放顶煤液压支架设计

1 摘 要 采煤综合机械化 是加速我国煤炭工业发展 大幅度提高劳动生产率 实现煤炭工 业现代化的一项战略措施 综合机械化不仅产量大 效率高 成本低 而且能减轻笨重 的体力劳动 改善作业环境 是煤炭工业技术的发展方向 液压支架是综合机械化采煤 方法中最重要的设备之一 液压支架主要由以下几个基本部分组成 顶梁 掩护梁 四连杆机构 侧护板 底 座 立柱和千斤顶等 设计要遵循支护性能好 强度高 移架速度快 安全可靠等原则 在这次放顶煤液压支架的设计过程中 主要以底座 主顶梁 尾梁和立柱等结构件 的机械部分设计为重点 用普通设计步骤设计总体结构尺寸 再用 Solidworks 初绘总体 架型检查配合尺寸 然后转化为 并修改细节 最后对主要构件进行强度校核 并 用有限元分析部分构件 关键词 放顶煤液压支架 顶梁 四连杆机构 有限元 1 目 录 1 液压支架概论 1 1 1 国外主要产煤国家综采技术的发展趋势 1 1 1 2 我国综采技术的发展现状几存在的问题 2 1 3 综采矿井生产环节的合理配套 3 4 1 4 液压支架的应用和意义 4 4 1 5 综采工作面的布置和循环工作过程 9 5 1 6 液压支架的组成 5 6 1 7 液压支架的工作原理 7 1 8 液压支架的分类 10 1 9 采煤工作面对液压支架的设计要求 12 2 液压支架整体结构设计 13 2 1 支架主要尺寸的确定 13 2 2 支架四连杆机构的确定 14 2 3 四连杆机构的设计 16 2 4 顶梁结构设计 18 2 5 掩护梁结构的设计 23 2 6 底座结构设计 24 2 7 立柱的确定 26 2 8 千斤顶的选择 28 3 液压支架的受力分析 30 3 1 液压支架的支护性能与外载荷 30 3 2 取顶梁为分离体进行受力分析 31 3 3 取掩护梁为分离体进行受力分析 35 3 4 液压支架的底座受力分析及计算 36 4 液压支架强度校核 39 4 1 材料的选择 39 4 2 顶梁的强度校核 40 4 3 底座的强度校核 43 致 谢 45 参考文献 46 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 1 1 液压支架概论 1 1 国外主要产煤国家综采技术的发展趋势 1 综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志 80 年代末以来 世界主要产煤 国家高产高效综采技术迅速发展 特别是美国 澳大利亚 德国 英国和南非发展最快 综采工作面高产高效纪录不断刷新 综采装备新技术层出不穷 均年产 145 4 万 t 洗精煤 平均工效 274t 工 d 工作面搬家 包括设备安装 时 间平均 684 人工 面 工作面平均长度 240 m 最大长度 335m 1994 年平均班产进一步 提高 其中 前 10 个工作面年平均班产达到 5998t 洗精煤 相当于年产 400 万 t 以上的 水平 沙莫罗克公司 SHAMR0CK 的被克佛克矿在 123 个小班中产煤 166 万 t 相当于 月产 83 万 t 塞普路斯阿马克斯煤炭公司卡姆博兰德矿 1995 年 6 月达到月产洗精煤 57 3 万 t 的纪录 阿科煤炭公司的西皮庇矿 1994 年 11 月创造了日产 4 5 万 t 的世界纪录 当月 产量 50 余万 t 美国 1994 年共有 80 个长壁工作面 其中有 70 个工作面是电液控制的工 作面 占 87 5 使用两柱掩护式支架 73 套 四柱支撑掩护式支架 7 套 两柱掩护式 支架占 91 25 支架工作阻力大部分在 7000 8000 kN 最大的两柱掩护式支架工作阻 力达到 9800kN 普遍装备大功率电牵引重型采煤机组和大功率 大运量 高可靠性刮板 输送机 澳大利亚近 10 年来综采发展很快 综采工作面数量从 1980 年的 3 个增加到 1994 年 的 25 个 井工效率达到 17 71t 工 科迪尔克斯矿和巴波尼矿的综采工作面年产量已 超过 300 万 t 为使综采产量持续增长 近几年来澳大利亚采取了一系列措施 包括改革 劳动制度 采用各种新设备 新技术 综采工作面优选世界各国最先进的重型高效装备 实现一井一面 集中化生产 英国和德国是世界上综采技术装备最先进的国家 由于受其自然煤层赋存条件的限 制 其高产高效工作面的纪录不如美国和澳大利亚 但世界著名的采煤机械公司主要集 中在德国和英国 近年来 由于国际采矿业市场的不景气和激烈竞争 导致各公司的相 互兼并 形成几个大跨国公司 为占领市场 各公司不断开发新技术 新产品 世界主 要产煤国家技术经济指标见表 l l 表 1 1 1994年世界主要产煤国家技术经济指标 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 2 随着采煤机功率加大 产量提高 工作面刮板输送机也发展成为大功率 高强度 高可靠性的运输设备 目前工作面刮板输送机最大工作长度已达 335m 最大输送能力达 3500t h 最大功率 1412kW 表 1 2 中列出了几种国外先进刮板输送机的技术特征 表 1 2 几种国外先进刮板输送机的技术特征 先进瓜板输送机的主要特点是 整体铸造溜槽或组合焊接溜槽 减少了螺栓连接 提高了可靠的性 使用寿命达到 600 1200 万 t 过煤量 采用 38mm 42mm 大直径 刮板链 采用软启动技术 使用双缓液力偶合器或排水型偶合器 配有程序逻辑控制 器控制水的流速 软启动大大提高了输送机的可靠性 使链子和链轮的寿命加倍 故 障诊断和工况监测技术 可以以连续监测输送机各部件的运行状态 进行故障诊断和报 警 液压支架是综采工作面主要设备之一 近 10 年来主要的发展趋势是向两柱掩护式和 四柱支撑掩护式架型发展 架型结构进一步完善 设计方法更先进 参数向高工作阻力 大中心距 1 75m 2m 发展 结构件材料越来越多地采用高强度钢材 例如屈服极限 69MPa 以上的钢板 支架的寿命和可靠性要求大大提高 有些公司要求支架的耐久性试 验循环次数达 5000 次 支架的寿命达 14 年以上 液压支架技术另一重大突破是控制系 统 应用电液控制技术 采用电磁 