毕业设计(论文)液压支架设计.doc
《毕业设计(论文)液压支架设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)液压支架设计.doc(112页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1 绪论我国煤炭储量十分丰富,1979年世界能源会议估计我国煤炭资源为15000亿吨,其中煤层厚度大于3.5米的厚煤层占40%左右。从采煤工艺看,我国1972年开始装备综合机械化采煤,至1990年已经达到29.8%。当时对厚度在3.55米的煤层多采用一次采全高工艺,特别是大采高支架,平均单产可超过3万吨,最高超过6万吨,最高月产142211吨。然而,对于厚度大于5米的特厚煤层的开采,存在着产量低、效率低、劳动强度大、安全差等问题,尽管分层开采技术较为成熟,但其成本高、工序多,影响效率。1.1液压支架发展历史历史地来看,大约在四五十年前回采工作面还是采用木支柱。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等
2、快速采煤机的使用,木支柱既不能对顶板提供足够大的阻力,其支设和回收亦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。1954年,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。几个月后,英国奥尔蒙德煤矿的低主煤层的整个工作面都装备了这种支架。这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。从此,开创了煤炭工业的新时代。1958年法国试验成功了节式支架。五十年代末,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。这
3、种支架顶梁很短,仅0.8m,并与掩护梁铰接,单根朝前倾斜液压支柱连接着掩护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时,顶梁顶点相对于煤壁作圆弧运动。这样,不仅影响了支架的承载能力,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,掩护式支架能有效的控制顶板,防止开采过程中矸石渗入工作面,工作能力很好 。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:1.利用支架滑架,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。2.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。3.
4、将四连杆机构应用于支架结构设计之中,研制出具有四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。4.1964年,英国国家煤炭局实施液压支架试验规范;1965年,F.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、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。1974年,英国国家煤
5、炭局实施的“高科技采矿工程”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。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也不算晚。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
6、,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,太原煤炭研究所首次研究出四组迈步式支架,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-支架,开发了TZ-IB、TZ-、TZ-、TZ-和TZ-型等液压支架。1973年,北京煤矿机械机械厂生产出第一套BZZ垛式支架,在阳泉矿务局使用。它是发展我国液压支架的起点。此外,有关院校、研究所和制造厂合作,还研制出一批较有成效的液压支架,如ZY-3、WKM-400、BZZB、KD-280和FX-440等。这些液压支架由于受到多
7、种因素的限制,虽然使用效果不佳,几乎全被淘汰,但为后来研制和开发更好的架型提供了宝贵的经验。1974年和1979年,我国先后从英国、原联邦德国、波兰三国的五大公司进口了48套和100套综采设备。国外先进支架的引进,促进了国产液压支架设计和制造水平的明显提高。到1983年末,全国在籍的各类支架共31990架。其中,国产支架64套,其性能质量和使用效果都是早期支架所不能比拟的。从70年代至今,光煤炭科学研究总院北京开采所共研制出30余种不同结构型式的液压支架。架型包括:支撑式、掩护式和支撑掩护式,还有特殊采煤工艺用液压支架,如放顶煤支架,水砂填充支架及端头支架等。其中,20多种支架已通过鉴定,五种
