放顶煤开采液压支架设计[毕业论文+CAD图纸]

煤矿机械毕业设计论文：放顶煤开采液压支架设计含论文，CAD图纸

放顶煤开采液压支架设计[毕业论文+CAD图纸]

放顶煤开采液压支架设计[毕业论文+CAD图纸]

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，掩护梁和四连杆机构，侧护板，底座，立柱，千斤顶。设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。

在放顶煤开采液压支架设计过程中，前梁、主顶梁、掩护梁和立柱等结构件的设计是重点。本论文介绍了放顶煤液压支架的结构，类型，工作原理，特点，目的及要求，对放顶煤开采液压支架作了详尽的分析和介绍，讲述了这种支架的方案和用途。

关键词：放顶煤液压支架；支护；四连杆机构顶梁；掩护梁；液压支柱

ABSTRACT

The comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country , raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining.

Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. Principle.

In the design course that the type of caving hydraulic support, the design of canopy and caving shield and props is key. This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support.

Keyword: caving hydraulic support ；shoring ；4 linkage mechanisms；
canopy caving shield；hydraulic legs

目 录

1 绪论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1.1 液压支架概述•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1.2 我国液压支架的发展••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2
1.3 液压支架的发展方向•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2
1.4 液压支架的基本结构组成与工作原理•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3
1.4.1 液压支架的基本结构组成••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3
1.4.2 工作面成套液压支架的组成••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6
1.4.3 支架液压系统的特点•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
1.4.4 液压支架的支护方式••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8
1.5 液压支架分类•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.6 放顶煤开采工艺及放顶煤液压支架•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
1.7 放顶煤液压支架结构的基本特点、设计的技术特征及基本参数••••••••• ••• 11
1.8 本文所做工作•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 12
2 液压支架整体结构设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 13
2.1 支架架型的确定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
2.2 支架高度的确定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 14
2.2.1 支架最大结构高度••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
2.2.2 支架最低结构高度•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
2.3 调高比•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 15
2.4 中心距和宽度的确定•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
2.5 梁端距和顶梁长度的确定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
2.6 顶梁型式的选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 16
2.7 支架侧护板型式的选择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
2.8 底座型式的选择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22
2.8.1 功能•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 22
2.8.2 结构形式与选择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 22
2.9 柱间距和筋板配置•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 25
2.10 推移装置的型式选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 28
2.11 护帮（挑梁）装置型式的选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29
2.12 支架整体四连杆机构的设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••32
2.12.1 四连杆机构的作用•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32
2.12.2 四连杆机构的设计要求••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33
2.12.3 四连杆机构设计方法的选择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33
3 针对放顶煤液压支架的机构设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 43
3.1 放煤口及放煤机构的设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 43
3.2 喷雾降尘系统•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 44
3.2.1 喷雾降尘系统的组成••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 45
3.2.2 设计原则••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 45
3.3 低位放顶煤液压支架的液压系统••••••••••••••••••••••••••••••• 45
3.3.1 低位放顶煤支架液压系统的特点•••••••••••••••••••••••••••••• 45
3.3.2 低位放顶煤支架液压系统工作机构••••••••••••••••••••••••• 46
3.3.3 低位放顶煤支架液压控制系统•••••••••••••••••••••••••••••••• 47
4 立柱和千斤顶的设计选择和立柱的校核•••••••••••••••••••••••••••••••••52
4.1 立柱的设计选择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••52
4.1.1 液压支架立柱型式••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 52
4.1.2 立柱内径及活塞外径系列•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••54
4.1.3 组成立柱的主要组件、部件和零件•••••••••••••••••••••••••••••• 55
4.1.4 立柱典型结构••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 59
4.2 千斤顶的设计选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 65
4.2.1 千斤顶型式••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 65
4.2.2 千斤顶内径及活塞杆外径••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 66
4.2.3 千斤顶的结构组成••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 66
4.3 立柱的校核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 68
4.3.1 液压支架立柱、千斤顶结构合理化•••••••••••••••••••••••••• 68
4.3.2 设计的主要问题•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 68
4.3.3 立柱稳定性验算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 70
4.3.4 立柱活塞杆强度验算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••72
4.3.5 立柱的纵向弯曲稳定性计算•••••••••••••••••••••••••••••••• 75
5 液压支架主体受力分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 76
5.1 工作状态分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
5.2 顶梁的受力分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 77
5.3 底座的受力分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 78
6 液压支架强度计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 80
6.1 概述••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 80
6.1.1 检验目的••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 80
6.1.2 检验分类•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 80
6.1.3 检验标准••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 80
6.1.4 检验一般条件•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 81
6.2 顶梁的校核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 82
6.3 底座强度校核••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 86
6.4 连杆的校核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 91
6.4.1 连杆拉压强度的校核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••91
6.4.2 连杆抗扭强度的校核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••91
6.4.3 连杆单腔室剪力流的校核••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••91
6.4.4 连杆扭转刚度的校核••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••92
6.5 掩护梁的校核••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 93
6.5.1 掩护梁抗扭强度的校核••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••93
6.5.2 掩护梁三腔室剪力流校核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••93
7 液压支架的使用、维护与发展趋势••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••94
7.1 液压支架操作维护•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 94
7.2 维护和管理的具体内容•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••94
7.3 支架在操作过程中的问题••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••96
7.4 液压支架的发展趋势••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 97
8 液压支架防倒防滑及调架装置的设计研究••••••••••••••••••••••••••••••98
9 液压支架的研究途径和现代设计方法••••••••••••••••••••••••••••••••••• 99
9.1 液压支架的研究途径•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••99
9.2 液压支架现代设计方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••100
9.3 本文存在的问题•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 101
结 论••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 101
参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 103
翻译部分•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••104
英文原文•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••104
中文译文•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 110
致 谢••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••115

