机械毕业设计(论文)ZZ120002540支撑掩护式液压支架设计【全套图纸】.doc
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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书(毕业论文)题 目:支撑掩护式液压支架设计学生姓名:学 号:200540401317专 业:机械设计制造及自动化班 级:机20053班指导教师:摘 要 本论文主要设计了普通型支撑掩护式液压支架。设计内容包括: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。煤层厚度介于 2.73.8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。推移千斤顶采用框架结构,以减少推溜力和增大移架力
2、。 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。全套图纸,加153893706关键词:液压支架;液压系统;四连杆机构;立柱 Abstract The thesis is mainly for design of general shielded roof support. It covers overall design, main components design, and verification of main compontents and design of hydraulic system. The shielded roof support is selected
3、 for 2.7-3.8 of seam height. If the seam height varies a lot, it should select shielded roof support with wide adjustable height range and horizontal push resistant. The support uses the four-bar linkage, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the pa
4、cked in a box body structure; The post support uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the portal frame construction, reduces pushes slides the strength
5、 and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof, uses the mushroom valve hydraulic system. Key word: Roof support; Hydraulic system; Four-bar linkage; Post support目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 液压支架的用途11.2 液压支架的分类11.3 液压支架的工作情况介绍31.4 液压支架的设计依据4第二章 液压
6、支架的结构及原理52.1 液压支架的组成52.2 液压支架的工作原理7第三章 液压支架整体结构尺寸的确定93.1 整体结构的确定93.1.1 支架高度和支架伸缩比93.1.2 支架间距93.1.3 底座长度103.2 四连杆机构的作用及几何特征103.2.1 四连杆机构的作用103.2.2 四连杆机构的几何特征103.2.3 掩护梁和四连杆长度的确定123.3 顶梁的确定163.3.1 配套采煤机和刮板输送机型号163.3.2 支架工作方式对支架顶梁长度的影响163.3.3 配套尺寸对顶梁长度的影响173.3.4 顶梁长度计算183.3.5 顶梁宽度183.4 通风断面的验算18第四章 液压支
7、架的部件设计204.1 顶梁204.2 掩护梁和四连杆结构214.2.1 掩护梁214.2.2 四连杆机构224.3 底座244.4 立柱264.4.1 立柱264.4.2 液压缸基本参数的确定274.4.3 液压缸的稳定性30第五章 液压支架受力分析与计算325.1 液压支架工作状态325.1.1 顶板状态325.1.2 液压支架的工作状态325.1.3 支架受力325.2 计算载荷的确定335.3 液压支架的受力分析335.3.1 取顶梁为分离体345.4 顶梁载荷分布375.5 底座接触比压计算385.5.1 底座载荷分布385.5.2 底座对底板的平均比压395.5.3 底座接触比压3
8、95.6 支护效率41第六章 液压支架的强度设计436.1 液压支架在强度设计时的强度条件436.2 液压支架各结构件强度校核456.2.1 顶梁强度校核456.2.2 立柱强度校核496.2.3 底座强度校核52第七章 液压系统的设计567.1 液压系统567.2 立柱和千斤顶577.3 液压阀58结束语60参考文献61致 谢62第一章 绪论1.1 液压支架的用途液压支架是综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板,隔离采空区,防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用,实现采煤综合机械化,解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾,进一步改善和提高采煤
