机械设计说明书—矿用自移式液压支架液压装置设计

本科毕业设计（论文）题目：矿用自移式液压支架液压装置设计矿用自移式液压支架液压装置设计摘要掩护式支架液压装置作为上世纪70年代初刚出现的产品，其显著特征是在顶梁末端和底座之间附加有掩护梁。掩护梁一般是倾斜的，铰接在顶梁和底座之间。从运动学讲，它是稳定的，这是掩护式支架最优于框式支架和垛式支架的一点，掩护梁也完全封闭了采空区，从而能够防止破碎顶板岩石掉入支撑工作面。因此，一般来说，掩护式支架的支撑工作面是较清洁的。本文主要介绍了：液压支架的发展历程及发展趋势；液压支架的组成、作用和分类；液压支架的液压控制系统；液压支架设计的一般步骤；液压支架的操纵、维护、故障分析及处理等。在液压支架的设计过程中，着重对顶梁、底座和立柱进行了分析和设计，同时对液压支架的液压系统进行了介绍。根据其常见失效形式、影响因素及基本设计要求，给出了重要结构件的受力分析、强度和刚度的设计方法。对立柱和平衡千斤顶进行了强度和稳定性效核。关键词：液压支架；ZY3200；掩护式；结构设计；采煤机械Mine Since Moving Type Hydraulic Support Hydraulic DesignAbstractStand cover of the last century as the early 1970s emerging products, the notable features of the top beam between the terminal and the base of attaching a shield. Cover is generally inclined beams, the hinged roof beams and between the base. Kinematics from the speakers, it is stable, which is the optimal shield in the box-stent and the stent Crib 1:00, Leung also cover is closed goaf, so as to prevent the rock into the broken roof support Face. Therefore, in general, cover Stand Face the support of the cleaner. This paper describes : hydraulic supports the development process and development trends; Hydraulic support the composition, role and classification; hydraulic supports the hydraulic control system; hydraulic supports the general design steps; hydraulic supports manipulation, maintenance, Fault analysis and processing. In ZY3200-hydraulic support the design process, focusing on the top beam and column base and the analysis and design Meanwhile hydraulic supports the right hydraulic system was introduced. According to their common failure mode, influencing factors and basic design requirements, is an important structure the force. Strength and stiffness of the design method. Column right balance between Jack and the strength and stability of nuclear efficiency.Key Words : Hydraulic Support; ZY3200; Shield;Structural Design; Mechanical 目 录1 绪论11.1液压支架的用途11.2液压支架的工作原理11.3设计事项21.3.1设计目的21.3.2设计液压支架必需的基本参数21.4液压支架的组成31.5液压支架的主要结构件及其用途31.5.1顶梁31.5.2底座31.5.3掩护梁41.5.4活动侧护板41.5.5连杆41.6液压支架的液压系统41.6.1液压支架传动系统的基本要求41.6.2液压支架的液压传动特点42液压支架的结构设计62.1液压支架的主要尺寸的确定62.1.1支架高度和伸缩比62.1.2支架间距62.1.3底座长度62.1.4 顶梁长度的确定72.1.5立柱布置82.2各部件结构选择82.2.1顶梁82.2.2 底座92.2.3 立柱102.2.4 推移装置112.2.5护帮千斤顶132.2.6掩护梁132.2.7前、后连杆.132.3液压支架的主要技术参数143 液压系统153.1立柱和千斤顶163.2支架液压阀173.2.1液控单向阀173.2.2安全阀173.2.4液压支架液压阀的密封技术分析183.3液压支架液压原理图183.4液压支架的控制方式193.4.1手动控制193.4.2 自动控制193.5液压系统安装、调试、保养203.5.1安装：203.5.2调试253.5.3保养254 液压支架的立柱参数确定274.1 液压支架的支护性能与外载荷274.2液压支架基本技术参数的确定274.2.1支护面积274.2.2支护强度274.2.3 确定立柱的技术参数274.2.4立柱的初撑力285液压支架的强度条件295.1 强度条件295.2 液压支架的强度校核305.2.1立柱缸体强度校核30结论33参考文献34致谢35II1 绪论1.1液压支架的用途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作业正常进行，必须对顶板进行支护。