1、摘 要本论文主要阐述了一般支撑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（掩护梁和推移千斤顶）的设计及其强度校核。由于该煤层厚度适中，选用支撑掩护式液压支架。支撑高度介于1.73.5m之间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大抗水平推力强且带护帮装置的支撑掩护式支架。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；立柱采用单伸缩双作用的液压缸，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。关键词：液压支架；支架选型；四连杆机构；掩护梁；推移千斤顶iv目 录摘
2、 要I绪 论1第1章 概述21.1选题目的与意义21.2液压支架在综采中的地位和作用21.3液压支架的发展史、使用现状和发展趋势21.3.1液压支架发展史21.3.2液压支架的使用现状31.3.3我国液压支架发展现状31.3.4液压支架的研究现状41.3.5液压支架发展趋势5第2章 液压支架的工作原理和分类72.1液压支架的工作原理72.2液压支架的分类及其特点82.3液压支架的基本结构112.3.1承载结构件112.3.2 液压缸12第3章 液压支架的架型选择143.1液压支架设计的原始条件143.2液压支架的基本要求143.3设计液压支架必须的基本参数143.4液压支架的支撑力与承载关系1
3、53.4.1支撑式液压支架的特点和支撑力分布153.4.2掩护式液压支架的特点和支撑力分布153.4.3支撑掩护式液压支架支撑力分布与承载的关系及适用范围163.5液压支架的选型原则173.6液压支架的选型过程173.6.1顶板分类173.6.2直接顶分类183.6.3老顶分级183.6.4液压支架类型的确定20第4章 液压支架基本参数确定214.1液压支架的高度确定214.2支架伸缩比214.3支架间距214.4底座长度214.5配套尺寸224.5.1生产能力的配套224.5.2性能配套224.5.3几何关系的配套22第5章 支架各部件的结构选择设计245.1支撑掩护式液压支架的整体结构24
4、5.2 顶 梁245.2.1支撑掩护式液压支架的顶梁结构245.2.2支撑式液压支架的顶梁结构245.2.3掩护式液压支架的顶梁结构255.2.4顶梁的断面形状265.2.5顶梁主要尺寸的确定275.3底 座285.4立柱305.4.1立柱的结构305.4.2几种立柱的动作原理305.4.3立柱的布置325.5侧护板325.5.1侧护板的种类325.5.2侧护板的结构形式325.5.3侧护板尺寸的确定335.6 辅助装置345.6.1护帮装置345.6.2挡矸装置345.6.3防滑防倒装置34第6章 掩护梁及四连杆机构的设计计算356.1掩护梁的结构356.2四连杆机构的作用356.3四连杆机
5、构尺寸设计366.4几何作图作图过程386.5掩护梁的受力分析416.6掩护梁的强度校核426.6.1掩护梁的受力分析计算436.6.2 掩护梁的弯矩分析计算46第7章 推移千斤顶的设计计算487.1推移千斤顶的结构和动作原理487.1.1直接连接式的推移千斤顶487.1.2框架连接方式的推移千斤顶487.1.3活塞式推移千斤顶487.1.4活塞杆与输送机的连接497.1.5推移千斤顶缸体与底座连接507.2浮动活塞式推移千斤顶的技术参数的确定507.3强度校核517.3.1活塞杆的强度验算517.3.2缸体的强度验算52结 束 语55参考文献56致 谢57附 录58绪 论综合机械化采煤是煤矿
6、技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。实践证明大力发展综合机械化采煤，研制和使用液压支架是十分关键的。我国液压支架经过30多年的发展，取得显著的成果，至今已能成批制造两柱掩护式和四柱支撑掩护式液压支架，这些系列化液压支架一般用于缓倾斜中厚煤层及厚煤层分层开采。我国煤矿中使用的支架类型很多，按照支架采煤工作面安装位置来划分有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在处工作面断头以外的采煤工作面上所有的位置的液压支架。目前使用的液压支架分为三类。即：支撑式液压支架、掩护式液压支架、支撑掩护式液压支架。从
7、架型的结构特点来看，由于直接类别和老顶级别的不同，所以为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力承载力的关系进行分析使支架能适应顶板载荷的要求。此次设计是对大学所学的知识的综合应用，通过设计使所学知识融会贯通，形成较为清晰的知识构架，强化设计过程的规范性以及对计算机的使用的熟练性。通过此次设计，能够更好的梳理所学的知识，基本掌握机械设计制造及其自动化专业在机械设计方面的工作方法，同时提高独立为完成工作的能力，为以后的工作打下坚实的基础。59第1章 概述1.1选题目的与意义采用综合机械化采煤机械方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭日益增长的需要，必须大量生产综合机械
8、化设备，机械化采煤工作面。而每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层物理机械性质等的不同，对不同液压支架的需求也不同。为了有效的支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸的液压支架。因此，液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类型很多，因此其设计的工作量也是很大的，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。1.2液压支架在综采中的地位和作用在采煤工作面的煤炭生产过程中，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工作正常进行，必须对顶板进行支护，而液压支架是以高压液体作
