1、河南理工大学万方科技学院本科毕业论文I摘 要由于地下煤层的地质环境比较复杂，这就要求在不同的煤层环境中使用不同的与之适应的液压支架。本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括：选架型、总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核和液压系统的设计由于该煤层厚度适中，选用掩护式液压支架，支架采用四连杆机构，以改善支架受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用双伸缩作用液压缸，以增加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移千斤顶采用浮动活塞式结构，以减少推溜力和增大移架力。为了提高移架速度，确保对顶板的及时支护，采用锥阀液压系统。整个液压支架的设计都源于煤层厚度这一初始条件，
2、这很好的说明了不同煤层需要不同的液压支架，于是液压支架的更新换代对于提高采煤效率和增加井下安全性显得十分重要。关键词：液压支架；液压；四连杆机构；采煤；支架选型；推溜；移架河南理工大学万方科技学院本科毕业论文IIAbstractAs the coal underground geological environment more complex, which requires coal in different environments with different to the hydraulic pressure support.The article mainly elaborated
3、the general shield type hydraulic pressure support design process. The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination and the hydraulic system design.Because this coal bed thickness is moderate, selects the shield type hydraulic press
4、ure support. The support uses four-bar linkage, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The column uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the sup
5、port to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the fluctuation plunger type, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof support, uses the mushroom valve hydraulic system.The design of
6、 the hydraulic pressure support from all seam thickness of the initial conditions, which is very good description of the different needs of different coal hydraulic pressure support, and therefore the upgrading hydraulic pressure support for improving efficiency and increasing the underground mining
7、 safety it is extremely important.Key word: The hydraulic support; hydraulic; four-bar linkage; coal mining; support type choice; push forwards the conveyer; advancing the powered support河南理工大学万方科技学院本科毕业论文III目录目录 .I前 言 .11 绪论 .21.1 液压支架发展历史 .21.2 我国液压支架的发展 .41.3 液压支架的组成和分类 .51.3.1 液压支架的组成 .51.3.2 液压
8、支架的分类及特点 .61.4 液压支架的工作原理 .81.5 液压支架的支护方式 .111.6 支架选型的基本参数 .121.6.1 对液压支架的基本要求 .121.6.2 设计液压支架必需的基本参数 .122 液压支架的总体设计 .142.1 液压支架参数的确定 .142.1.1 初撑力 .142.1.2 移架力与推溜力 .142.1.3 支架调高范围 .142.1.4 中心距和宽度的确定 .152.1.5 底座长度 .152.2 四连杆机构设计 .162.3 顶梁长度的确定 .172.3.1 支架工作方式对支架顶梁长度的影响 .172.3.2 配套尺寸对顶梁长度的影响 .182.3.3 顶