而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1。1.2液压支架的工作原理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的。a. 升柱液压支架移至新的工作位置后，应及时升柱，以支撑新暴露的顶板。将操纵阀转到升柱位置，打开供液阀，高压液体由主进液管进入，经操纵阀到液控单向阀，顶开阀球经油管进入支柱活塞腔，支柱活塞杆腔的油液，经油管和操纵阀流回主回液管，活柱和顶梁升起，支撑顶板2。36b. 降柱当旋转式操纵阀转到降柱位置，打开供液阀时，高压液体由主液管经操纵阀和油管，进入支柱活塞杆腔，同时也进入液控单向阀的控制管路，打开液控单向阀，支柱活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀，流回主回液管，支柱卸载下降。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3。c. 支架和输送机前移支架和输送机的前移，都是由于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，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要输送机时，支架支撑顶板后，高压液体进入推移千斤顶活塞腔，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。1- 顶梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤顶；5-安全阀；6-液控单向阀；7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管图1.1 液压支架工作原理图1.3设计事项1.3.1设计目的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，中厚煤层一般为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。要求支架有足够的刚度，能够承受一定的不均匀载荷。在满足强度条件下，尽可能减轻支架的重量。要易于拆卸，结构简单。液压元件要可靠4。1.3.2设计液压支架必需的基本参数a顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。b最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。c瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。d底板岩性和小时涌水量根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。e工作面煤壁条件根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。f煤层倾角根据煤层倾角，决定是够选用防滑防倒装置。g井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。h配套尺根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。1.4液压支架的组成液压支架由以下六个主要部分组成：a. 顶梁b. 立柱c. 掩护梁和挡矸帘d. 底座e. 推移机构f. 操纵控制系统1.5液压支架的主要结构件及其用途1.5.1顶梁用于支撑维护控顶区的顶板。承受顶板的压力。将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板5。1.5.2底座为支架的其他结构件和工作机构提供安设的基础。与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构。将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。1.5.3掩护梁掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座。掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩。掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起 ，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸能力6。1.5.4活动侧护板与邻架的顶梁、掩护梁和后连杆的固定侧护板相贴，构成了指甲的挡矸屏障。支架移架时起导向作用。