或微电机 控制的先导阀 先进可靠的压力和位移传 感器 灵活自由编程的微处理机技术 红外遥感技术等现代科技成果 使液压支架的动 作自动连续进行 移架速度大大提高 支架循环时间达到 6 8 入配合采煤机的煤岩识别 系统等先进技术 可实现工作面自动控制 1 2 我国综采技术的发展现状几存在的问题 我国自 1973 年开始大规模引进德国 英国等国家的综采设备 经历了消化 吸收和 改进提高的过程 到目前已形成了较完整的设计 制造和科研体系 先后研制试验成功 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 3 经济型综采成套设备 薄煤层 中厚煤层和大采高综采成套设备 特厚煤层分层机械化 铺网液压支架系列及成套设备和工艺 放顶煤液压支架系列及成套设备和工艺 1995 年 全国共有 243 个综采工工作面 统配煤矿综合机械化程度达到 46 66 工作面平均工效 25 077t 工 全国有 65 个年产百万吨以上的综采队 其中 9 个队年产达到 200 万 t 以 上 2 个队年产达到 300 万 t 以上 兖州南屯煤矿综二队 1995 年年产达到 315 万 t 最高 月产 34 7 万 t 创出我国高产高效的最好纪录 一 高产高效矿井建设取得重大成绩 我国从 1993 年开始组织高产高效矿井建设 到 1995 年已建成 56 个高产高效矿井 在产量增加 9 1 的基础上 平均工效达到 6 23 工 提高 2 9 工 工作面平均 个数由 149 个减到 107 减少原煤生产人员 7 万人 实现了一井一面或一井两面的生产模 式 向集约化生产迈出可喜的一步 高产高效工作面装备 因地制宜采取 3 种模式 第一种是全套引进国际先进装备 如神华集团大柳塔煤矿 全套引进德 英 美等国家先进装备 学习国处高产高效矿进 的先进经验 走高起点 高投入 高产出 高效益的道路 第二种模式是引进与国产相 结合 引进国外先进采煤机和刮板输送机等关键设备 配套国内先进设备 如兖州屯煤 矿等 第三种模式是立足国内设备 优选各种国产先进设备 优化系统配套 实现高产 高效 如铁法晓南煤矿试验成功国产日产 7 综采成套设备 国内几个著名高产高效工 作面装备情况见下表 1 3 所示 表 1 3 国内典型高产高效率综采工作面装备和生产情况 二 机械化铺网分层开采和放顶煤技术达到世界先进水平 2 近年来 综采放顶煤技术在我国得发展和广泛普及 综采放机煤采煤法正在成为一 种高产高效采煤方法 1995 年全国 65 个综采百万吨创水平队中有 23 个是综采放顶煤队 占 35 4 其中 年产 200 万 以上的 9 个综采队中有 6 个是综采放顶煤队 目前全国 已有 70 多个综采放顶煤工作面 并且 正以很快的速度在发展 我国放顶煤技术已达到 世界领先水平 三 综采设备研制有了新的发展 八五 期间 适应高产高效工作面生产要求的大功率 高效综采设备有了较大发 展 我国部分综采设备已开始出口美国 俄罗斯 印度和土耳其 研制成功 MG2 400 W 型滚筒采煤机 液压牵引 装机功率 2 400KW 运输能力 1500t h 铺设长度 250m 铸造槽帮 2 34 双中链交叉侧卸机头 双行星减速器 双 速电机驱动 传动 传动部可平行或垂直布置 过煤量 200 万 t 等特点 长家口煤机厂 西北煤机一厂等重点输送机厂分别与国际长壁公司和威斯特伐利亚公司等合作 开发槽 宽 1000mm 运输能力 2000 2500t h 功率 2 575kW 过煤量 500 万 t 以上的刮板输送 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 4 机等设备 目前正处于试制阶段 四 我国综采技术发展中存在的问题 1 我国煤层赋存条件复杂 老矿井受生产系统制约 综采效率难以发挥 我国大 部分矿井井型较小 生产系统不适应集中生产的要求 巷道断面小 支护质量差 掘进 设备落后 进度慢 运输系统环节多 辅助运输落后 工作面长度 采煤机截深 采区 长度等工作面参数都比较小 2 职工队伍素质差 许多综采队以农民轮换工为主 文化基础差 队伍不稳定 管理水平低 管理模式落后 管理层次多 扯皮现象严重 3 煤炭企业普遍经济效益较差 负担重 技术改造任务难度大 资金投入严重不 中 以致发展后劲不足 一些矿井没有设备更新能力 机械给出现倒退局面 4 小煤窑滥采滥挖现象严重 一方面造成对国有煤矿的市场冲击 成为影响综采 发展的一个消极因素 5 科研投入严重不足 科研单位创收成为主要目标 技术攻关力量不足 科研成 果低水平循环现象严重 6 由于受价格和基础工业水平的影响 我国煤机制造质量 产品性能和可靠性距 世界先进水平还有较大差距 特别是采煤机 工作面输送机 液压支架电液控制技术 采区供电技术 工况监测和故障诊断技术及自动化技术等 与国际先进水平相比不存在 较大差距 1 3 综采矿井生产环节的合理配套 3 综采矿井生产系统配套设备 除包括直接与综采工作面刮板输送机连接的顺槽转载 机 破碎机及带式输送机外 还应包括提升设备 掘进及支护设备 工作面供电设备 通风排水设备等 要保证综采工作面设备效能的充分发挥 必须保还生产系统各环节具 有足够的通过能力和适应能力 即要保证提升能力大于运输环节能力 运输环节能力大 于工作面生产能力 要保证掘进速度 通风能力与供电能力适应广工作面实际需求 掘进速度跟不上综采工作面的推进速度是一个大问题 矿井的不合理布局 必然导 致巷道掘进量的增加 美国将主并 副井直接布置在可采煤田中 不仅大大减少 巷道 掘进量 无岩巷掘进 而且简化了运输系统 目前我国采掘严重失调的主要原因就是掘进 机械化作业中 支护作业未能实现机械化 须尽快推广掘进支护 锚杆化 锚杆支护技 术的应用 不仅可以提高掘进速度 改善巷道支护质量 减少辅助作业时间 而且解决 了综采工作面的端头支护问题 有的煤矿两个工作面共用一套运输系统 造成产运不相 适应的矛盾 主运输系统的运输能力一般偏低 不能与高产高效综采工作面生产能力相 匹配 故须对现有它运输设备进行改造 如皮带输送机应实现自移机尾 闭环控制张紧 装置的功能 又如占有 90 以上的交流拖动提升应采用 Pc 控制技术 这些技术措施的实 