9、梁长度计算 .182.4 立柱及柱窝位置的确定 .202.4.1 立柱数 .202.4.2 支撑方式 .202.4.3 立柱的设计 .212.4.4 立柱柱窝位置的确定 .222.5 平衡千斤顶位置的确定 .26河南理工大学万方科技学院本科毕业论文IV2.5.1 平衡千斤顶安装位置的确定原则 .262.5.2 平衡千斤顶在顶梁上位置的确定 .272.6 主要轴销间隙及其影响 .313 液压支架的主要部件的设计 .333.1 顶梁 .343.2 掩护梁 .343.3 前、后连杆 .353.4 底座 .353.5 立柱 .363.6 千斤顶 .363.6.1 推移千斤顶 .363.6.2 平衡千斤
10、顶 .373.6.3 侧推千斤顶 .373.7 侧护板 .384 液压支架受力分析和计算 .404.1 液压支架基本技术参数的确定 .404.1.1 立柱的初撑力和泵站额定工作压力 .404.1.2 千斤顶技术参数确定 .414.2 支架受力分析与计算 .424.2.1 铰接式顶梁掩护支架 .434.2.2 顶梁载荷分布 .444.2.3 支护强度计算 .454.2.4 底座接触比压计算 .464.2.5 支护效率 .475 主要零、部件的强度校核 .485.1 校核的基本要求 .485.2 强度校核 .496 液压支架的液压系统设计 .566.1 液压支架的液压系统简介 .566.2 液压支
11、架的液压系统拟订 .576.2.1 立柱系统 .576.2.2 千斤顶系统 .586.2.3 控制阀的选择 .597 结论 .61河南理工大学万方科技学院本科毕业论文V致谢 .62参考文献 .63河南理工大学万方科技学院本科毕业论文1前 言煤炭是我国常规能源的主体，随着国民经济的发展，煤炭的需要量越来越大。为了加速我国煤炭工业的发展，必须实现综合机械化采煤。在综采工作面，液压支架是中国综采工作面最主要的技术装备之一，也是国产综采工作面装备中生产量最大的产品 。因此，正确、合理地设计液压支架，以适应不同地质条件的采煤工作面需要就成为十分重要的环节。从采煤设备的发展过程和趋势来看，采用液压支架管理
12、顶板是当代采煤技术史上的一次重要的变革，也是煤矿现代化的主要标志。液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之一，其重量约占综采设备总重量的80%90%，其费用约占综采设备总费用的 70%左右。因此，为了降低成本，提高采煤的经济效率，世界各主要产煤大国都一直在积极地开展液压支架的研究。为了适应煤层厚度 1.52 米，老顶级,直接顶 1 级，设计了ZY167913 23 型掩护式液压支架。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文21 绪论1.1 液压支架发展历史在过去的半个世纪中，煤矿井下开采支护设备的设计和使用发生了巨大的变化。其中，最引人注目的是，世界范围内广泛采用液压支架作为长壁开采支护工程（Lon
13、gwall Mining Support Engineering）的主要设备。历史地来看，大约在四五十年前回采工作面还是使用木支柱。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等快速采煤机械的使用，木支柱既不能对顶板提供足够大的支护阻力，其支设和回收亦很难满足连续采煤的要求。于是，刚性木支柱被可压缩性摩擦和液压支柱所代替，并以支柱加铰接顶梁的结构形式支护回采工作面。大约在同一时期，为了支护工作面及其端头的冒落顶板，英国研制出垛式支架。它主要由安装在矩形整体底座上的立柱和顶梁组成。1954 年 5月，几套四柱垛式液压支架安装在英国奥尔蒙德（Ormonde）煤矿的低主煤层（Low Main Seam） ，工作
14、效果很好。几个月后，该煤层的整个工作面都装备的这种支架。这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。从此，开辟了煤炭工业的新时代。1958 年，法国试验成功了节式支架。节式支架类似于支柱加横梁的支护系统。它由底座上并排二根或三根液压支柱支撑一个顶梁组成。一个液压千斤顶连接在工作面输送机上，用来随工作面的推进而推移输送机。五十年代末，为开采煤层厚度超过 2m 的松散和破碎顶板条件下的褐煤，前苏联开始研制掩护式液压支架，并于 1961 年在阿尔斯科拖（Earls Court）举办的贸易展览会上展出了 OMKT 型掩护式支架。这种支架顶梁很短，仅 0.8m，并与掩护梁铰接，单根朝前倾斜液压立柱连接着掩
15、河南理工大学万方科技学院本科毕业论文3护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时，顶梁端点相对于煤壁做圆弧运动。这样，不仅影响支架的承载能力，而且端面距变化很大，不利于顶板的维护。但比起垛式和节式支架，掩护式液压支架能有效的控制顶板，防止开采过程中矸渗入工作面，工作性能很好。为了保持顶梁端点相对于煤壁作近似的直线运动，在 OMKT 型掩护式支架的基础上作了许多改进：利用支座滑架，即把支撑掩护梁的支座利用千斤顶沿滑架向前移动一个位置，以补偿由于立柱升高时端面距加大的差值。利用伸缩顶梁，即当立柱升高时，在顶梁里利用千斤顶将顶梁伸出，以保持端面距基本不变。将四连杆机构引入支架结构设计中，研制出具有四