利用侧推千斤顶可调整支架的横向位置或防倒扶正支架。1.5.5连杆前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分共同组成四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定。1.6液压支架的液压系统液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀以实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸（立柱和千斤顶）种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统7。1.6.1液压支架传动系统的基本要求对于液压支架的传动装置，应具有以下基本要求：采用结构比较简单，设备外形尺寸小，能远距离的传送大的能量；能承受较大载荷；没有复杂的传动机构；在爆炸危险和含尘的空气里保证安全工作；动作迅速；操作调节简单；过载及损坏保护简单。1.6.2液压支架的液压传动特点液压支架的液压传动，与其他机械的容积式液压传动有很大的区别，其特点如下：工作液的压力高（管路内的压力达2040MPa，立柱内的压力达3070MPa），流量大（30150l/min）；在液压系统中，采用粘度低和容量大的液体为工作介质；液压缸、操纵阀，其他调节和控制装置等总的数量大（高压泵16台，液压缸3001500个，安全阀150300个，还有同样数量的液控单向阀）；很长的液压管路（200300m刚性管，5003000m高压软管）;泵液压缸传动系统的换算弹性模数较低；根据支架的数目改变液流的参数；所有支架在结构上都有着相同的液压缸、液压装置以及他们之间都有相同的连接方式（相同的液压系统）。2 液压支架的结构设计2.1液压支架的主要尺寸的确定2.1.1支架高度和伸缩比由题目已知:支架的最大高度Hm=3.2m, 支架最小高度Hn=1.4m支架伸缩比2.1.2支架间距支架间距就是指相邻支架中心线间的距离，按下式计算式中 支架间距（支架中心距）每架支架顶梁总宽度相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙每架所包含的组架或框架数取=1500mm，=150mm,=1则=1500+1501=1650mm2.1.3底座长度底座是将顶板压力传递到底板和稳定支架的作用。在设计支架底座的长度时，应考虑如下方面：支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走；保证支架的稳定性。掩护式支架的底座长度取3.5倍的移架步距（一个移架步距为0.6m）,即2.1m左右。取底座长度为2899 m。如图2.1底座示意图： 图2.1 底座示意图2.1.4 顶梁长度的确定支架在工作面的相对位置如图2.2所示： 图2.2 支架在工作面的相对位置关系掩护式支架顶梁长度计算顶梁长度=配套尺寸+底座长度+ -+300+掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距（mm）配套尺寸参考原煤炭部煤炭科学研究院编制的综采设备配套图册确定；底座长度底座前端至后连杆下铰点之距e 支架由高到低顶梁前端点最大变化距离；、支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角8。经计算得顶梁长度为3302mm。2.1.5立柱布置图2.3 立柱示意图a. 立柱数目前国内支撑式支架立柱数为26根，常用的为4根；掩护式支架为二柱；支撑掩护式支架为四柱。故此支架数目n选2。ZY3200/14/32型液压支架选用单伸缩机械加长杆，如图2.3所示9。b支撑方式 支撑式支架立柱为垂直布置。掩护式支架为倾斜布置，这样可克服一部分水平力，并能增大调高范围。一般立柱轴线与顶梁的垂线夹角小于(支架在最低工作位置时)，由于角度较大，可是调高范围增加。同时由于顶梁较短，立柱倾角加大可以使顶梁柱窝位置前移，使顶梁前端支护能力增加。支撑掩护式支架，根据结构要求呈倾斜或直立布置，一般立柱轴线与顶梁的垂直夹角小于（支架在最高位置时），由于夹角较小，有效支撑能力较大。c. 立柱间距立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为有利于操作、行人和部件合理布置。支撑式和支撑掩护式支架的立柱间距为11.5m10。2.2各部件结构选择2.2.1顶梁顶梁是与顶板直接接触的构件，除满足一定的刚度和强度要求外，同时要求适应顶板的不平衡性，避免因局部应力而引起损坏。各类顶梁都为箱式结构，一般有钢板焊接而成。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。支撑式支架后端焊有挂帘板，作为挂挡矸帘之用。在顶梁下焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来。顶梁端面形状和顶梁如2.4、2.5示：图2.4 顶梁断面图2.5 顶梁外形2.2.2 底座底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。因此，底座除了满足一定的刚度和强度外，还要求对底板起伏不平的适应性要强，对底板接触比压小，要有足够的空间能安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置，要便于人员行走；能起一定的挡矸排矸作用；要有一定的重量，以保证支架的稳定性。