施 不仅提高了运输能力相提升能力 而巳会带来显著的经济效益 1 4 液压支架的应用和意义 4 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 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 5 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 液压支架是以高压液体为动力 由若干液压元件 油缸和阀件 与一些金属结构件 组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备 能实现支撑 降落移架和推移运输 机等一整套工序 液压支架技术上先进 经济上合理 安全上可靠 当前世界各国都在 不断地提高采煤工作面的综合机械化水平 我国于 1964 年开始研制液压支架 到目前已经取得可较好的效果 1974 年以来 从 西德 英国 苏联和波兰等国引进了许多不同类型的液压支架 实践证明 液压支架具 有强度高 支护性能好 移设速度快 安全可靠等优点 能使采煤工作面达到高产量 高回采率和高工效 能大大减轻劳动强度 降低成本和掘进率 实现安全生产 1 5 综采工作面的布置和循环工作过程 9 综合机械化采煤设备在工作面的布置情况如图 1 1 所示 其中主要设备有 进行落 煤和装煤工作的滚筒式采煤机 1 也可用刨煤机 完成工作面用煤工序的可弯曲刮板运 输机 5 和顺槽运输设备 转载机 4 与可伸缩皮带运输机 3 用于支护顶板的工作面支架 2 和端头支架 10 11 设在下顺槽的乳化液泵站 包括乳化液 8 和乳化液箱 9 以及由 乳化液泵站引入工作面的主进管 6 和回液管 7 等 各种综采工作面的布置方式基本相同 只是设备和使用条件的不同略有差异 上述各种设备在回采工作面中 按一定的生产工艺流程协调的进行工作 发挥着各 自的效能 综采工作面的生产过程比较单一 只有采煤 移架 推溜三项主要工序 而 这三项工序的组合 可以是采煤 移架 推溜也可以是采煤 推溜 移架 前者随采煤 机后紧接移架 及时支护顶板 称及时支护方式 后者推溜后在移架 称滞后支护方式 现在以采用先移架 后推溜工作方式的总采面为例 说明他的循环工作过程 见图 1 1 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 6 A A 断面表示采煤机截割前状态 此时 运煤机紧靠煤壁 移架装置处于伸出状态 支架相对于运输机退后一个步距 B B 断面表示采煤机截割后状态 这时支架顶梁端与煤壁之间的顶板裸露 需要及 时支护 C C 断面表示采移架后状态 采煤机截割后接着把支架移至紧靠运输机的位置 并 升柱撑紧 以便及时支护新暴露的顶板 移架步距一般 600mm 它必须与采煤机的截割深 度相配合 D D 断面表示推移运输机后状态 随着采煤机的不断截割前进 滞后采煤机约 10 12m 左右 把运输机推至煤壁前的新机道上 由此可知 这个综采工作面的回采工艺流程是采煤 移架和推溜 沿工作面全长 每完成一个流程 即采煤机 割一刀 液压支架和工作面运输机前进一次 称为一个循环 综采工作面的生产过程 就是按此循环工作不断进行的过程 1 6 液压支架的组成 5 图 1 2 为液压支架的一种典型结构 它由顶梁 包括前梁 1 和主梁 2 支柱 5 掩 护梁 4 底座 8 推移装置 9 阀件 管路系统 连接部件及各种附属装置等组成 顶梁 和底座通过数根支柱支撑在顶底板之间 构成一个可以活动的承载构件 支护顶板 维 护工作空间 综合各种类型液压支架的结构它的组成可归结为承载结构件 动力油缸 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 7 控制操纵元件 辅助装置和工作液体五部分 一 承载结构件 包括顶梁 掩护梁和底座等 1 顶梁 直接与顶板 包括镁锭 分层假顶等 相接触 并承受顶板岩石载荷的支架 部件叫顶梁 它也为支柱 掩护梁和挡矸装置等提供连接点 3 底座 直接和底板 包括 分层煤底等 相接触 传递顶板压力到底板的支架部件叫底座 底座除为支柱 掩护梁 提供连接点外 还要安设千斤顶等部件 二 动力油缸 包括支柱和各种千斤顶 1 支柱 支架上凡是支撑在顶梁 或掩护梁 和底座只间 直接和间接承受顶板载荷 的主要油缸叫支柱 支柱是支架的主要承载部件 支架的支撑力和支撑高度 主要取决 于支柱的结构和性能 2 千斤顶 支架上除支柱以外的各种油缸都叫千斤顶 如前梁千斤顶 推移千斤顶 调架千斤顶 还有平衡 复位 侧推和护帮千斤顶 完成着推移运输机 移设支架和支 架的调整等各项动作 三 控制操纵元件 包括控制阀 即液控单向阀和安全阀 操纵阀等各种阀件和 管件 这些元件是保证支架获得足够的支撑力 良好的工作特性以及实现预定动作所需 的液压元件 它的种类和数量 随支架结构和动作要求的不同而异 四 辅助装置 支架上除上述三项构件以外的其它构件 都可归入辅助装置 它 包括推移装置 复位装置 挡矸装置 护帮装置 防倒防滑装置 照明和其它附属装置 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 8 等 五 工作液体 这时传递泵站能量 使液压支架能有效工作的工作介质 液压支 架的工作液体是乳化液 1 7 液压支架的工作原理 一 液压支架自动移设的原理 液压支架以高压液体为动力 通过各种动力油缸 的伸缩 使支架完成升起 降落 行走和推移运输机等各种动作 以便支架随工作面不 断推进而反复支撑 前移和调整 图 1 3 是一个最简单的液压支架的工作系统示意图 下面按支架降柱 移架 升柱和推溜的工作过程分别加以叙述 1 降柱 当旋转式操纵阀转到降柱位置 打开供液阀时 高压液体由主进液管经操纵 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 2 移架 液压支架卸载后 操纵阀转到移架位置 打开供液阀时 高压液体由主进液 管经操纵阀和油管进入到推压千斤顶的活塞杆腔 同时也进入液控油路 打开液控单向 阀 而活塞腔的油液经油管 液控单向阀和操纵阀流回主回液管 