9、和运输设备的效能,减轻煤矿工人的劳动强度,最大限度保障煤矿工人的生命安全。 液压支架作为煤矿综采机械化采煤设备(液压支架、可弯曲输送机和采煤机)的重要组成设备之一;在生产过程中,液压支架的性能的好坏将直接影响煤矿生产的质量,特别是生产过程中对人员的安全保障问题是极为重要的。因此,性能优良的液压支架技术上先进、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。1.2 液压支架的分类液压支架的种类很多,分类的依据和方法各不相同。 按支架与围岩的相互作用关系分:可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三大类。 支撑式液压支架是一个在底座上放置几根立柱支撑顶梁,通过顶梁支撑顶板的简单结构
10、基础上发展起来的,它是世界上发展最早的液压支架。典型的支撑式液压支架,其顶梁较长,立柱较多,靠支撑作用维护一定的工作空间,而顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。架厚的挡矸帘只起着碎矸石从采空区涌入工作面的作用。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,基本顶周期压力明显或强烈,底板较坚硬的煤层。 掩护式液压支架 掩护式液压支架是利用立柱、顶梁与掩护梁支护顶板和防止岩石落入工作面。这类支架的顶梁较短,多数支架的立柱只有一排,一般仅有12根,多呈倾斜布置,与掩护梁连接或直接连接在顶梁上。这类支架的支撑力小,但掩护性能和稳定性较好,调高范围大,对破碎顶板的适应性较强,适应于
11、支护部稳定或中等稳定的松散破碎顶板。 支撑掩护式支架 支撑掩护式支架是支撑式支架和掩护式支架相结合的一种架型,以支撑为主,但同时又具有掩护作用。这种支架采用了支撑式支架双排立柱支撑顶梁的结构形式,保证了支撑式支架支撑力大,切顶性能好,工作空间宽敞的优点,采用了掩护式支架坚固的掩护梁以及侧护板将工作面与采空区完全隔离开的结构形式,保留了掩护式支架防护性能好,结构稳定的长处。因此,支撑掩护式支架适用于直接顶中等稳定或稳定,基本顶周期来压明显或强烈瓦斯涌出量较大的煤层。 按支架移动方式分:整体自移式液压支架,迈步移动式液压支架。 根据使用地点分:液压支架按使用地点的不同可分为工作面支架和端头支架两类
12、。1.3 液压支架的工作情况介绍 图11 综采工作面图11所示为液压支架在工作面的布置示意图。每个工作面一般由采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、乳化液压站和油管等主要设备组成。为了实现顶板即时支护,采用即时支护的方式。采煤机每切割一刀,液压支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四个主要动作过程。随着采煤机割煤的继续,工作面液压支架不断重复上述四个主要动作过程。从而对顶板进行即时支护,防止顶板冒落,保持一定的作业空间,确保综采工作面人员和设备的安全,实现顶板管理及采煤作业过程机械化,提高采煤工作效率。1.4 液压支架的设计依据支架参数:支撑高度:2.5/4.0(m);有效工作阻力和初撑力:960
13、0/ 7990(KN)。顶压、煤层高度(即厚度)、煤层倾斜度、顶板性质,底板强度及平整性、瓦斯含量、年产量等。1.顶压:顶压是设计支架承载能力的依据,承载能力安全系数一般取1.2。2.煤层高度:它与支架设计的最大支撑高度有关。若是中厚煤层(1.335m),或较薄的厚煤层(3.54.5),一次采全高;或较厚的厚煤层(4.5m以上),分层开采,设计支架的最大支撑高度应大于采高。若厚煤层采用放顶煤开采方式,则支架设计的最大支撑高度只许大于采高即可。3煤层倾斜度:煤层倾斜角度过大时,支架应设置防滑防倒装置。4顶板性质:顶板的性质影响架型选择。一般情况下,稳定顶板选用支撑式支架;中等稳定顶板选用支撑掩护
14、式支架;不稳定顶板选用掩护式支架。5底板强度及平整性:它与移架的顺利与否有关。因此涉及到支架底座的结构形式、底座作用于底板合力的位置(即与支架架型和支架整体结构布局有关)和推移千斤顶设置形式等。6瓦斯含量:若瓦斯含量大,必须考虑支架的通风断面也要大。7年产量:年产量涉及到采煤机的开采能力和运输机的运输能力(即选择适当型号的采煤机和运输机),因此设计支架的几何参数也应与之相应配套。第二章 液压支架的结构及原理2.1 液压支架的组成液压支架一般有结构件、执行元件、控制元件和辅助装置四大部分组成。 承载结构件 顶梁直接与顶板相接触并承受顶板载荷的支架部分叫顶梁。支架通过顶梁实现支撑、管理顶板功能。顶