底座前端制成滑撬形，以减小支架的移架阻力。同时底座后部重量大于前部，避免移架时啃底。底座与立柱之间连接处用铸钢球面柱窝接触，以避免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销轴限位，防止立柱脱出柱窝11。图2.6 底分式底座2.2.3 立柱立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，它除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，结构要简单，并能适应支架的工作要求。立柱的结构由缸体、活塞、缸口和活塞杆等组成。如图2.7图2.7 立柱结构缸体是立柱的承压部件。一般用27SiMn无缝钢管制成。缸体内表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。活塞是立柱的关键元件，对它的主要要求是保证密封性能良好，运动表面能承受外力的冲击。活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用钢制作活塞时，可在活塞上安装导向环与缸体内径配合。导向环多用塑料制品，也有用铜合金制成。在不承受横向力或横向力很小的情况下，可以用保护密封圈的尼龙挡圈兼做导向环。活塞靠密封圈密封，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是两个夹布U型橡胶圈压制而成的整体实心密封圈，它和两个L型防挤圈一起使用，适用于工作压力19.658.8MPa，在压力小于24.5MPa时，可以不加挡圈。它可用于各种活塞上的双向密封。蕾型密封圈是一个U型夹布橡胶圈和唇内夹橡胶压制而成的单向实心密封圈。它适用于装入各种液压活塞头和导向套上，为单向密封。工作压力小于58.8MPa时，可以不加挡圈。活塞的轴向固定方式由三种：用螺帽加防松螺钉固定；用压盘和螺钉固定；用半圆环加弹性挡圈固定。活柱和活塞杆是立柱传递机械力的重要零件，它要能承受压力和弯曲等载荷作用，必须耐磨和耐腐蚀，可用27SiMn或45号钢制成。为防止在矿井条件下表面生锈和腐蚀，表面要镀铬，并要注意保护，防止外部硬伤12。2.2.4 推移装置液压支架推移装置是保证支架正常推溜和拉架，实现工作面正常循环作业的重要装置。在设计支架时，应根据支架结构和配套要求合理选择推移装置的形式，并充分保证支架推移装置对工作面条件和配套的适应性。推移装置的型式如表2.1表2.1 推移装置千斤顶的型式型 式特 点适用条件普通式普通活塞式双作用千斤顶可为外供液式，也可为内供液式1、目前已很少直接用作推移装置，而多与反拉框架一起使用，应用较广2、外供液式结构简单，应用广泛差动式千斤顶结构仍为普通型式，利用交替阀的油路系统，使其减小托输送机力用于直接拉架的方式，目前应用较少浮动活塞式千斤顶活塞可在活塞杆上滑动，使环腔供液时拉力与普通千斤顶相同；但在活塞腔供液时，使压力的作用面积仅为活塞杆断面积，从而减小了推输送力1、 广泛用于直接拉架方式，与短推杆等导向件一起使用2、 动作时间有一定滞后，但一般不影响使用推移装置一般由推移千斤顶、推杆或框架等导向传力杆件以及连接头等部件组成，其功能、连接型式见下。表2.2 推移装置的功能及连接形式功 能1、 将输送机推向煤壁，保证作业循环2、 将液压支架拉向煤壁方向，及时支护顶板3、 框架或推杆与底座导向通道共同作为支架、输送机移动时的导向，起一定的防滑作用连接型式直接连接一端固定在支架底座（一般位于支架纵轴线上），另一端固定在输送机或输送机底托架上。此时移架和推输送机都用一个推移千斤顶移步横梁间接连接在推移装置与输送机之间加一个移步横梁、千斤顶仅与移步横梁连接。这种方式减少了支架与输送机之间的约束和影响、比较机动，但结构复杂相邻支架或支架节连接这种方式一般用于节式或各种类型的组合迈步支架。移架千斤顶位于主副架之间，多数分别与两者的底座相连，称为下移架机构。少数为顶梁之间相连，称为上移架机构。移架与推溜各用不同的千斤顶。推移杆的常用形式有正拉式短推移杆和倒拉式长推移杆两种。液压支架所采用的推移装置为：倒拉式长推移杆。如图2.8所示，结构简单可靠，重量轻，被广泛采用13。图2.8 短推移杆2.2.5护帮千斤顶 护帮千斤顶的缸体用圆柱销固定在护帮下端的耳座上，活塞杆与主梁与主梁相连接。护帮千斤顶的活塞腔液路上，装有液控单向阀和安全阀，以保证护帮的初撑力和工作阻力。图2.9 互帮千斤顶2.2.6掩护梁掩护梁为整体箱形焊接结构。掩护梁上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座铰接，构成四连杆机构。掩护梁主要作用是阻挡并承载采空区冒落的矸石，承受顶板水平推力、侧向力和传递扭转载荷，并保持支架整体的稳定性。掩护梁上部设计了机械限位块结构，当支架出现不正常工作状况时，机械限位起作用，顶梁与掩护梁的机械限位块发生干涉作用，强制限位，防止支架呈现“放大炮”状态，避免顶梁过渡上仰，以保护平衡千斤顶、增强了支架的适应性和可靠性。2.2.7前、后连杆. ZY3200/14/32型二柱掩护式液压支架采用双前连杆、整体后连杆式结构，前、后连杆均为箱形抗扭体，该箱形结构刚性好，强度高，能可靠地承受支架在工作过程中产生的扭转力矩和水平载荷，保持支架的稳定性。前后连杆与掩护梁、底座相铰接，组成四连杆机构。后连杆的防矸背板可有效防止采空区矸石窜入工作面。