推移千斤顶收缩 以 运输机为支点 拉架前移 运输机靠相邻的推移千斤顶来固定 千斤顶由液控单项阀紧 锁 3 升柱 液压支架移到新的位置后 应及时升柱 以支撑新暴露的顶板 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 进入到推 移千斤顶的活塞杆腔 支柱活塞矸腔的油液 同时也进入液控油路 经油管和操纵阀流 回主回液管 活塞和顶梁升起 支撑顶板 4 推移运输机 当液压支架前移并重新支撑后 操纵阀转到推移位置 打开供液阀时 高压液体由主进液管经操纵阀 液控单向阀进入到推压千斤顶的活塞杆腔 活塞杆腔的 油液经油管和操纵阀流回主回液管 推移千斤顶的活塞杆伸出 以液压支架为支点 把 运输机推移到新的工作位置 在实际生产中 对于具体支架的动作 根据该支架的结构和需要来确定 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 9 二 液压支架的支撑承载能力 液压支架的支撑承载能力是指液压支架与顶板之 间相互力学原理 它包括初撑增阻 承载增阻和恒阻三个工作阶段 1 初撑增阻阶段 在升柱过程中 从顶梁接触顶板起 至支柱活塞腔的油液压力达 到泵站的工作压力时 松开手把 停止供液 液控单向阀立即关闭 阀球封闭了支柱活 塞腔的油液 这就是支架的初撑阶段 此时支柱和支架对顶板产生的支撑力称为初撑力 支柱初撑力 2 410cbDfP 吨 支架初撑力 cFn 吨 式中 泵站的工作压力 公斤 l 厘米 2 bP D 支柱缸体径经 厘米 n 每架支架的支柱数 支撑效率 垜式支架 1 支架初撑力的大小 取决于泵站的工作压力 支架支柱数和支柱缸体的内径以及架 型等 实际上支柱初撑后 活塞腔的油液压力由于阻力损失 操作情况和阀的灵敏度等 原因 往往低于泵站工作压力 2 承载增阻阶段 支架初撑后 随顶板的下沉 支柱活塞腔被封闭的油液受到压缩 油液压力继续升高 呈现承载增阻状态 这时由于支柱缸径增大 油液被压缩而体积缩 小 即使乳化液没有任何漏损 安全阀并未动作卸载 支柱总长度也降缩短 这个缩短 量可用下式计算 2d DlPlE 厘 米 式中 支柱由初撑力起到达工作阻力时 支柱内压力得增值 公斤 l 厘米 2 P 乳化液的体积压缩系数 近似取水的压缩系数 0 0000475 支柱内壁压缩液柱的高度 厘米 l 钢材的弹性系数 公斤 l 厘米 2 E82 10E 刚才的泊松比 0 28 D 支柱缸体外径 厘米 d 支柱缸体内径 厘米 这个缩短量是有弹性的 如果作用在支柱上的载荷 反过来从工作阻力减小到初撑 力时 支柱仍会恢复到原来的长度 因此 这个支柱长度上的缩短量 称为支柱的弹性 可缩量 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 10 根据开滦局井下实测 在各种不同的初撑力 工作阻力喝才高的情况下 MZ 1928 型支柱的弹性可缩量在 6 10mm 范围内 这个弹性可缩量会使支柱工作还未达到工作阻 力之前 就造成顶板的下沉 有可能使岩石离层 对顶板管理是不利的 经试验证明 减小支柱的弹性可缩量 对改善顶板管理起着重要的作用 具体措施是 使用高压乳化 液泵 提高支柱初撑力 改善单向阀的质量 要能及时关闭也路 注意操作方法 使支 柱下腔尽可能达到泵站的工作压力 3 恒阻阶段 支架承载后 如果完全支撑住顶板 不允许顶板下沉 需要有强大的 支撑力 在实际生产中 由于顶板压力有时相当巨大 想设计出能抗住巨大顶板压力 而一点也不让压的支架是及困难的 实际上也没有这种必要 都使支架能随顶板下沉 时 有一定的可缩量 但又保持一定的支撑力不敢于使顶板任意下沉而造成破坏冒落 要求支架即具有一定的支撑力 又具有可缩性 液压支架的这种特性 是由支柱的安全 阀来控制的 在顶板压力增大时 支柱活塞腔被封闭的油液压力就迅速升高 当压力值 超过安全阀的动作压力时 支柱活塞腔的高压液体经安全阀泄出 支柱降缩 支柱活塞 腔的液体压力减小 这就是支架的 让压 特性 当压力小于安全阀的动作压力时 安 全阀又关闭 停止卸液 支柱活塞腔的液体又被封闭 支架恢复正常工作 由于安全阀 动作压力的限制 支柱呈现出恒阻特性 此时支柱和支架承受的最大载荷称为工作阻力 支柱工作阻力 2za 410DfP 吨 支架工作阻力 zFnf 吨 式中 安全阀的动作压力 公斤 厘米 2 aP 支架的工作阻力取决于安全阀的动作压力 支架支柱数 支柱缸体内径和架型等 安全阀使支柱具有恒定的设计工作阻力 同时又使支柱在承受大于设计工作阻力的顶板 压力时 可随顶板的下沉而下缩 这就是液压支架的恒阻性和可缩性 未防止安全阀频 繁动作而失效 应使支架的工作阻力大于正常的顶板压力 也就是说 在工作生产过程 中 支架还没有达到设计工作阻力之前 就已前移到新的支撑位置 工作阻力是液压支架的一个基本参数 用来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 并不能完全反应支架对顶板的支撑力 因此常采用表示 单位面积顶板上所受支架工作阻力值大小的支护强度参数 来比较支架的支护性能 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 11 图 1 4 支架的支撑承载过程 支架支护强度 22 FWA 吨 米 式中 A 支架的支护面积 米 2 由上可知 支柱或支架工作时 其支撑力随时间的变化是 支架升起 顶梁开始接 触顶板至液控单向阀关闭时的初撑增阻阶段 to 初撑结束至安全阀卸载前的承载增阻阶 段 t1 和安全阀出现重复卸载时的恒定阶段 t2 这种变化过程反应了支架的支撑力和时间 之间的关系 图 1 4 图中虚线表示 有些支架的支柱并未达到额定的工作阻力值就已 降柱前移 支架前移后按原过程重新支撑 上述工作过程表明 液压支架在额定工作阻力值以下工作时 具有增阻性 以保证 支架顶板的有效支撑作用 当支架支撑力超过额定工作阻力值时 支架随顶板下沉而下 缩 使支架保持恒定的工作阻力 即具有可缩性和恒阻性 支架本身的增阻性取决于液 控单向阀和支柱的密封性能 可缩性和恒阻性则由安全阀的溢流性能决定 因此 液控 安全阀 单向阀 