年代初，匈牙利研制成功放顶煤掩护式支架，结构如图 1.3所示，采、放顶煤均用单一的输送机运输。 1982 年，我国首次由煤炭科学研究总院北京开采研究所与沈阳煤炭研究所共同设计，郑州煤矿机械厂生产制造了 F
11、Y400-14/128 型放顶煤液山东科技大学 学士学位论文 - 2 - 压支架，如图 1.4 所示。在此后的几十年里，我国设计、研制了数十种放顶煤液压支架，从仿制东欧的高位放顶煤至支架，西欧的多种类型中位及低位放煤支架，到后来自己设计，如图 1.5 所示。郑州煤矿机械厂在铺底网支架基础上，首创的新一代四柱、四连杆、双输送机、短尾梁、低位放煤支架使用的成 功，标志着我国放顶煤支架研制工作走上了独立创新的道路。这种支架由于采用后四连杆短尾梁结构，因此支架的稳定性好，强度大，工作可靠。采用低位放煤明显的减少了工作面粉尘，减少了煤损，取得很好的效果。在此类放顶煤支架架型逐渐统一后，又陆续研究出了几种
12、新的低位放煤支架，形成了我国具有自己特点的放顶煤支架系列。兖州矿物局东滩煤矿使用国产放顶煤液压支架，创造了年产 550 万吨的高产纪录，标志着我国放顶煤液压支架技术已处于世界先进水平。 图 1.1 “香蕉”形放顶煤支架 图 1.2 英国“天窗”式放顶煤支架 图 1.3 匈牙利“天窗”式放顶煤支架 图 1.4 FY400 14/28 型放顶煤支架 山东科技大学 学士学位论文 - 3 - 图 1.5 低位小插板放顶煤支架 1.2 液压支架的应用和意义 随着工业技术的不断发展，国民经济对煤炭需要量的日益增加，煤矿开采，特别是采煤工作面的生产技术面貌发生了巨大的变化。自 1954年英国装备了世界上第一
13、个液压支架工作面开始，采煤技术实现了综合机械化。综合机械化。就是工作面采煤、运输和支护三大主要生产环节都是现机械化。也就是说，采用滚筒式或刨削式等采煤机械落煤与装煤；工作面重型可弯曲运输机，以及与之 适应的顺槽转载机和可伸缩皮带运输机等运煤；自移式液压支架支护和管理顶板。这几种设备相互配合，组成了综合机械化采煤设备 4。 液压支架是以高压液体为动力，由若干液压元件（油缸和阀件）与一些金属结构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备，能实现支撑、降落移架和推移运输机等一整套工序。液压支架技术上先进，经济上合理，安全上可靠，当前世界各国都在不断地提高采煤工作面的综合机械化水平。 我国于 19
14、64 年开始研制液压支架，到目前已经取得可较好的效果。1974 年以来，从西德、英国、苏联和波兰等国引进了许多不同类 型的液压支架。实践证明，液压支架具有强度高、支护性能好、移设速度快、安全可靠等优点，能使采煤工作面达到高产量、高回采率和高工效，能大大山东科技大学 学士学位论文 - 4 - 减轻劳动强度，降低成本和掘进率，实现安全生产。 1.3 低位放顶煤 液压支架的组成 低位放顶煤液压支架的组成如图 1.6 所示 图 1.6 低位放顶煤液压支架组成示意图 1-立柱； 2-底座； 3-顶梁； 4-掩护梁； 5-伸缩放煤板； 6-尾梁 7-前四连杆； 8-后四连杆； 9-尾梁千斤顶； 10-放煤
15、板千斤顶 一、顶梁 用途： 1、用于支撑维护控顶区的顶板； 2、承受顶板的压力； 3、将顶板 载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。 要求： 1、顶梁应有足够的强度，即使在接触应力分布不均匀的情况下也不致 被压坏； 2、 顶梁应有足够的刚度，以承受扭力； 3、顶梁对顶板的覆盖率高； 4、顶梁能适应顶板的起伏变化。 二底座 用途： 山东科技大学 学士学位论文 - 5 - 1、为支架的其他结构件和工作机构提供安设的基础； 2、与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构； 3、将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。 要求： 1、底座应有足够的强度和刚度； 2、底座对底板的起伏变化适应性好； 3
16、、底座与底板的 接触面积大，以减小底座对底板的接触 比压，避免支架陷入底板； 4、底座应有足够的地方来安设立柱、推移装置以及液压控制装置； 5、底座要能把落入支架内的碎矸排弃到老塘中。 三立柱 用途： 1、支撑顶梁，承受载荷的作用； 2、调节支架的高度，使支架的高度满足工作面的要求； 3、立柱 设置有大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载较大。 四掩护梁 用途： 1掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座； 2掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩； 3掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起 ，构成了支架完善的支撑和掩护体，完 善了支架的掩护和挡矸能力。 五活动侧护板
17、用途： 山东科技大学 学士学位论文 - 6 - 1、消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止冒落的矸石进入支护空间； 2、作为支架移架过程中的导向板； 3、防止支架降落后倾倒； 4、调整支架的间距。 六、放煤板 主要用于放下顶煤。 七连杆 前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分共同组成四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定 5。 其四连杆机构的作用： 1、通过四连杆机构，使支架顶梁端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而 使支架前端头离煤距离大大减小 ，提高了管理顶板性能； 2、能承受较大的水平力。 八操纵控制系统 液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀以实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸（立柱和千斤顶）种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统。 对于液压支架的操纵控制系统传动装置，应具有以下基本要求：采用结构比较简单，设备外形尺寸小，能远距离的传送大的能量；能承受较大载荷；没有复杂的传动机构；在爆炸危险和含尘的空气里保证安全工作；动作迅速；操作调节简单；过载及损坏保护简单。 容积式液压传动可最大限度的满 足这些要求，因此，所有液压支架均采用这种传动