2.3液压支架的主要技术参数设计液压支架的主要参数如下表2.3：表2.3 液压支架主要技术参数表设备（部件）名称项目单位技术参数支架整体性能支架高度m1.43.2支架宽度m1.431.50支架中心距m1.65支护强度MPa1.08对底板比压MPa2.5初撑力kN2354工作阻力3049操作方式电液控制泵站压力MPa31.5立柱型式单伸缩机械加长根数根2缸径/中缸径mm250/240初撑力kN1545工作阻力（）kN3145行程mm2300推移千斤顶型式浮动活塞根数根1缸径mm125柱径mm70推力/拉力kN123/270行程mm600侧推千斤顶型式普通根数根2缸径mm80杆径mm45推力/拉力kN158/108行程mm170平衡千斤顶型式普通根数根1缸径/杆径mm100/60行程mm320推力kN245拉力kN158工作阻力kN849护邦千斤顶型式普通根数根1缸径/杆径mm80/45行程mm470推力kN157工作阻力kN849抬底千斤顶型式普通根数根1缸径/杆径mm80/45行程mm250工作阻力kN386 配套设备采煤机MLS-170刮板输送机SGD-730/180西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）3 液压系统液压支架不仅需要有良好的结构以适应所工作的煤层地质条件，而且还要配备完善而可靠的液压系统及液压元件来实现支架的优良工作性能。液压支架的液压系统属于泵缸开式系统。动力源是乳化液泵，执行元件是各种液压缸。系统回液流入乳化液箱，然后由泵吸入并增压，经各种控制元件供给各个液压缸，。乳化液泵站通常安装在工作面下顺槽，可随工作面一起向前推进。泵站通过沿工作面全长敷设的主供液管和主回液管，向各个支架供给高压乳化液，接收低压回液。工作面中每个支架的液压控制回路多数完全相同，通过截止阀连接与主管路，相对独立。其中任一支架发生故障进行检修时，可关闭该架与主管路连接的截止阀，不会影响其他支架工作14。3.1立柱和千斤顶在液压支架中，用于承受顶板载荷，调节支护高度的液压缸称为立柱。液压支架的立柱多数是单伸缩双作用单活塞杆式液压缸。除立柱外，支架中其余的液压缸称为千斤顶，依其功能分别叫做前梁千斤顶、推移千斤顶、侧推千斤顶、平衡千斤顶、护帮千斤顶和复位千斤顶等等。由于前梁千斤顶也承受由铰接前梁传递的部分顶板载荷，结构与立柱基本相同，只是长度和形成较短，所以也有人叫它前梁短柱。只有复位千斤顶和伸缩前探梁的千斤顶是单作用液压缸。悬浮式立柱控制回路如图3.1：图3.1 悬浮式立柱控制回路千斤顶控制回路如图3.2：图3.2 千斤顶控制回路3.2支架液压阀液压支架的液压控制系统中所使用的控制元件有两大类：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、操纵阀和液控分配换向阀等。3.2.1液控单向阀夜控单向阀在支架液压系统中主要用来闭锁液压缸中的液体，使之承载。它是大多数支架立柱必不可少的控制元件之一15。对液控单向阀的要求：密封可靠，特别是锁紧立柱下腔液路的液控单向阀，需长时间保持绝对密封；动作灵敏，尤其要求关闭及时，保证刚刚锁紧的液压缸中的压强等于泵站供液压强；流动阻力小；工作寿命长，能保证工作面推进8001000米不需要更换；结构简单。3.2.2安全阀安全阀是支架液压控制系统中必不可少的限定压强的元件。立柱安全阀可以防止支架的主要承载结构件过负荷，确保顶板岩层在不高于规定的工作阻力作用下沉降。对立柱安全阀的要求：关闭时必须完全封闭；能够稳定溢流的溢流量范围大，在顶板缓慢下沉时的微小流量(3040mL/min以下) 工况下，启闭压强差不大于整定压强的510%，以保证支架的恒阻性。在顶板急剧下沉的大流量(3050mL/min)工况下，被封闭的液体压强升高值不大于整定压强的25%。3.2.3操纵阀在支架液压控制系统中用来使液压缸换向，实现支架各个动作的手动换向阀，习惯上称为操纵阀。按压力液通过操纵阀后的用途不同，可分为全流量操纵阀和先导液压操纵阀。3.2.4液压支架液压阀的密封技术分析a. 影响液压阀密封性能的主要因素密封元件损坏的主要因素是工作液中的杂质。这些杂质在密封元件间研磨，使阀产生泄漏。因此，国外曾提出相应等级的液压元件，应采用相应精度的过滤器。他们认为5M的油泵密封元件，如果采用过滤精度为3M的过滤器，寿命可比采用10M的提高10倍。但液压支架用阀，工作环境十分恶劣。在采煤工作面，油管总长1000多米，接头插口多达4000多个，液箱无特殊的防尘设施。乳化液中有大量的漂浮杂质，在立柱缸底和阀腔，留有较多的煤粉、岩粒和铁屑。进液阀芯和阀座，由于开启关闭比较频繁，液体流速高，密封很快就会失效。实践证明减少支架液压系统液体的污染杂质，是十分困难的，有人曾经设想在乳化液泵站采用高压过滤器，同时在每台支架进口处增加小型过滤器。但在工作中很快被堵塞，形成断流16。b . 液压阀密封材料的历史及现状阀芯和阀座接触面的泄漏，是工作液体分子挤入的结果。影响密封效果的主要原因是阀芯和阀座的接触比压、不平度及压差。当阀芯与阀座的接合面以P力压紧，工作液体分子以F力挤入，密封材料会产生弹性变形。如果密封副总抗力大于分子斥力，则密封有效，否则就会形成泄漏。3.3液压支架液压原理图支架液压原理图如图3.3所示：图3.3 液压支架液压原理图 3.4液压支架的控制方式3.4.1手动控制a全流量控制 全流量控制目前是支架的基本控制方式。它使用全流量操纵阀，根据操作人员的要求，直接向液压缸工作腔输入压力液，实现支架的各个动作。在采取邻架控制时的全流量控制系统，过架管路除了主管路外，还有许多控制管路因而行人不便，系统可靠性不高，维护工作量大。b先导液压控制先导液压控制近年来在支架液压控制系统中发展很快。