買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 摘 要 隨著煤炭資源的日益減少，如何更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)薄煤層的開(kāi)采成為了一個(gè)重要話題。在我國(guó)西南部的很多礦區(qū)，薄煤層已經(jīng)成為主采煤層。液壓支架作為煤礦開(kāi)采的重要支護(hù)設(shè)備，在保證工人的人身安全的同時(shí)，還要提高煤礦的生產(chǎn)效率。因此，研制高質(zhì)高效的薄煤層液壓支架具有重要的意義。 傳統(tǒng)的液壓支架使用兩柱或四柱支撐，工作阻力小，而且四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)起來(lái)十分困難，最終只能用近似的雙紐線實(shí)現(xiàn)頂梁端部的運(yùn)動(dòng)，頂梁仍然有傾向煤壁的趨勢(shì)。本文設(shè)計(jì)的液壓支架采用八根立柱支撐，支護(hù)阻力大，取消了四連桿機(jī)構(gòu)，用立柱的液壓力抵抗水平力，是 液壓支架設(shè)計(jì)方法的巨大進(jìn)步。 本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括：頂梁、底座、前梁、立柱等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立液壓支架的三維模型，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真，最后進(jìn)行有限元分析校核關(guān)鍵部件的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)的過(guò)程中參考了現(xiàn)有液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，如頂梁的箱形結(jié)構(gòu)、底座的底分式結(jié)構(gòu)等。 本設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：八根立柱對(duì)頂板實(shí)現(xiàn)密集支護(hù)，不僅提高了支護(hù)阻力，而且可以通過(guò)更換不同缸徑的懸浮式立柱，實(shí)現(xiàn) 支架的模塊化設(shè)計(jì)、 集成化裝配和規(guī)?；a(chǎn)，大大縮短了生產(chǎn)和檢測(cè)周期，加快了我國(guó)綜采機(jī)械化生產(chǎn)進(jìn)程。薄煤層液壓支架一般采用鄰架控制，為了減 少管路上的壓力損失，方便人員的操作，設(shè)計(jì)了一種先導(dǎo)控制的液壓系統(tǒng)，對(duì)液壓支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 液壓支架； 超靜定結(jié)構(gòu)； 運(yùn)動(dòng)仿真； 有限元分析 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 1 緒論 5 煤層開(kāi)采技術(shù) 5 壓支架的用途及分類(lèi) 5 壓支架的作用 5 壓支架的工作過(guò)程 5 壓支架的現(xiàn)場(chǎng)布置 7 壓支架的分類(lèi) 8 壓支架的支護(hù)方式 9 液壓支架的基本要求 9 煤層液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 9 壓支架的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 10 靜定結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和優(yōu)點(diǎn) 13 2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 壓支架的設(shè)計(jì)參數(shù) 14 架的高度和支架的伸縮比 14 架高度 14 架的伸縮比 14 架間距 14 座長(zhǎng)度的確定 15 梁尺寸 15 架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 15 梁長(zhǎng)度 15 梁寬度 16 板覆蓋率 17 柱布置 17 柱數(shù) 17 撐方式 17 3 液壓支架部件設(shè)計(jì) 18 梁 18 要作用 18 構(gòu)型式 18 梁結(jié)構(gòu)和斷面形狀 19 護(hù)板的設(shè)計(jì) 20 護(hù)板的作用 21 護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 21 護(hù)板尺寸的確定 22 座的設(shè)計(jì) 22 座的作用 22 座的結(jié)構(gòu)形式 23 移裝置的設(shè)計(jì) 24 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 移裝置的用途 24 移裝置的要求 24 移裝置的結(jié)構(gòu) 24 柱的設(shè)計(jì) 27 柱的類(lèi)型 27 浮式液壓支柱的優(yōu)點(diǎn) 28 助裝置的設(shè)計(jì) 28 幫裝置的設(shè)計(jì) 28 倒裝置的設(shè)計(jì) 30 壓支架的主要技術(shù)參數(shù) 31 護(hù)面積 31 護(hù)強(qiáng)度 31 護(hù)效率 31 斤頂參數(shù)的設(shè)計(jì) 32 移千斤頂 32 推千斤頂 32 4 立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 32 伸縮立柱缸徑和工作阻力的確定 33 伸縮立柱缸徑的確定 33 站壓力的確定 33 柱初撐力的計(jì)算 33 柱工作阻力的計(jì)算 34 柱缸體壁厚的計(jì)算 34 缸穩(wěn)定性驗(yàn)算和立柱強(qiáng)度校核 34 缸穩(wěn)定性驗(yàn)算 34 柱強(qiáng)度驗(yàn)算 35 體與缸底焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算 37 5 液壓支架受力分析 38 述 38 架工作狀態(tài) 38 算載 荷的確定 38 壓支架的受力分析與計(jì)算 39 梁的受力分析與計(jì)算 39 頂梁的受力分析與計(jì)算 