1、 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计说明书I摘要本课题主要阐述了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。由于设计煤层适中，选用掩护式液压支架。煤层厚度介于 2.53.8m 之间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大且抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。支架采用正四连杆机构，以改善支架的受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用单伸缩液压缸，前端带有加长杆，以满足支架最低及最高位置时的高度要求。在研制液压支架时，需要对支架进行生产试验和分析研究，确定合理的液压支架受力参数、运动参数和结构参数，以及选定液压支架最佳方案等方面
2、综合性的科学技术问题。关键词：液压支架；顶梁；底座；立柱；结构设计河南理工大学万方科技学院本科毕业设计说明书IIABSTRACTThis paper mainly describes the design process of hydraulic support. Design elements include : chooses, overall design, main spare part design, the main spare part examination and the hydraulic system design.Due to the design of coal se
3、am is moderate, selection of shield type hydraulic support. Coal seam thickness between 2.53.8m, coal seam thickness change is bigger, selection of high and wide range of horizontal thrust is strong and the slope protecting device of shield support. The support uses the four bar linkage mechanism, i
4、mproves the support stress condition. Top beam, a shield beam, a base are made into a box body structure; the column uses the single telescopic hydraulic cylinder, front end with a lengthened rod, to meet the minimum and maximum position bracket height requirements.In the research of hydraulic suppo
5、rt, the need for support for production testing and analysis, to determine a reasonable hydraulic support force parameters, motion parameters and structure parameters, and selected the best scheme of hydraulic support and other aspects of comprehensive science and technology issues.Keyword: Hydrauli
6、c pressure support；Top beam；Cradle 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计说明书III目 录一 前言 .1二 液压支架基本理论分析 .22.1 液压支架的工作原理 .22.1.2 支架推移 .22.1.3 支架承载过程 .32.2 液压支架的类型和结构 .52.2.1 支撑式支架 .52.2.2 掩护式支架 .52.2.3 支撑掩护式支架 .62.2.4 特种液压支架 .62.3 对液压支架的基本要求有以下几条 .72.4 支架的选型设计 .72.4.1 设计的原始条件 .72.4.2 支架的支护性能与外载荷 .82.4.3 影响架型选择的因素 .82.4.4
7、支架架型的确定 .9三 液压支架的整体结构设计 .113.1 支架高度、中心距的确定 .113.1.1 支架高度的确定 .113.1.2 支架伸缩比 .113.1.3 支架间距 .113.2 底座长度的确定 .123.2.1 底座长度 .123.2.2 底座宽度 .123.3 四连杆机构的设计 .133.3.1 四连杆机构的作用与缺点 .133.3.2 四连杆几何特征 .143.3.3.四连杆机构各部尺寸的确定 .143.4 顶梁长度计算 .193.4.1 支架工作方式对顶梁长度的影响 .203.4.2 顶梁长度计算 .20四 支架主要部件的设计 .224.1 支架主要部件的设计要求 .224
8、.2 顶梁的设计 .234.3 底座的设计 .244.3.1 液压支架的底座 .244.4 支架技术参数和立柱的设计 .24河南理工大学万方科技学院本科毕业设计说明书IV4.4.1 支护面积 .244.4.2 支护强度 .254.4.3 确定立柱的技术参数 .254.4.4 安全阀压力与立柱工作阻力的确定 .274.4.5 支护效率 .304.4.6 底座接触比压 .304.5 立柱柱窝位置和受力计算 .314.5.1 立柱布置 .314.5.2 立柱柱窝位置的确定 .314.6 千斤顶技术参数的确定 .344.6.1 推移千斤顶 .344.6.2 平衡千斤顶在顶梁上位置的确定 .354.6.