它是通过先导液压操纵阀将操作人员的命令变成液压指令，再由液控分配阀完成向液压缸工作腔供给压力的任务。因为先导控制需要传输的不是流量而是液压，所以先导控制管可以做的很细小，于是必须过架的许多先导控制管可以用一根直径不大的多芯管来代替，并且简化了支架在井下工作面的安装，系统可靠性增加17。3.4.2 自动控制手动控制的操作速度受到人员在工作面行走速度限制。特别是在薄煤层工作中，操作人员花费在从一个支架行走到另一个支架的时间较长，体力消耗也很大。因此，手动控制液压支架使高效采煤机械的工作能力不能充分发挥出来。所以，研制和开发自动控制系统是液压支架进一步发展的方向之一。液压支架的自动控制大部分都处于试验阶段。这是因为地下工作条件复杂多变，在工作条件的监控方面，在人机之间和采煤机与支架之间的完善联系还有大量工作要做。总的趋势是采用带有电脑控制的电液先导液压控制系统。分配阀多采用安全火花型电液控制分配阀，监控装置多转换成电信号输入电脑指令系统。3.5液压系统安装、调试、保养3.5.1安装液压系统的安装是液压系统能否正常可运行的一个重要环节。 a. 安装人员 液压传动系统虽然与机械传动系统有大量相似之处，但是液压传动系统确实有它的特性。经过专业培训，并有一定安装经验的人员才能从事液压系统的安装。 b. 审查液压系统 主要是审查该项设计能否达到预期的工作目标，能否实现机器的动作和达到各项性能指标。安装工艺有无实现的可能。全面了解设计总体各部分的组成，深入地了解各部分所起的作用。审查的主要内容包含以下几点： (1) 审查液压系统的设计 (2) 鉴定液压系统原理图的合理性 (3) 评价系统的制造工艺水平 (4) 检查并确认液压系统的净化程度 (5) 液压系统零部件的确认 c. 安装前的技术准备工作 液压系统在安装前，应按照有关技术资料做好各项准备工作。 (1) 技术资料的准备与熟悉 液压系统原理图、电气原理图、管道布置图、液压元件、辅件、管件清单和有关元件样本等，这些资料都应准备齐全，以便工程技术人员对具体内容和技术要求逐项熟悉和研究。 (2) 物资准备 按照液压系统图和液压件清单，核对液压件的数量，确认所有液压元件的质量状况。尤其要严格检查压力表的质量，查明压力表交验日期，对检验时间过长的压力表要重新进行校验，确保准确可靠18。 （3）质量检查 液压元件在运输或库存过程中极易被污染和锈蚀，库存时间过长会使液压元件中的密封件老化而丧失密封性，有些液压元件由于加工及装配质量不良使性能不可，所以必须对元件进行严格的质量检查。 a. 液压元件质量检查 (1) 各类液压元件型号必须与元件清单一致 (2) 要查明液压元件保管时间是否过长，或保管环境不合要求，应注意液压元件内部密封件老化程度，必要时要进行拆洗、更换、并进行性能测试。 (3) 每个液压元件上的调整螺钉、调节手轮、锁紧螺母等都要完整无损。 (4) 液压元件所附带的密封件表面质量应符合要求、否则应予更换。 (5) 板式连接元件连接平面不准有缺陷。安装密封件的沟槽尺寸加工精度要符合有关标准。 (6) 管式连接元件的连接螺纹口不准有破损和活扣现象。 (7) 板式阀安装底板的连接平面不准有凹凸不平缺陷，连接螺纹不准有破损和活扣现象。 (8) 将通油口堵塞取下，检查元件内部是否清洁。 (9) 检查电磁阀中的电磁铁芯及外表质量，若有异常不准使用。 (10) 各液压元件上的附件必须齐全。 b. 液压辅件质量检查 (1) 油箱要达到规定的质量要求。油箱上附件必须齐全。箱内部不准有锈蚀，装油前油箱内部一定要清洗干净。 (2) 所领用的滤油器型号规格与设计要求必须一致，确认滤芯精度等级，滤芯不得有缺陷，连接螺口不准有破损，所带附件必须齐全。 (3) 各种密封件外观质量要符合要求，并查明所领密封件保管期限。有异常或保管期限过长的密封件不准使用。 (4) 蓄能器质量要符合要求，所带附件要齐全。查明保管期限，对存放过长的蓄能器要严格检查质量，不符合技术指标和使用要求的蓄能器不准使用。 (5) 空气滤清器用于过滤空气中的粉尘，通气阻力不能太大，保证箱内压力为大气压。所以空气滤清器要有足够大的通过空气的能力。 (6) 管子和接头质量检查 (7) 管子的材料、通径、壁厚和接头的型号规格及加工质量都要符合设计要求。 c. 液压管道的安装要求 液压管道安装是液压设备安装的一项主要工程。管道安装质量的好坏是关系到液压系统工作性能是否正常的关键之一。 (1) 布管设计和配管时都应先根据液压原理图，对所需连接的组件、液压元件、管接头、法兰作一个通盘的考虑。 (2) 管道的敷设排列和走向应整齐一致，层次分明。尽量采用水平或垂直布管，水平管道的不平行度应2/1000；垂直管道的不垂直度应2/400。用水平仪检测。 (3) 平行或交叉的管系之间，应有10mm以上的空隙。 (4) 管道的配置必须使管道、液压阀和其它元件装卸、维修方便。系统中任何一段管道或元件应尽量能自由拆装而不影响其它元件。 (5) 配管时必须使管道有一定的刚性和抗振动能力。应适当配置管道支架和管夹。弯曲的管子应在起弯点附近设支架或管夹。管道不得与支架或管夹直接焊接。 (7) 管道的重量不应由阀、泵及其它液压元件和辅件承受；也不应由管道支承较重的元件重量。 (8) 较长的管道必须考虑有效措施以防止温度变化使管子伸缩而引起的应力。 (9) 使用的管道材质必须有明确的原始依据材料，对于材质不明的管子不允许使用。 (10) 液压系统管子直径在50mm以下的可用砂轮切割机切割。直径50mm以上的管子一般应采用机械加工方法切割。如用气割，则必须用机械加工方法车去因气割形成的组织变化部分，同时可车出焊接坡口。除回油管外，压力由管道不允许用滚轮式挤压切割器切割。