40 座的受力分析與計(jì)算 41 梁的載荷分布 41 座接觸比壓 42 6 液壓支架強(qiáng)度計(jì)算 44 度條件 44 梁強(qiáng)度校核 45 梁強(qiáng)度校核 48 座強(qiáng)度校核 52 軸及耳板的強(qiáng)度校核 55 梁與頂梁聯(lián)結(jié)處銷(xiāo)軸的強(qiáng) 度校核 56 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 梁與頂梁聯(lián)結(jié)處耳板的強(qiáng)度校核 57 柱與底座處銷(xiāo)軸的強(qiáng)度校核 57 柱銷(xiāo)軸支座的強(qiáng)度校核 58 他地方銷(xiāo)軸和耳板的強(qiáng)度校核 59 7 液壓支架的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 59 壓支架的液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 59 壓支架傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 59 壓支架的液壓傳動(dòng)特點(diǎn) 59 壓支架的控制方式 60 壓支架的液壓系統(tǒng)擬定 60 8 液壓支架的運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析 63 于 的三維實(shí)體建模 63 模的目的與意義 63 中建模方法 64 中虛擬裝配 66 中運(yùn)動(dòng)仿真 67 仿真結(jié)果分析 69 于 2 的有限元分析 72 擬壓架實(shí)驗(yàn) 73 2 有限元分析 73 9 結(jié)論 78 10 參考文獻(xiàn) 79 11 翻譯 80 中文譯文 84 12 致謝 91 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 緒論 煤炭工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。我國(guó)的薄煤層資源豐富，全國(guó)薄煤層的儲(chǔ)量占全部可采儲(chǔ)量的 分布面廣，煤質(zhì)好。但由于薄煤層采煤生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟(jì)效益差，部分煤礦不重視薄煤層的開(kāi)采，造成許多薄煤層煤炭資源嚴(yán)重浪費(fèi)。隨著厚煤層及中厚煤層煤炭資源的逐漸減 少，許多煤礦開(kāi)始重視對(duì)薄煤層的開(kāi)采工作。 液壓支架是現(xiàn)代化煤礦進(jìn)行高效綜采和安全生產(chǎn)最為關(guān)鍵的設(shè)備之一。無(wú)論是采用刮板輸送機(jī)、滾筒采煤機(jī)和液壓支架的綜采技術(shù)，還是運(yùn)行軌道、強(qiáng)力刨煤機(jī)和液壓支架的綜采技術(shù)，液壓支架都是作為煤礦井下支護(hù)關(guān)鍵設(shè)備，因此，研究高質(zhì)高效的薄煤層液壓支架有著重要的意義。 煤層開(kāi)采技術(shù) 五十年代以前，我國(guó)在薄煤層中主要使用炮采工藝，以后使用了截煤機(jī)掏槽爆破落煤，并發(fā)展了薄煤層采煤機(jī)，六十年代開(kāi)始采用刨煤機(jī)，并在技術(shù)上逐步得到完善。薄煤層開(kāi)采應(yīng)有合適的配套設(shè)備，目前，從國(guó)內(nèi)外發(fā)展來(lái) 看，比較理想的是刨煤機(jī)或爬底板式采煤機(jī)采煤，用液壓支架進(jìn)行支護(hù)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)械化。 在現(xiàn)有技術(shù)條件下， 右煤厚的煤層可用的采煤方法有： 1 傳統(tǒng)的長(zhǎng)壁炮采采煤法； 2 單體液壓支柱高檔普采采煤法； 3 薄煤層螺旋鉆采煤法； 4 綜合機(jī)械化采煤法。 以上四種可行的薄煤層采煤方法中，第一、二種采煤方法由于工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)條件惡劣，生產(chǎn)效率低，同時(shí)不符合現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展方向，除個(gè)別開(kāi)采條件過(guò)于復(fù)雜，難以使用綜采機(jī)組開(kāi)采的區(qū)域以外，不應(yīng)推薦其作為主要的采煤方法。第三種采煤方法具有勞動(dòng)強(qiáng)度較小，作業(yè)環(huán)境良好的優(yōu)點(diǎn)，但 由于其生產(chǎn)效率太低，難以使作為保護(hù)層開(kāi)采的薄煤層開(kāi)采和主采煤層的開(kāi)采速度相配套，也難以作為薄煤層開(kāi)采的主要采煤方法。只有薄煤層綜采開(kāi)采既具有工人勞動(dòng)強(qiáng)度小、作業(yè)環(huán)境較好的優(yōu)點(diǎn)，也具有安全高效的優(yōu)勢(shì)，滿(mǎn)足了主采煤層高強(qiáng)度開(kāi)采的需要，更代表了薄煤層采煤方法的技術(shù)發(fā)展方向 ,因此，對(duì)于薄煤層的高產(chǎn)高效提出了更高的要求。 壓支架的用途及分類(lèi) 壓支架的作用 液壓支架是綜采工作面的主要設(shè)備之一，它的主要作用是支護(hù)采場(chǎng)頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。實(shí)踐表明，液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高 、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架與可彎曲刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜采機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，是實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。 