支柱这三个部件 是保证支架性能的关键元件 通过上述 对液压支架的工结构和工作原理的分析 可初步确定液压支架 1 8 液压支架的分类 一 按支架和围岩的相互作用 液压支架可分为支撑式 掩护式和支撑掩护式三类 图 1 5 支撑式支架 一 支撑式支架 图 1 5 是一种典型的支撑式支架 它有较长的顶梁 较多的支 柱 并呈垂直布置 支架的稳定性由支柱的复位机构来保证 因此有坚固的箱式底座 它靠支柱与顶梁的支撑作用 控制工作面的顶板 维护工作空间 而顶板岩石则在顶梁 后部切断跨落 这种类型的支架具有交大的支撑能力和良好的切顶性能 因此适应于顶 板坚硬完整 周期压力明显或强烈 底板也较硬的煤层中 二 掩护式支架 图 1 6 是掩护式支架的典型结构之一 它的顶梁较短 支柱一排 一般仅 1 2 根 多呈倾斜布 置与掩护梁连接或直接与顶梁相连接 它靠支柱和顶梁支撑顶板 而掩护梁只与冒落矸 石相接触 防止矸石涌入工作面 以维护一定的工作空间 这种类型的支架 有良好的 防矸掩护性能 主要适用于顶板中等稳定和破碎 底板也较软的煤层中 三 支撑掩护 式支架 支撑掩护式支架是介于支撑式和掩护式之间的一种架型 它的特点是 支柱两 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 12 排 每排 1 2 根 多呈倾斜布置 靠采空区一侧 装有掩护梁和四连杆机构 见图 1 2 这类支架靠支撑和掩护作用来维护工作空间 兼有支撑式和掩护式支架的优点 适用于顶板稳定和中等稳定 有较明显的周期压力 底板中等稳定的煤层中 支撑式 掩护式和支撑掩护式等三类支架中 对照采煤工艺对支架的要求来看 掩护式支架具有 很多特点和较广的适用范围 虽然掩护式支架单位工作面长度上的支撑能力不如其余两 种 但由于控顶距小单位面积上的支撑力较大 能对顶板进行有效的支撑 还有有效的 挡矸装置 能更好的适应破碎顶板的支护需要 支架本身为一定的运动机构 抗水平力 性能好 且便于支架前移 支架的结构和液压系数简单 操作简便 管理维修容易 支 架调高范围较大 对煤层厚度变化的适应性强 所以 掩护式支架在使用中已取的良好 的经济效果 使用范围正在扩大 二 按移动方式 液压支架可分为整体自移式和迈进式两类 一 整体自移式 支架成整体结构 因而整体移动 掩护式 和部分支撑式支架 均采用这种移架方式 图 1 6 掩护式支架 二 迈进式 迈进式支架又可分为交互前移式和提步前移式两种 1 交互前移式支架 是利用主副架护为着力点交互推拉前移的方式 架间安装推移千 斤顶和导向装置 一般节式支架常用这种移架方式 2 提步前移式支架 是采取顶梁不大量下降 提腿跨步的方式 例如 苏 2M 81 型 支撑掩护式支架 移架时沿着支撑柱顶板的临架顶梁推移 还有一种是滑行顶梁式支架 移架时本架顶梁在内部滑移 三 根据使用地点的不同 液压支架又可分为工作面支架和端头支架两类 上述各类支架均为工作面支架 用来支护工作面的顶板 端头支架 则用在工作面 两端与顺槽的连接处 由于此处的机械设备较多 需要占有的工作空间大 同时又是人 员的安全出口 要求端头支架能很好的和各设备相配合 达到有效的支护悬露面积较大 的顶板 因此 端头支架在结构上具有特殊性 1 9 采煤工作面对液压支架的设计要求 为了满足长臂工作面的生产要求对液压支架提出了以下要求 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 13 1 能有效的控制顶板 具体有这些要求 能适应顶板下沉 来压及冒落的特性 能防 支架前方与上方冒顶 不应出现陷底而影响性能与移架 2 保证安全的工作空间 具体要求如下 有宽敞的工作空间 能很好的防矸 排矸 能良好的通风 照明 通讯 防尘 防火 3 应该适应煤层地址条件变化 要求支架有足够的调高范围 适应不平顶底板 台阶 和断层等条件 适应煤层倾角变化 4 能够保证正常的生产循环 也就是说应保证正常移架 推溜 能与采煤 运输等工 艺准确配合 运输 安装 搬家方便 还得便于维修 5 最后对于投资者来说 应该保证初期投资低 维修费用低 本文做的主要工作 毕业设计名称 放顶煤液压支架设计 参数如下 1 要求工作阻力 500t 2 最大采高 4 5m 本次设计主要工作如下 四连杆机构的设计 主要结构件的结构设计 液压支架整 体受力分析 各主要结构件的受力分析及强度校核 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 14 2 液压支架整体结构设计 2 1 支架主要尺寸的确定 2 1 1 支架的高度 7 一般首先确定支架适用煤层的平均采高 然后确定支架高度 支架的最大高度与最 小高度的之差为支架的调高范围 调高范围越大 支架的适用范围越广 但过大的调高 范围会给支架结构设计造成困难 可靠性降低 mm 2 1 1maxaxSMH mm 2 2 2inin 式中 支架最大高度 mm max 支架最小高度 mm inH 最大采高 mm maxM 最小采高 mm in S1 考虑伪顶冒落的最大厚度 大采高支架取 200 400 mm 中厚煤层支架取 200 300mm 薄煤层支架取 100 200mm S2 考虑周期来压时的下沉量 移架时支架的下降量和顶梁上 底板下的浮矸之 和 薄煤层支架取 150 250mm 中厚煤层支架取 300 400mm 本设计最大采高 4500mm 取支架最大高度 maxM 4500 200 4700mm 2 3 maxH 由于此次设计对最小采高无具体限制 并且放顶煤液压支架的调高范围无需太大 取支架的调高范围为 1500mm 则支架的最小高度 4700 1500 3200mm 2 4 min 确定支架的最小高度时还应考虑井下的允许运输高度 2 1 2 支架的伸缩比 支架的伸缩比系指其最大高度与最小高度之比值 即 2 5 47 1320minax HKs Ks 反映支架对煤层厚度的适应能力 采用单伸缩立柱 Ks 值一般为 1 6 左右 若进一 步提高伸缩比 需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱 Ks 值一般为 2 5 左右 