9、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。液压支架可与弯曲输送机和采煤机组合机械化采煤设备，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。1.3液压支架的发展史、使用现状和发展趋势1.3.1液压支架发展史20世纪50年代英国研制的垛式支架和法国研制的节式支架代替了木支架、金属摩擦支架，开辟了采煤工作面支护设备的技
10、术革命；50年代末，为开采煤层厚超过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年在阿乐斯-科拖举办的贸易展览会上展出了OMKT型掩护式支架。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、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。进入70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”，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
11、年杜赛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6的大采高支架及放顶煤支架；对于坚硬岩层设计了强力液压支架等。1.3.2液压支架的使用现状液压支架的设计、制造和使用，从1854年英国研制成功了液压支架发展到现在，已经基本成熟，已经形成了能适应各种不用煤矿地质条件的各类液压支架。从液压支架的形式来看，有支撑式液压支架发展到掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架；从支架的质量来看，有轻型液压支架、中型液压支架和重型液压支架；从支撑公的来看，有薄煤层液压支架、中厚煤层液压支架和后煤层液压支架，其中厚煤层液压支架又分厚煤层一次采全高液压支架、厚煤层分层开采液
12、压支架和放顶煤液压支架；从用途来看，有端头液压支架和中间液压支架。所以从液压支架的现状来看，液压支架已经发展到一个完整的液压支架体系。从液压支架的设计来看，由过去的手工设计发展到全部计算机程序设计。总之，随着时代的发展和进步，液压支架设计、制造和使用，将越来越完善、安全、可靠。新型营业执照普遍急用卫星微型电机后电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有唯一传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm。为减少割煤时间，一般采用0.81m的截深。支架还采用屈服迁都8001000MPa的钢板，既有较高的强大、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。国外广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为40
13、50MPa，额定流量400500L/min，可实现工作面成组或成排快速移架，移架速度达到68s/架。1.3.3我国液压支架发展现状目前我国煤矿综合机械化开采率达到50%，重点煤矿的综合机械化开采率达到95%。全国液压支架保有量超过1000套。1支架架型品种齐全经过30多年的不断开发和研制，在架型品种方面已能满足国内需要，并部分参与了国际市场的竞争。国内设计、制造了适应各种地质条件和开采工艺方法的支架架型1000多种型号。其中包括二柱掩护式、四柱支撑掩护式一次采全高，分层开采铺网液压支架，放顶煤液压支架，配刨煤机使用的薄煤层电液控支架以及端头、排头、过渡支架。特别是放顶煤液压支架技术，居于世界领
14、先水平。2支架高度、支护能力形成系列以北煤机公司为例，支架支护高度可以从0.5米到6.5米，工作阻力从1800kN到16000kN，已经形成系列。可以满足薄煤层、中厚煤层、特厚煤层的多种开采工艺的需要。3液压组件已经完全本土化液压支架所配套的液压组件包括高压胶管、各种阀类、各种液压千斤顶、密封件，目前已经全部实现国内配套，高端密封国内配套率已超过了50%，国产电液控制系统的国产化率也超过了60%。4加工手段基本成熟 在加工手段方面，从结构件的加工制造，到立柱、千斤顶、液压阀的制造，均已形成较成熟的工艺规范。5液压支架整体技术达到世界先进水平普通液压支架与世界先进国家相当。大采高强力液压支架稍微
15、差点。放顶煤液压支架处在领先地位。1.3.4液压支架的研究现状在已有液压支架设计与应用经验的基础上，研究液压支架的智能化设计方法及支架结构与参数的优化，广泛利用CAD技术进一步提高液压支架设计的科学性、可靠性和结构性能的优化。1研究使用三维实体设计及有限元分析方法分析支架的应力分布，最大限度的减轻支架的重量。2研究特殊煤层使用的液压支架，以适应不同的开采条件。如采高超过6.0米的大采高液压支架，采高低于1.0米的薄煤层液压支架，倾角大于40的大倾角液压支架等。3研究新型控制系统和元件，提高系统的反应速度和使用寿命。4研究新型密封形式和密封材料，提高立柱、千斤顶的可靠性和使用寿命。5研究高强度高板的焊接工艺，提高液压支架结构件的强度和可靠性。目前，国内抗拉强度等于800MPa高强度钢板已大量使用，抗拉强度等于1000MPa高强度钢板的焊接工艺已基本成熟，已在部分液压支架上使用