8、支架获奖。总之,我国液压支架是从50年代末开始着手研制,经历可研制试验、引进、仿制和改进创新等阶段,直到现在的独立设计阶段。目前,除液压支架电液控制和支架计算机辅助设计与绘图方面落后于国外,其他方面均以达到国外同期水平。1.3放顶煤开采工艺及放顶煤液压支架放顶煤综采近年来在我国得到迅速的发展。放顶煤综采技术的推广使用,扩大了综合机械化开采的使用范围,简化了矿井的采掘系统和生产组织,大幅度地提高了综采工作面的劳动生产率和产量,降低了煤炭的生产成本,在煤矿生产上取得了显著的技术和经济效益。 1.3.1放顶煤采煤方法的发展放顶煤采煤方法,就是在开采煤层的底部,或在特厚煤层中部位置,布置采煤工作面,利
9、用工作面矿山压力的作用或辅以爆破等方法,将顶煤破碎并促使其垮落,而后将垮落的顶煤由工作面后方或工作面支架前方放出。放顶煤采煤方法在很早以前就用于开采厚煤层。如我国以前使用过的高落式采煤法就属于这种采煤方法。在当时,放顶煤开采是不正规的,完全手工式的,而且煤炭损失特别大,长期以来受到严格限制。还有仓储式采煤法、仓房式采煤法也都属于早期的放顶煤开采方法。随着煤炭开采技术的发展,特别是煤矿支护设备的发展,放顶煤采煤法已经发展成为一种正规的采煤方法。放顶煤开采方法的应用条件,也由开采残留煤柱、极不稳定的特厚煤层,发展到稳定的各种倾斜煤层的常规工作面,特别是赋存稳定的长臂工作面的开采。放顶煤开采方法按工
10、作面的巷道布置方式可分为:缓倾斜、倾斜特厚煤层预采顶分层煤(铺网或不铺网)放顶煤开采法;缓倾斜、倾斜特厚煤层预采中间层放顶煤采煤方法;缓倾斜、倾斜特厚煤层一次采全厚放顶煤采煤法;急倾斜特厚煤层水平分段放顶煤采煤法。按放顶煤工作面的回采工艺方式可分为:炮采放顶煤开采;普通机械化放顶煤开采;综合机械化放顶煤开采。放顶煤工作面的机械化程度与普通的采煤工作面一样,也经过了缓慢的发展过程。其主要体现在落煤、支护、放顶煤和运煤等方式四个方面。落煤方式由手镐、风镐、炮采发展为机采(采煤机或刨煤机);支护方式由木支护、金属摩擦支柱、单体液压支柱、滑移顶梁支架发展为放顶煤液压支架;放煤方式由手工落、装发展为双输
11、送机。回采巷道内运输也由运量较小的刮板输送机发展为运量大、运距长的带式输送机运煤;工作面的作业方式也由采、放轮流作业,发展为采、放平行作业,大大提高了工作面的产量和效率。下面重点介绍低位放顶煤综采:低位放顶煤综采的显著特征是支架的放煤口位置低、尺寸大。而且是连续的,多为插板式,无脊背煤炭损失,支架的四连杆机构置于支架中间,后输送机置于支架拖板上或直接在底板上。低位放顶煤综采的主要优点为放煤在支架后下方,放煤效果好,煤尘小。后输送机外运煤炭顺利,一般不需清理后方浮煤。支架尾梁还可以摆动,以利提高顶煤的回收率。但低位放顶煤支架的稳定性差,工作面端头的维护较困难。该类支架在窑街矿务局、兖州矿务局鲍店
12、煤矿均取得高产、高效。低位放顶煤综采如图1.1所示。1.3.2放顶煤液压支架发展及特点自60年代法国率先研制节式放顶煤支架开采特厚煤层取得成功以来,70年代法国、英国、匈牙利、原联邦德国、前苏联等国家又先后研制出插板式、开天窗式、后开门式放顶煤液压支架,使特厚煤层采煤工艺有了新的突破,产量与效率不断提高。以匈牙利奥伊克矿为例,使用VHP730型支架,开采厚6.2米煤层,平均月产量达到3.39万吨,效率26.1吨/工,工作面回收率91%。我国综采放顶煤开采开始于1982年,是由郑州煤矿机械厂、煤炭科学研究图 1.1 低位双运输机放顶煤综采示意图1放煤口;2前输送机;3后输送机总院北京开采所、沈阳
13、煤研所共同研制的FY40014/28中位放顶煤支架在沈阳局蒲河矿安装试验;10多年来得到了迅速的发展,截止到1993年,已经在13个省的26个矿务局59个工作面使用,达到了日产万吨,月产31万吨,年产253万吨的生产水平,成为世界上综采放顶煤开采技术发展最快、拥有放顶煤液压支架数量最多的国家。实践证明,在特厚煤层开采中,采用放顶煤开采较分层开采等具有明显的优越性,主要有:(1)、煤层掘进量小,掘进费用低、缓和了采掘关系;(2)、减少了搬家倒面次数,节省了综采面设备搬迁、安装的工作量及费用;(3)、较分层开采减少了铺网工序、材料、工资及巷道维护费用等;(4)、对急斜厚煤层,较普通法开采的工作面产
14、量提高13倍;(5)、提高了煤炭的块炭率,增加煤炭的售价;(6)、减少了设备的运行费,特别是采煤机,相对减少了吨媒设备折旧费或租赁费;(7)、有利于矿井的集中控制,实现减面、减人、提高工效的目的;(8)、提高劳动生产率,降低成本,比一般回采工效提高25倍,经济效益十分显著,吨媒成本一般降低820元/吨。基于上述原因,我国放顶媒液压支架从1984年至1992年上半年已发展到42套,32个品种,占世界总数的66。当然,放顶煤开采也有急待解决的问题,主要是:(1)、煤尘大,比分层开采高出13倍,甚至更高;(2)、回采率偏低,一般在80左右,造成一定的煤炭损失;(3)、自然发火的问题尚未得到很好的解决