9、3 侧推千斤顶位置的确定 .38五 支架受力分析与计算 .395.1 支架工作状态 .395.1.1 顶板状态 .395.1.2 支架工作状态 .405.1.3 支架受力 .405.2 受力计算 .405.3 顶梁载荷分布 .44六 液压支架的强度校核 .466.1 强度条件 .466.2 主顶梁的校核 .466.2.1 主顶梁的弯距计算 .466.2.2 主顶梁的强度计算 .476.2.3 安全系数 .486.3 掩护梁强度校核 .496.3.1 掩护梁受力情况 .496.3.2 掩护梁强度计算 .506.3.3 安全系数 .516.4 底座强度校核 .516.5 立柱强度校核 .556.5
10、.1 预算缸筒内径和缸壁厚度 .556.5.2 计算重叠长度 .556.5.3 各段的弯矩 .576.5.4 加长杆强度核算 .586.5.5 活柱强度核算 .596.5.6 缸体强度核算 .60七 液压系统设计 .62河南理工大学万方科技学院本科毕业设计说明书V7.1 立柱和千斤顶 .627.2 支架液压阀 .637.2.1 液控单向阀 .637.2.2 安全阀 .647.2.3 操纵阀 .647.2.4 液压支架液压阀的密封技术分析 .657.3 液压支架液压原理图 .667.4 液压支架的控制方式 .677.4.1 手动控制 .677.4.2 自动控制 .687.5 液压系统安装、调试、
11、保养 .687.5.1 安装： .687.5.2 调试： .777.5.3 保养： .787.6 液压系统的设计方法 .79八 结论 .80参 考 文 献 .81致谢 .82附录 .83外文资料与中文翻译 .83.河南理工大学万方科技学院本科毕业设计说明书1一 前言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
12、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。液压支架是一高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。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。液压支架与可弯曲输送机和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。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。河南理工
13、大学万方科技学院本科毕业设计说明书2二 液压支架基本理论分析2.1 液压支架的工作原理液压支架在工作过程中，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，通过工作面性质不同的几个液压缸来完成的，如图 2.1 所示。图 2.1 液压支架工作原理1顶梁；2立柱；3推移千斤顶；4安全阀；5单向筏； 6、7操纵阀；2.1.1 支架升降当操作阀处于升柱位置时，从乳化液泵站来得高压液体通过操纵阀液控单向阀 5 进入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀处于降柱位
14、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。2.1.2 支架推移河南理工大学万方科技学院本科毕业设计说明书3支架的前移和推移输送机是通过操纵阀和推移千斤顶 3 来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀置于移架位置，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。2.1.3 支架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
15、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。此时支架对顶板的支撑力为初撑力。(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
16、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成为工作阻力，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。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计说明书4由上可知，支架工作时，其支撑力与时间的关系，可用支架工作特性曲线表示，如图 所示，曲线上的 、 、 分别表示支架的初撑、增阻、0t13t和恒阻阶段的时间。上述工作过程表明：支架在达到额定工作阻力以前具有增阻性，以保证支架对顶板有效的支撑作用；当支架达到额定工作阻力以后，支架能随顶板的下沉而下缩，即具有可缩性和恒阻性，支架的工作特性决
17、定于立柱、液控单向阀、安全阀和操纵阀的性能和密封的好坏。所以这些元件是支架的关键液压元件通常液控单向阀和安全阀组合在一起，称为控制阀。支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它表示支架支撑力的大小。但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。因此，通常单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。即(式 2.1)FPq310Ma河南理工大学万方科技学院本科毕业设计说明书5式中 支架的支护面积，F2m2.2 液压支架的类型和结构液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点的不同，分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三种基本架型。2.2.1 支撑式
18、支架支撑式支架是出现最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同，支撑式支架又分为垛式支架和节式支架两种结构型式。垛式支架每架为一整体，与输送机联接并互为支点整体前移。节式支架由 23 个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移，输送机用与支架相连的推移千斤顶推移。节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。支撑式支架的结构特点是：顶梁较长，其长度多在 4 左右；而且立m柱多，一般 46 根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置。以平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内。支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的工作空间和通风断面大。由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。2.2.2 掩护式支架掩护式支架的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区的矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用于顶梁或直接作用于顶梁上。掩护式