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3.5－5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。

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。综合机械化采煤不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻繁重的体力劳动，改善工人的作业环境，保护工人的生命安全，是煤炭工业技术的发展方向。我国综采技术日趋成熟，不但生产水平，而且工艺水平已进入世界先进行列。液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之一，其重量约为综采设备总重量的80%-90%，其费用约占综采设备总费用的60%-70%。因此，为了降低成本，提高采煤的经济效益，世界各产煤大国都一直在积极地开展液压支架的研究。

依靠科技进步，建设高产高效矿井，实现煤矿生产的机械化、自动化和安全高效，是煤炭工业发展的根本出路。改革开放以来，我国煤炭科学技术取得了突飞猛进的发展，开采工艺及装备水平不断提高，机械化程度逐年上升，安全生产状况显著改善，高产高效记录不断刷新。一大批创新科研成果不断涌现并推广应用，使我国煤矿开采技术跻身世界先进行列。

1.1液压支架概述

液压支架是在摩擦支柱和单体液压支柱等基础上发展起来的工作面机械化支护设备。它与滚筒采煤机（或刨煤机）、可弯曲刮板输送机、转载机及胶带输送机等形成了一个有机的整体，实现了包括采、支、运等主要工序的综合机械化采煤工艺，从而使长壁采煤技术进入了一个新的阶段。

液压支架能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，防止矸石窜入工作面，保证作业空间，并且能够随着工作面的推动而机械化移动，不断地将采煤机和输送机推向煤壁，从而保证了工作面高产、高效和安全生产的要求。液压支架的总重量得初期投资费用占工作面整套综采设备的60%~70%左右，因此液压支架成了现代采煤技术中的关键设备之一。

我国于70年代初，首先研制成功了垛式、节式等支撑式支架，以及关键的液压元部件。70年代中期，研制成功了掩护式与支撑掩护式支架。由于这种架型的优良性能，很快就获得了推广，并逐步取代了早期的垛式和节式支架。在引进、消化国外支架的基础上，我国已经形成了一支有一定规模得从事液压支架的设计、研究、制造和检验的专业队伍，积累了丰富的经验，已经开发研制了多种适合我国煤矿的不同生产地质条件的液压支架。指甲最大高度已经达到5m，最小高度为0.5m；适应最大倾角可达 ；最大工作阻力达10000KN。不仅有用于一般工作面得液压支架，还有用于放顶煤、分层铺网采煤等条件下的特种用途液压支架。

1.2我国液压支架的发展

我国20世纪80年代中期开始研制液压支架电液控制系统，1991年有关生产厂家研制出支架电液控制系统，有关研究院所研制出全套电液控制液压支架。由于种种原因，未能推广开。

我国研制液压支架电液控制系统起步较晚，虽然对液压支架电液控制系统的研究已经历了十几年的时间，但进展缓慢，目前处于进一步完善阶段，还没有在井下推广使用。从我国已研制出的支架电液控制系统来看，也还处于单架和成组程序控制的初步阶段，而液压支架与采煤机、输送机联动的全工作面自动化控制还处在探讨研制阶段。目前。国内的神东集团、兖矿集团、铁煤集团、开滦集团已引进国外电液控制支架得到了成功的应用．取得了很好的技术经济效益。液压支架电液控制系统是实现综采工作面高产高效的关键设备，也是今后的发展方向，这是我国国民经济快速发展和煤炭生产高产高效集约化发展的需要，是煤炭生产技术发展进步的必然结果。

1.3液压支架的发展方向

当前世界的液压支架的发展反向：

1 掩护支架化：由于掩护与支撑掩护式支架的优良性能，今后仍然将是工作面液压支架的主要架型。

2 轻型化：进行优化设计，减轻支架重量，这样不仅降低成本，而且利于运输搬家，适应中小煤矿和地质结构多的煤层。

3 强力化：为了适应工作面高产、高效；增加液压支架的可靠性，减少维修，满足地质条件较好的大、中型矿井集中化生产等要求，在美国、澳大利亚