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 15 2 1 3 支架间距 所谓支架间距 就是相邻两支架中心之间的距离 用 bc 表示 支架间距 bc 要根据支架型式来确定 但由于每架支架的推移千斤顶都与工作面输送 机的一节溜槽相连 因此目前主要根据刮板输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块 的位置来确定 我国刮板运输机溜槽每节长度通常为 1 5 m 千斤顶连接位置在刮板槽槽 帮中间 所以除节式和迈步式支架外 支架间距一般为 1 5 米 本设计取 bc 1 5 m 2 1 4 支架宽度 支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度 宽度的确定应考虑支架的运输 安装和调架 要求 支架顶梁一般装有活动侧护板 侧护板行程一般为 150 200mm 其中宽面顶梁一 般为 1200mm 1500mm 节式支架一般为 400mm 600mm 本次设计取支架顶梁的最小 宽度为 1380mm 最大宽度为 1550mm 亦即顶梁侧护板侧推千斤顶的行程取 170mm 2 1 5 底座长度 所谓底座 就是将顶板压力传递到底板的稳固支架的部件 在设计支架的底座长度 时 应考虑以下几个方面 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 的稳定性等 通常 掩护式支架的底座长度取 3 5 倍的移架步距 即 2 1m 左右 支撑掩 护式支架对底座长度取 4 倍的移架步距 即 2 4m 左右 考虑本支架用四立柱 本次设计 底座为 3230mm 2 2 支架四连杆机构的确定 2 2 1 四连杆机构的作用 1 梁端护顶 鉴于四连杆机构可使托梁铰接点呈双纽线运动 故可选定双纽线的近 似直线部分作为托梁铰接点适应采高的变化范围 这样可使托梁铰接点运动时与煤壁接 近于保持等距 当梁端距处于允许值范围之内时 借此可以保证梁端顶板维护良好 2 挡矸 鉴于组成四连杆机构的掩护梁既是连接件 又是承载件 8 为了承受采空 区内破碎岩石所赋予的载荷 掩护梁一般做成整体箱形结构 具有一定强度 由于它处 在隔离采空区的位置 故可以起到良好的挡矸作用 3 抵抗水平力 观测表明 综采面给予支架的外载 不但有垂直于煤层顶板的分力 而且还有沿岩层层面指向采空区方向 或指向煤壁方向 的分力 这个水平推力由液压 支架的四连杆机构承受 从而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱弯曲变形 4 提高支架稳定性 鉴于四连杆机构将液压支架连成一个重量较大的整体 在支架 承载阶段 其稳定程度较高 2 2 2 四连杆机构设计的要求 1 支架高度在最大和最小范围内变化时 如图 2 1 所示 顶梁端点运动轨迹的最大宽 度 应小于或等于 70mm 最好为 30mm 以下 e 2 支架在最高位置时和最低位置时 顶梁与掩护梁的夹角 和后连杆与底平面的夹角P 如图 2 1 所示 应满足如下要求 支架在最高位置时 52 62 75 85 Q Q 支架在最低位置时 为有利于矸石下滑 防止矸石停留在掩护梁上 根据物理学摩擦理 论可知 要求 如果钢和矸石的摩擦系数 0 3 则 16 7 为了安全可靠 tanPW W 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 16 最低工作位置应使 25 为宜 而 角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离 防止支PQ 架后部冒落岩石卡住后连杆 使支架不能下降 一般取 25 30 在特殊情况下需要Q 角度较小时 可提高后连杆下铰点的高度 3 从图 2 1 中可知 掩护梁与顶梁铰点 和瞬时中心 O 之间的连线与水平线夹角为 e 设计时 要使 角满足 的范围 其原因是 角直接影响支架承受附加力的数值 tan0 35 大小 4 应取顶梁前端点运动轨迹双扭线向前凸的一段为支架工作段 如图 2 1 所示的 h 段 其原因为当顶板来压时 立柱让压下缩 使顶梁有向前移的趋势 可防止岩石向后移动 又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向采空区 同时底板阻止底座向后移 使整个支架产 生顺时针转动的趋势 从而增加了顶梁前端的支护力 防止顶梁前端上方顶板冒落 并 且使底座前端比压减小 防止啃底 有利移架 水平力的合力也相应减小 所以减轻了 掩护梁的外负荷 图 2 1 四连杆机构几何特征图 从以上分析可知 为使支架受力合理和工作可靠 在设计四连杆机构的运动轨迹时 应尽量使 值减小 取双扭线向前凸的一段为支架工作段 所以 当已知掩护梁和后连杆e 的长度后 从这个观点出发 在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构 运 用作图法就可以了 如图 2 2 图 2 2 掩护梁和后梁杆构成曲柄滑块机构 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 17 2 3 四连杆机构的设计 四连杆机构的设计的主要方法有 直接求解法 解析法 几何作图法等 本设计根 据液压支架尺寸关系采用几何作图法进行计算 如图 2 3 图 2 3 液压支架尺寸关系 2 3 1 掩护梁和后连杆长度的确定 用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度 如图 3 8 所示 图 2 4 掩护梁和后连杆计算图 设 G 掩护梁长度 mm A 后连杆长度 mm 其中 P1 支架最高位置时 掩护梁与顶梁夹角 度 P2 支架最低位置时 掩护梁与顶梁夹角 度 Q1 支架最高位置时 后连杆与底平面夹角 度 Q2 支架最低位置时 后连杆与底平面夹角 度 按四连杆机构的几何特征要求 选定 由于支架型式不同 对于掩oo75 211 QP 护式支架 一般 A G 的比值按以下范围来取 A G 0 45 0 61 取 A G 0 58 