管子切割表面必须平整，去除毛刺、氧化皮、熔渣等。切口表面与管子轴线应垂直。 (11) 一条管路由多段管段与配套件组成时应依次逐段接管，完成一段，组装后，再配置其后一段，以避免一次焊完产生累积误差。 (12) 为了减少局部压力损失，管道各段应避免断面的局部急剧扩大或缩小以及急剧弯曲。 (13) 与管接头或法兰连接的管子必须是一段直管，即这段管子的轴心线应与管接头、法兰的轴心是平行、重合。此直线段长度要大于或等于2倍管径。 (14) 外径小于30mm的管子可采用冷弯法。管子外径在3050mm时可采用冷弯或热弯法。管子外径大于50mm时，一般采用热弯法。 (15) 焊接液压管道的焊工应持有有效的高压管道焊接合格证19。 (16) 焊接工艺的选择：乙炔气焊主要用于一般碳钢管壁厚度小于等于2mm的管子。电弧焊主要用于碳钢管壁厚大于2mm的管子。管子的焊接最好用氩弧焊。对壁厚大于5mm的管子应采用氩弧焊打底，电弧焊填充。必要的场合应采用管孔内充保护气体方法焊接。 (17) 焊条、焊剂应与所焊管材相匹配，其牌号必须有明确的依据资料，有产品合格证，且在有效使用期内。焊条、焊剂在使用前应按其产品说明书规定烘干，并在使用过程中保持干燥，在当天使用。焊条药皮应无脱落和显著裂纹。 (18) 液压管道焊接都应采用对接焊。焊接前应将坡口及其附近宽1020mm处表面脏物、油迹、水份和锈斑等清除干净。 (19) 管道与法兰的焊接应采用对接焊法兰，不可采用插入式法兰。 (20) 管道与管接头的焊接应采用对接焊，不可采用插入式的形式。 (21) 管道与管道的焊接应采用对接焊，不允许用插入式的焊接形式。 (22) 液压管道采用对接焊时，焊缝内壁必须比管道高出0.30.5mm。不允许出现凹入内壁的现象。在焊完后，再用锉或手提砂轮把内壁中高出的焊缝修平。去除焊渣、毛刺，达到光洁程度。 (23) 对接焊焊缝的截面应与管子中心线垂直。 (24) 焊缝截面不允许在转角处，也应避免在管道的两个弯管之间。 (25) 在焊接配管时，必须先按安装位置点焊定位，再拆下来焊接，焊后再组装上整形。 (26) 在焊接全过程中，应防止风、雨、雪的侵袭。管道焊接后，对壁厚小于等于5mm的焊缝，应在室温下自然冷却，不得用强风或淋水强迫冷却。 (27) 焊缝应焊透，外表应均匀平整。压力管道的焊缝应抽样探伤检查。 d. 液压件安装要求 (1) 泵的安装 1） 在安装时，油泵、电动机、支架、底座各元件相互结合面上必须无锈、无凸出斑点和油漆层。在这些结合面上应涂一薄层防锈油。 2） 安装液压泵、支架和电动机时，泵与电动机两轴之间的同轴度允差，平行度允差应符合规定，或者不大于泵与电动机之间联轴器制造商推荐的同轴度、平行度要求。 3） 直角支架安装时，泵支架的支口中心高，允许比电动机的中心高略高00.8mm，这样在安装时，调整泵与电动机的同轴度时，可只垫高电动机的底面。允许在电动机与底座的接触面之间垫入图样未规定的金属垫片（垫片数量不得超过3个，总厚度不大于0.8mm）。一旦调整好后，电动机一般不再拆动。必要时只拆动泵支架，而泵支架应有定位销定位。 4） 调整完毕后，在泵支架与底板之间钻、铰定位销孔。再装入联轴器的弹性耦合件。然后用手转动联轴器，此时，电动机、泵和联轴器都应能轻松、平滑地转动，无异常声响。 (2) 集成块的安装 1） 阀块所有各油流通道内，尤其是空与孔贯穿交叉处，都必须仔细去净毛刺，用探灯伸入到孔中仔细清除、检查。阀块外周及各周棱边必须倒角去毛刺。加工完毕的阀块与液压阀、管接头、法兰相贴合的平面上不得留有伤痕，也不得留有划线的痕迹。 2） 阀块加工完毕后必须用防锈清洗液反复用加压清洗。各孔流道，尤其是对盲孔应特别注意洗净。清洗槽应分粗洗和精洗。清洗后的阀块，如暂不装配，应立即将各孔口盖住，可用大幅的胶纸封在孔口上。 3） 往阀块上安装液压阀时，要核对它们的型号、规格。各阀都必须有产品合格证，并确认其清洁度合格。 4） 核对所有密封件的规格、型号、材质及出厂日期（应在使用期内）。 5） 装配前再一次检查阀块上所有的孔道是否与设计图一致、正确。 6） 检查所用的连接螺栓的材质及强度是否达到设计要求以及液压件生产厂规定的要求。阀块上各液压阀的连接螺栓都必须用测力扳手拧紧。拧紧力矩应符合液压阀制造厂的规定20。 e. 液压系统清洗 液压系统安装完毕后，在试车前必须对管道、流道等进行循环清洗。使系统清洁度达到设计要求 1） 清洗液要选用低粘度的专用清洗油，或本系统同牌号的液压油。 2） 清洗工作以主管道系统为主。清洗前将溢流阀压力调到0.30.5MPa，对其它液压阀的排油回路要在阀的入口处临时切断，将主管路连接临时管路，并使换向阀换向到某一位置，使油路循环。 3） 在主回路的回油管处临时接一个回油过滤器。滤油器的过滤精度，一般液压系统的不同清洗循环阶段，分别使用30m、20m、10m的滤芯；伺服系统用20m、10m、5m滤芯，分阶段分次清洗。清洗后液压系统必须达到净化标准，不达净化标准的系统不准运行。 4） 复杂的液压系统可以按工作区域分别对各个区域进行清洗。 5） 清洗后，将清洗油排尽，确认清洗油排尽后，才算清洗完毕。 6） 确认液压系统净化达到标准后，将临时管路拆掉，恢复系统，按要求加油。 3.5.2调试(1) 确认液压系统净化符合标准后，向油箱加入规定的介质。加入介质时一定要过滤，滤芯的精度要符合要求，并要经过检测确认。 (2) 检查液压系统各部，确认安装合理无误。 (3) 向油箱灌油，当油液充满液压泵后，用手转动联轴节，直至泵的出油口出油并不见气泡时为止。有泄油口的泵，要向泵壳体中灌满油。 (4) 放松并调整液压阀的调节螺钉，使调节压力值能维持空转即可。