15、梁一般由两种结构形式:一种为整体顶梁,另一种为分段顶梁。 掩护梁阻挡采空区冒落的干湿窜入工作面并承受采空区冒落矸石的载荷和承受顶板通过顶梁传递的水平推力的部件叫掩护梁。掩护梁是掩护式和支撑掩护式支架的特征部件之一。 前后连杆前后连杆只有掩护式和支撑掩护式支架才安设。前后连杆与掩护梁、底座组成的四连杆机构,即可承受支架的水平分力,又可使掩护梁的铰接点在支架的调高范围内做近似的直线运动,使支架的梁端距基本保持不变,从而提高了支架控制的可靠性。 底座直接与底板相接触,承受立柱传来的顶板压力并将其传递至底板的部件叫底座。支架通过底座与推移装置相连,以实现自身前移和推移输送机前移。侧护板侧护板的作用是:
16、a.消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙,防止冒落矸石进入支护空间;b.作为支架移架过程中的导向板;c.防止支架降落后倾倒;d.调整支架的间距。 执行元件执行元件包括立柱和各种千斤顶。当支架设置防倒防滑装置时,还设有各种防倒、防滑千斤顶和调架千斤顶。 控制元件液压支架的液压系统中所使用的控制元件主要有两大类:压力控制阀和方向控制阀。压力控制阀主要有安全阀;方向控制阀主要有液控单向阀、操纵阀等。 辅助装置辅助装置包括推移装置、挡矸装置、复位装置、护帮装置、防倒防滑装置等。 推移装置推移装置是实现支架自身前移和刮板输送机前移的装置,由连接头、框架、推移千斤顶组成。 挡矸装置挡矸装置由悬挂在顶梁后
17、端的挡矸帘或挡矸板构成,其作用是防止矸石从采空区涌入工作面。 复位装置复位装置是支撑式支架的特征装置。安设复位装置的目的就是为了使支架立柱保持在垂直于顶板的正确位置,使支架的结构稳定,具有抵抗顶板水平分力的能力。 护帮装置设护帮装置的目的在于防止煤壁片帮或在片帮时互帮板起到遮蔽作用,避免砸伤工作人员或损坏设备。护帮装置安设在支架顶梁前端,由护帮板和护帮千斤顶组成。 防倒防滑装置在煤层倾角较大(一般在15以上)时,支架需加设防倒防滑装置,以免支架降落或前移时倾倒或下滑。防滑装置一般安设在两相邻支架的底座侧面,防倒装置一般安设在两相邻支架的顶梁侧面。2.2 液压支架的工作原理 图1-1 液压支架工
18、作原理1输送机; 2推移千斤顶; 3立柱;4安全阀; 5液控单向阀; 6操纵阀液压支架在工作过程中,必须具备升、降、推、移四个基本动作,这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成。如图1-1所示。 升柱当需要支架上升支护顶板时,高压乳化液进入立柱的活塞腔,另一腔回液,推动活塞上升。使活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。 降柱当需要降柱时,高压液进入立柱的活塞杆腔,另一腔回液,迫使活塞杆下降,于是顶梁脱离顶板。 支架和输送机前移支架和输送机的前移,都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时,先降柱卸载,然后高压液体进入千斤顶的活塞杆腔,另一腔回液,以输送机的为支点,
19、缸体前移,把整个支架拉向煤壁;当需要推输送机时,支架支撑顶板后,高压液进入千斤顶的活塞腔,另一腔回液,以支架为支点,使活塞杆伸出,把输送机推向煤壁。支架的支撑力与时间的曲线,称为支架的工作特性曲线,如图1-2所示。支架立柱工作时,其支撑力随时间的变化过程可以分为三个阶段。支架升柱时,此阶段为初撑阶段t;此时支架的初撑力为: P=D pn(KN) (1.1) 式中 D支架立柱的缸径,m; p泵站的工作阻力,Mpa; n支架立柱的数量。立柱收缩,此阶段为恒阻阶段t,此时支架的工作阻力为 P= D pn(KN), (1.2) 式中 p支架安全阀的调定压力,Mpa; 其它符号意义同前。支架的工作阻力标
20、志着支架的最大承载能力。第三章 液压支架整体结构尺寸的确定为了满足采煤工艺及地质条件的要求,液压支架要有足够的初撑力和工作阻力,以便有效的控制顶板,保证合理的下沉量。液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100KN左右;移架力按煤层厚度而定,薄煤层一般为100KN150KN,中煤层一般为150KN至250KN,厚煤层一般为300KN400KN。防矸性能要好;排矸性能要好;要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面,从而保证人员呼吸、稀释有害气体等安全方面的要求;为了操作和生产的需要,要有足够宽的人行道;调高范围要大,照明和通讯方便;支架的稳定性要好,底座最大比压要小于规定值;要求支架
21、有足够的刚度,能承受一定的不均匀载荷和冲击载荷。3.1 整体结构的确定3.1.1 支架高度和支架伸缩比 已知设计条件已给出支架的最大支撑高度和最小支撑高度分别为4.0,2.5。由上一章分析和计算知支架的伸缩比是最大与最小高度之比值即:m = H / H = 4.0/2.5= 1.6 (3.1)3.1.2 支架间距所谓支架间距,就是相邻两支架中心线间的距离,按下式计算 b=B+nc (3.2)式中 b支架间距(支架中心距),B每架支架顶梁的总宽度,c相邻支架(或框架)顶梁之间的间隙, n 每架所包含的组架或框架数,整体自移式支架n = 1;整体迈步式支架n = 2。 支架间距b要根据支架型式来确
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