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 18 支架在最高位置时有 2 6 111siniQAPGH H1 4700 900 400 3400mm 因此掩护梁长度为 2522 255mm 2 7 11si sip 后连杆长度为 A G A G 1462 908 mm 取整得 G 2522mm A 1463mm 2 3 2 几何作图法作图过程 用几何作图法确定四连杆机构的各部尺寸 具体作法如图 2 5 所示 具体作图步骤如下 1 确定后连杆下铰点 O 点的位置 使它比底座面略高 900 2 过 O 点作与底座面平行的水平线 H H 线 3 过 O 点作与 H H 线的夹角为 Q1 的斜线 4 在此斜线截取线段 长度等于 A 1463mm a 点为支架在最高位置时后连杆oa 与掩护梁的铰点 5 过 a 点作与 H H 线有交角 P1 的斜线 以 a 点为圆心 以 G 点为半径作弧交斜 线一点 E 此点为掩护梁与顶梁的铰点 6 过 E 点作 H H 线的平行线 则 H H 线与 F F 线的距离为 H1 为液压支架的最 高位置时的计算高度 7 以 a 点为圆心 以 0 22G 554 84mm 圆整为 555mm 长度为半径作弧 在掩护梁上 交一点 b 为前连杆上铰点的位置 8 作点 E2 距 E 点 1500mm 此为支架在最低位置时 顶梁与掩护梁的铰点 9 以 E2 点为圆心 掩护梁长 为半径 以 o 为圆心 作 为半径圆弧 相交于 a2 aeoa 点 oa2 的长度等于 A a2 点为支架降到最低位置时 掩护梁与后连杆的铰点 10 以 a2 为圆心以 0 22G 长度为半径作弧 在掩护梁上交一点 b2 为支架在最低位 置时前连杆上铰点的位置 11 取 2 线之间一点 e1 为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁铰点 e 12 以 O 为圆心 为半径圆弧 oa 13 以 e1 点为圆心 掩护梁长 为半径作弧 交前圆弧上一点 a1 以点为液压支架e 降到中间某一位置时 掩护梁与后连杆的铰点 14 以 1 连线 并以 a1 点为圆心 以 0 22G 长度为半径作弧 交 1 上一点 b1 点 e ae 则 b b1 b2 三点为液压支架在三个位置时 前连杆上铰点 15 由 b b1 b2 三点确定的圆心 C 为前连杆下铰点位置 16 过 C 点 H H 线作垂线 交点 d 则线段 和 为液压支架四连杆oabcdo 机构 17 按以上初步求出的四连杆机构的几何尺寸 再用几何作图法画出液压支架掩护 梁与顶梁铰点 e1 的运动轨迹 只要逐步变化四连杆机构的几何尺寸 便可以画出不同的 曲线 再按四连杆机构的几何特征进行校核 最终选出较优的四连杆机构尺寸 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 19 图 2 5 液压支架四连杆机构的几何作图法 结论 后连杆长度 A 1463mm 掩护梁长度 G 2522mm 前连杆长度 C 1543mm 前后连杆下铰点底座投影距离 E 792mm 前后连杆下铰点垂直距离 D 552mm 2 4 顶梁结构设计 2 4 1 基本概念 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以外 还要保证支护 顶板的需要 顶梁作用是支护顶板一定面积的直接承载部件 并为立柱 掩护梁 护顶装置等提 供必要的连接点 用途 a 用于支撑维护控顶区的顶板 b 承受顶板的压力 c 将顶板载荷通过立柱 掩护梁 前后连杆经底座传到底板 2 4 2 顶梁分类 支架常用顶梁形式有三种 整体顶梁 铰接顶梁和楔形结构顶梁 铰接顶梁的前段 称为前梁 后段称为主梁 一般简称顶梁 整体顶梁 整体顶梁 图 2 2 的特点是 结构简单 可靠性好 顶梁对顶板载荷的平衡能力较 强 前端支撑力较大 可以设置全长侧护板 有利于提高顶板覆盖率 改善支护效果 减少架间漏矸 为改善接顶效果和补偿焊接变形 整体顶梁前端 800 1000mm 一般 上翘 1 3 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 20 图 2 2 整体顶梁 图 2 3 铰接顶梁 1 前梁 2 前梁千斤顶 3 顶梁 铰接式顶梁 铰接式顶梁如图 2 3 所示 在前梁千斤顶的推拉下 前梁可以上下摆动 对不平顶 板的适应性较强 运输时可以将前梁放下与顶梁垂直 以减少运输尺寸 前梁千斤顶必 须有足够的支撑力的联接强度 前 梁上不宜设置侧护板 为了顺利移架 前梁间一般要 留有 100 500mm 间隙 从而增加了破碎顶板漏矸的可能性 楔形顶梁 楔形结构梁如图 2 4 所示 楔形梁 1 和后梁 4 通过销轴铰接 而千斤顶铰接于顶梁 上 楔形结构梁利用构件间摩擦自锁原理 通过楔块 2 与楔形梁 1 和顶梁 4 之间的摩擦 作用 使楔形梁 1 楔块 2 和后梁 4 在受载时保持为一个 整体 如同整体刚性顶梁 这 样 该梁宜具有整体刚性顶梁前端支护力大的优点 由于楔形梁 1 与后梁 4 为铰接结构 当操作楔形梁千斤顶伸出或缩回时带动楔形块前后移动 从而使楔形梁 1 绕铰轴上下摆 动 其摆动范围取决于楔形块的行程和楔角的大小 由于摆动范围较铰接顶梁小 因而 该梁不具有铰接顶梁的灵活性 此外 在运输时楔形梁 1 可以放到下垂位置 缩短了运 输尺寸 从而方便运输和安装 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 21 图 2 4 楔形结构梁 1 楔形梁 2 楔块 3 楔形梁千斤顶 4 后梁 现根据常用液压支架顶梁形式各自特点 本设计采用整体顶梁 2 4 3 对顶梁长度的影响 1 支架工作方式对支架顶梁长度的影响 支架工作方式对支架顶梁长度的影响很大 从液压支架的工作原理可以看出 先移 架后推溜方式 又称及时支护方式 要求顶梁有较大长度 先推溜后移架方式 又称滞 后支护方式 要求顶梁长度较短 这是因为采用先移架后推溜的工作方式 支架要超前 输送机一个步距 以便采煤机过后 支架能及时前移 