16、连杆机构的液压支架，不仅从根本上解决了端面距变动大和支架不能承受水平力的问题，而且开辟了液压支架设计的新时代。1964 年，英国国家煤炭局（NCB:National Coal Board）实施的液压支架试验规范；1965 年，FC Dobson 等人研制的刚性底座都促进了液压支架的进一步发展。60 年代末和 70 年代初，随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加，支架结构也发生了巨大变化。长顶梁、二柱、三柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。并且，为适应底板不平，底座采用分离铰接式结构；对于松软底板，为减小底板比压，采用了接触面积较大的底座；为防止碎矸窜入采区，采用了各种防窜矸的掩护装置。
17、1974 年，NCB 实施的“高科技采煤工程（Advanced Technology Projects） ”推动了液压支架及采煤设备的进一步发展。这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时，必须采用最先进的设备和开采工艺，以提高煤炭产量和改善作业环境。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文4进入 70 年代和 80 年代，液压支架又有了新的发展。顶梁不仅实现了“立即前移支护（IFS） ”，而且整个支架安装了电液控制系统实现微机控制与操作。1981 年杜塞尔多夫采矿展览会上，展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架，并研制出采高为 6m 的大采高支架及放顶煤支架；对于坚硬岩层设计了强力液
18、压支架等。1.2 我国液压支架的发展我国研制液压支架起步不算晚。1959 年 10 月，原北京矿业学院设计了三种液压支架。1961 年设计了“本溪-型”支架，并制造出样机进行井下试验。1965 年，北京煤炭科学院和郑州煤矿机械厂协作制造出仿英支架。1967 年，太原煤炭研究所首先研制出四组迈步式支架，经修改后于1972 年由郑州煤矿机械厂制造，并进行井下试验。1970 年又为大同矿务局设计了 TZ-140 型支架，在此基础上研制出 TZ-1 支架，开发了 TZ-IB、TZ- 、TZ-、TZ- 和 TZ-型等液压支架。1973 年，北京煤矿机械厂生产出第一套 BZZ 垛式支架，在阳泉矿务局使用。
19、中国煤机行业从六十年代末开始进行液压支架的研究和开发工作。七十年代，在原国务院领导同志关于 “引进、消化、吸收、提高” 方针的指导下，和科研院所一起，共同研究国外液压支架的设计与制造技术，并结合中国煤层地质条件的复杂性和多样性，和煤矿企业一起，先后研制了：适用于中厚煤层开采 的 ZY、 QY 系列产品；适用于坚硬顶板的 ZZ 系列支架。随着放顶煤技术在煤矿推广应用，郑州煤机厂、北京煤机厂和煤科总院北京开采所、太原分院及其他科研单位，又共同研制和开发了 ZFS、 ZFD 系列放顶液压支架产品；为适应厚煤层分层开采的实际需要，研制和开发了出ZZP、ZZPL、ZYP 系列铺网支架等产品 。目前，以郑
20、州煤机厂、北京开采所、太原分院和北京煤机厂为主要设计和制造力量的液压支架的科研 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文5和制造企业已经能够根据中国煤矿企业的需要，设计和生产出支撑高度0.65m，工作阻力为 1200- 10000KN，工作面倾角在 3045 以下，移架速度在 1216s 范围内的各种掩护式、支撑掩护式、放顶 煤和铺网液压支架。目前，国产液压支架在中国煤矿综采工作面液压支架总量的比例已达 94%。 1.3 液压支架的组成和分类1.3.1 液压支架的组成液压支架是综采工作面支护设备，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。液压支架的种类很多，但其基本功能是相
21、同的。液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系“般分为三大类，即支撑式、掩护式(图 1-2)和支撑掩护式，根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为 4 个部分：1) 承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。2) 液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。3) 控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。4) 辅助装置，如推移装置、护帮(或挑梁)装置、伸缩梁(或插板)装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。