调整好执行机构的极限位置，并维持在无负载状态。如有必要，伺服阀、比例阀、蓄能器、压力传感器等重要元件应临时与循环回路脱离。节流阀、调速阀、减压阀等应调到最大开度。 (5) 接通电源、点动液压泵电机，检查电源连线是否正确。延长启动时间，检查空运转有无异常。按说明书规定的空运转时间进行试运转。此时要随时了解滤油器的滤芯堵塞情况，并注意随时更换堵塞的滤芯。 (5) 在空运转正常的前提下，进行加载试验，即压力调试。加载可以利用执行机构移到终点位置，也可用节流阀加载，使系统建立起压力。压力升高要逐级进行，每一级为1MPa，并稳压5分钟左右。最高试验调整压力应按设计要求的系统额定压力或按实际工作对象所需的压力进行调节。 (6) 压力试验过程中出现的故障应及时排除。排除故障必须在泄压后进行。若焊缝需要重焊，必须将该件拆下，除净油污后方可焊接。 3.5.3保养(1) 按设计规定和工作要求，合理调节液压系统的工作压力与工作速度。压力阀、调速阀调到所要求的数值时，应将调节螺钉紧固，防止松动。 (2) 液压系统生产运行过程中，要注意油质的变化状况，要定期取样化验，若发现油质不符合要求，要进行净化处理或更换新油液。 (3) 液压系统油液工作温度不得过高。 (4) 为保证电磁阀正常工作，应保持电压稳定，其波动值不应超过额定电压的5%10%。 (5) 电气柜、电气盒、操作台和指令控制箱等应有盖子或门，不得敞开使用。 (6) 当系统某部位产生异常时，要及时分析原因进行处理，不要勉强运转。 (7) 定期检查冷却器和加热器工作性能。 (8) 经常观察蓄能器工作性能，若发现气压不足或油气混合，要及时充气和修理。 (9) 高压软管、密封件要定期更换。 (10) 主要液压元件定期进行性能测定，实行定期更换维修制。 (11) 定期检查润滑管路是否完好，润滑元件是否可靠，润滑油脂量是否达标。 (12) 检查所有液压阀、液压缸、管件是否有泄漏。 (13) 检查液压泵或马达运转是否有异常噪声。 (14) 检查液压缸运动全行程是否正常平稳。 (15) 检查系统中各测压点压力是否在允许范围内，压力是否稳定。 (16) 检查系统各部位有无高频振动。 (17) 检查换向阀工作是否灵敏。 (18) 检查各限位装置是否变动。4 液压支架的立柱参数确定4.1 液压支架的支护性能与外载荷液压支架的结构和支架液压系统必须保证液压支架具有完全适应顶板变化的性能。采煤机采过一个截深之后，支架前移一个步距，支护新暴露出来的顶板。此时，顶板尚无下沉现象，支架以“初撑力”支撑顶板。此后，顶板开始破碎和下沉或断裂，支架支撑加大，直至立柱下腔压力达到安全阀整定值，安全阀释放，立柱下缩。称此现象为液压支架的“让压”现象。这时立柱以“工作阻力”支护顶板。随着顶板压力不断加大，立柱就要不断“让压”下缩。为避免立柱完全缩回，支架出现“压死”现象，采煤工作面的生产循环英保证在“压死”前就前移。4.2液压支架基本技术参数的确定4.2.1支护面积支架的支护面积按下式计算： （） （4.1）式中 Fc支护面积(), Lg顶梁长度（m） bc支架间距（m）（） 4.2.2支护强度 支护强度q=0.56mp=560KN/4.2.3 确定立柱的技术参数立柱缸体内径按下式进行计算：（cm） （4.2）式中立柱缸体内径（cm）， 支架承受的理论支护阻力（kN），（kN）， 每架支架立柱数，安全阀调正压力，,按产品样本选取（或参考同类支架选取）。其中型40Mpa； 立柱最大倾角（度），（支架降到最低工作位置时，角最大）。然后再按北京煤矿机械厂标准（Q/BM327-82）表中标准选取比计算值大的标准值作为内径。再按另一表选择配合尺寸。已知，并将数据，代入式（4.2）得cm支架最大高度和最低位置时立柱两铰点之间的距离差为2730mm（几何作图测量得），则立柱行程L：L=2730mm4.2.4立柱的初撑力立柱初撑力按下式进行计算： () （4.3）式中 泵站额定工作压力（）减去从泵站到支架沿程压力损失后的值。目前国内生产的XRB2B型乳化液泵站的额定工作压力为20MPa和30MPa两种，一般取31.5MPa作为泵站额定工作压力。25cm，选取31.5MPa,并将数据代入式（4.3）得1561（kN）5 液压支架的强度条件5.1强度条件在液压支架的研制、试验过程中，各构件的强度计算是极为必要的。前面的内容已经给出了支架主要零部件受力分析和负荷的计算方法，但是由于液压支架的结构特点、外载荷特点以及其使用条件的特殊性，在强度计算中的强度条件也是有其特殊性的。当然强度条件要以现阶段液压支架所选用的材料、制造工艺以及失效形式等为依据，随着时间的推移，如果上述诸点有变化，强度条件也必须作相应调整。下面简单介绍我国液压支架强度计算中的强度条件：a. 强度校核均以材料的屈服极限计算安全系数21。b. 结构件、销轴、活塞杆的屈服极限及强度条件：（1）各结构件通常采用15MnVN等普通低合金结构钢，并由具有保证厚度的钢板焊接而成，按手册中的屈服极限取值。（2）主要销轴均采用CrMo或40Cr等合金结构钢，按手册中的屈服极限取值。（3）活塞杆均采用45号钢，取屈服极限。结构件、销轴和活塞杆的强度条件为： （5.1）式中 危险断面计算出的最大应力，MPa；许用安全系数。c. 缸体材料采用27SiMn无缝钢管，取抗拉强度，强度条件为： （5.2）式中 缸体许用应力，MPa；许用安全系数，取3.54。d. 焊条抗拉强度取，其强度条件为： （5.3）式中 计算出的焊缝许用应力；按焊条类型来定。e. 许用挤压应力按下式计算： （5.4）5.2 液压支架的强度校核5.2.1立柱缸体强度校核a.