15、;(4)、对高瓦斯矿井,瓦斯涌出量大,有局部积聚的危险。因此,煤炭工业部提出要有试点地进行,稳步发展的方针。然而有于放顶煤开采的优点十分突出,并对存在的问题逐步得到解决的同时,使这一新的特厚煤层的开采工艺从东北、西北迅速扩展到华北,1992年初又推广到华东四个矿务局,并首先在兖州兴隆庄矿创出了月产11万吨的好成绩(1994年月产已达25万吨),可以预计,今后将会更快地发展。下面重点介绍放顶煤液压支架的特点及适应性。1 放顶煤液压支架的分类按与液压支架配套的输送机的台数,放顶煤液压支架可分类如下: 插底式 单输送机 不插底式 放顶煤液压支架 单铰接式 开天窗式 双输送机 四连杆式 前四连杆式 插
16、板式 后四连杆式按放煤口位置,放顶煤液压支架可分类如下: 高位(单输送机开天窗式) 放顶煤液压支架 中位(双输送机开天窗式) 低位(双输送机插板式)下面重点介绍低位放顶煤液压支架的特点及适应性:2.低位放顶煤支架的特点这是一种双输送机运煤,在掩护梁后部铰接一个带有插板的尾梁、低位放煤的支撑掩护式支架。这类支架有一个可以上下摆动的尾梁(摆动幅度在45左右)用以松动顶煤,并维持一个落煤空间。尾梁中间有一个液压控制的放煤插板,用以放煤和破碎大块顶煤,具有连续的放煤口。其主要特点如下:(1)由于具有连续的放煤口,放煤效果好,没有脊背煤损失,回收率高;(2)和其他支架相比,从煤壁到放煤口的距离最长,经过
17、顶梁的反复支撑和在掩护梁上方的垮落,使顶煤破碎较为充分,对放煤极为有利;(3)后输送机沿底板布置,浮煤容易排出,移架轻快,同时尾梁插板可以切断大块煤,使放煤口不易堵塞;(4)低位放煤使煤尘减少;(5)前四连杆低位放顶煤液压支架的抗扭及抗偏载能力差,支架的稳定性较差;(6)尾梁摆动力和向上的摆角较小,破煤和松动顶煤的能力差。这类支架的原始形式是前四连杆式,在矿压较小的急斜水平分段开采时比较适应,为使这种支架在缓斜长臂工作面发挥其优势,几年来作了如下的探索:(1)把四连杆的上连接位置由顶梁上改在掩护梁上,使支架底部和上部的连接位置更接近扭转力矩的作用点,增加了支架强度,减少了支架的损坏,形成了目前
18、在缓斜工作面大量使用的后四连杆式低位放顶煤液压支架;(2)大幅度加强前四连杆本身以及它与顶梁、底座的联接强度,这种作法增加了支架的重量,有的重达20t以上,但设计时容易实现加大后部运输空间和增加破煤能力;(3)增大后部空间和尾梁向上摆动的力,使其在较硬煤层中使用时也可让顶煤顺利放落和运出,如ZFPS5200/17/32型支架尾梁端部向上摆动力可达到500kN,使用效果良好;(4)后四连杆前连杆设计为Y型,后连杆设计为I型,增大了支架的前、后人行道的宽度并加大了后部的人员工作与维护空间;(5)把后输送机千斤顶耳座与底座的联接改为活联接,改善了运输状况。在后输送机与千斤顶之间增加了结构件推杆,以避
19、免后输送机与千斤顶活塞杆弯曲并防止输送机和支架下滑。前四连杆式支架和后四连杆式支架相比,前四连杆式支架稳定性及抗扭性较差,但其后部空间较大,且重量也轻。3.低位放顶煤液压支架的适应性前四连杆式支架在急斜水平分段放顶煤综采中取得成功,如对四连杆及有关联接件再进一步增加强度,成为定型设备,可以不考虑在急斜条件下使用后四连杆式支架。缓斜中硬难放煤层在选型时考虑到低位放顶煤液压支架的强度低,又无成功的实例,往往选用中位放顶煤液压支架,但受到放煤口的限制,实际上也未能很好解决其放煤问题。仔细研究各类放煤支架,就会发现,只有前四连杆式支架具备大幅度摆动掩护梁破煤的条件。有的低位放顶煤液压支架采取强化四连杆
20、及联接销轴,把摆动掩护梁的千斤顶一端布置在底座上,而不是布置在顶梁上,尽管这种架型尚无满意的效果,但这种探索无疑是很有意义的。后四连杆式支架在煤层硬度系数f2左右,层节理比较发育的缓斜厚煤层中使用取得很大成功,如在潞安矿务局五阳煤矿、王庄煤矿和兖州矿务局兴隆庄煤矿、鲍店煤矿。这种架型与设计先进的过渡支架配合使用,创出了新水平,被广泛推广使用。如石炭井矿务局乌兰矿将这种支架与过渡支架、端头支架配套使用,在倾角为24的工作面上取得了成功。由此表明了后四连杆式放顶煤液压支架在缓斜中硬煤层和倾斜厚煤层中均有良好的适应性和使用前景。1.4液压支架的组成根据各部件的功能,液压支架的组成可归纳为五个部分见表
21、1.1。1.5液压支架的支护方式综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。3个工序的不同组合顺序,可形成液压支架的3种支护方式,从而决定工作面“三机”的不同配套关系。具体的循环方式见表1.2。1.6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,通过工作性质不同的几个液压缸来完成的,如图1.2所示表1.1 液压支架组成表序 号部 件功 能举 例1承载结构件承受并传递顶板载荷作用的结构件顶梁、掩护梁、底座、连杆2动力油缸用液体作介质可以
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 液压 支架 设计
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2953824.html