支控新暴露的顶板 做到及时支 护 因此 先移架后推溜时顶梁长度要比先推溜后移架时的顶梁长度要长一个步距 一 般为 600mm 2 配套尺寸对顶梁长度的影响 设备配套尺寸与支架顶梁长度有直接关系 为了防止当采煤机向支架内倾斜时 采 煤机滚筒不截割顶梁 同时考虑到采煤机截割时 不一定把煤壁截割成一垂直平面 所 以在设计时 要求顶梁前端距煤壁最小距离 梁端距 为 T 300mm 这个距离叫空顶距 另外在输送机铲煤板前也留有一定距离 一般为 E 100 150mm 左右 也是为了防止采 煤机截割煤壁不齐 给推移输送机留有一定的距离 除此而外 所有配套设备包括采煤 机和输送机 均要在顶梁掩护之下工作 在此来计算顶梁长度 工作面无立柱空间宽度 R B E W X d 2 式中 B 为截深 mm W 为工作面输送机总宽度 mm X 为支架前柱与电缆槽之间的 距离 mm 根据配套尺寸关系 在设计中选用采煤机和运输机型号为 采煤机 MGD150 NW 型 前输送机 SGZ764 264 型 后输送机 SGW 40T 型 配套尺寸与采煤 机截深 输送机宽度等有关 配套尺寸 800 150 764 352 2066mm 2 8 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 22 图 2 5 配套尺寸 2 4 4 顶梁断面形状 顶梁都为箱式结构 一般由钢板焊接而成 为加强结构的刚度 在上下盖板之间焊 有加强筋板 构成封闭式棋盘型 顶梁前端呈滑撬式或圆弧形 以减少移架阻力 在顶 梁下面焊有铸钢柱窝 柱窝两侧有孔 用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来 支撑掩 护式支架在顶梁后端有销孔 通过销轴与掩护梁上的销孔相连 对于支撑掩护式支架 为了便于侧护板能自由伸缩 要在顶梁顶面上加焊一块比侧 护板稍厚的钢板 称为顶板 如图 2 6 所示 同时增强了顶梁的结构强度 图 2 6 顶梁断面 2 4 5 顶梁参数的计算 1 顶梁长度的计算 顶梁长度 L 配套尺寸 底座长度 A cosQ1 G cosP1 300 e 2 9 式中 配套尺寸为 2066mm 底座长度为 3230 mm P1 520 Q1 750 代入公式 2 9 中得 顶梁长度 L 2066 3230 1463 cos750 2522 cos520 300 30 5674 65 5675mm 2 顶梁宽度 顶梁宽度根据支架间距和架型来定 架间间隙为 0 2m 左右 其中宽面顶一般为 1 4 1 59m 节式支架一般为 0 4 0 6m 此处取 1500mm 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 23 3 顶梁面积 A A L B 2 10 式中 L 顶梁长度 mm B 顶梁宽度 mm 代入公式 2 10 得 A 5675 1500 8 5125 m2 4 支护面积 Fc Fc Bc L 2 11 式中 Fc 支护面积 m2 移架后顶梁前端点到煤壁的距离 m 一般 300mm Bc 支架间距 支架中心距 一般为 1500mm 代入公式 2 12 得 Fc 1500 5675 300 8 9625 m 2 5 顶板覆盖率 A Fc 100 式中 顶板覆盖率 A 顶梁面积 m 2 Fc 支护面积 m 2 代入式中得 8 5125 8 9625 100 94 98 6 理论支护阻力 F1 F1 Fc q 2 12 x 式中 F 1 支架的理论支护阻力 KN Fc 支护面积 m2 q 支护强度 查表得 1 3 343KN M2x 支架在最高处的理论支护阻力为 F1 8 9625 573 3 5138 2 KN 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 24 2 5 掩护梁结构的设计 2 5 1 掩护梁的作用和用途 掩护梁是支架的掩护构件 它有承受冒落矸石的载荷和顶板通过顶梁传递的水平载 荷引起的弯矩 掩护梁的用途 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性能 2 5 2 掩护梁的结构型式 掩护梁的结构为钢板焊接的箱式结构 在掩护梁上端与顶梁铰接 下部焊有与前 后连杆铰接的耳座 有的支架在掩护梁上焊有立柱柱窝 活动侧护板装在掩护梁的两侧 从侧面看掩护梁 其形状有直线型 折线型 如图 2 8 所示 图 2 8 掩护梁结构型式 1 顶梁 2 掩护梁 3 立柱 4 前连杆 5 后连杆 6 底座 7 限位千斤顶梁的结构型式 折线型相对直线型支架端面大 结构强度高 但工艺性差 所以很少采用 从掩护 梁的宽度方向来分 可分为整体式和对分式两种 对分式结构尺寸小 易于加工 运输 和安装 但结构强度差 所以本次设计采用的是整体式 直线型 2 5 3 掩护梁的参数确定 1 掩护梁的长度 G 掩护梁就是两铰点的距离 由前面的四连杆机构可得知 掩护梁长度为 2522mm 2 掩护梁宽度 By 本设计掩护梁宽度与顶梁宽度相同 所以掩护梁宽度为 1500mm 3 掩护梁上前后连杆铰点位置 通过比较 可确定前后连杆铰点位置 水平和垂直方向 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 25 图 2 9 掩护梁焊接方式 图 2 10 掩护梁 2 6 底座结构设计 2 6 1 底座设计要求 底座是液压支架的主要承载部件 它把顶板的压力传递给底板 它是支架的结构基 础 因此 对底座的设计有以下要求 1 要有足够的强度和刚度 2 对底板有较好的适应性和较小的比压 3 能获得足够的空间安装立柱 推移千斤顶 液压操纵系统和其他装置 4 便于人员行走 操纵支架和采煤机等 5 有一定的重量以保持支架的稳定性 6 满足快速移架和顺序排矸的要求 2 6 2 底座的选型 底座的结构型式通常有三种类型 中国矿业大学成人教育学院 2014 毕业设计 26 a b 图 2 11 底座分类 1 整体式 整体式底座是用钢板焊接成的箱式结构 整体性强 稳定性好 强度高 不易变形 与底板接触面积大 比压小 如图 a 2 对分式 为使底座