壓支架的工作過(guò)程 1 支架的升降和推移 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 圖 壓支架工作原理圖 123456 7、 89101112當(dāng)操縱閥 8 處于升柱位置時(shí)，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體通過(guò)操縱閥 8、液控單向閥6 進(jìn)入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥 8 處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開(kāi)液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。 支架的前移和推移輸送機(jī)是通過(guò)操縱閥 7 和推移千斤頂 4 來(lái)進(jìn)行的。移架時(shí)，先使支架卸載下降，再把操縱閥 7 置于移架位置，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂 4的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。這時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。移架結(jié)束后，在把支架升起 ，使支架撐緊頂板。若將操縱閥 7 置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時(shí)輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤壁。 2 支架的承載過(guò)程 支架的承載過(guò)程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過(guò)程。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。 （ 1） 初撐階段 在升架過(guò)程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過(guò)程為支架的初撐階段。初撐力的大小取決于泵站的工作壓力 、 立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過(guò)早的因下沉而離層、減緩頂板下 沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。 （ 2） 承載增阻階段 支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過(guò)程為支架的承載增阻階段。 （ 3） 恒阻階段 隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來(lái)越高。當(dāng)升高到安全閥 5 的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開(kāi)溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過(guò)程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時(shí)，支架對(duì)頂板的 支撐力稱(chēng)為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。 支架的支撐力和時(shí)間的關(guān)系曲線，稱(chēng)為支架的工作特性曲線，如圖 示。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 圖 架的工作特性曲線 初撐階段； 增阻階段； 恒阻階段； 初撐力； 工作阻力 壓支架的現(xiàn)場(chǎng)布置 圖 壓支架在工作面布置示意圖 1采煤機(jī) 2液壓支架 3傳送帶輸送機(jī) 4轉(zhuǎn)載機(jī) 5刮板輸送機(jī) 6主進(jìn)液管 7主回液管 8乳化液泵 9乳化液箱 10端頭支架 11單體液壓支柱 圖 示為液壓支架在工作面的布置示意圖。每個(gè)工作面一般由滾筒、采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、裝載機(jī)、乳化液壓站和油管等主要設(shè)備組成。為了實(shí)現(xiàn)頂板及時(shí)支護(hù)，常采用先移架后推溜的方式。采煤機(jī)每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程。 面是采煤機(jī)割煤前支架的工作狀態(tài)。此時(shí)，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機(jī)緊靠煤壁。采煤機(jī)割煤后，支架尚未前移時(shí)（ 面），端面距最大（等于采煤機(jī)截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后 升柱支護(hù)新裸露頂板時(shí)，端面距又達(dá)到最?。?面）。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。將輸送機(jī)推向煤壁，實(shí)現(xiàn)推溜。此時(shí)，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U又處于伸出狀態(tài)（ 面），以便完成下一個(gè)動(dòng)作過(guò)程。 隨著采煤機(jī)割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程。從而對(duì)頂買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 板進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，防止頂板冒落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設(shè)備的安全，實(shí)現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過(guò)程機(jī)械化，提高采煤工作效率。 壓支架的分類(lèi) 1 按架型結(jié)構(gòu)及與圍巖關(guān)系分 （ 1）掩護(hù)式 1）支掩掩護(hù)式支架分 插底式和不插底式； 2）支頂掩護(hù)式分為支架平衡千斤頂設(shè)在頂梁與掩護(hù)梁之間和支架平衡千斤頂設(shè)在底座與掩護(hù)梁之間。 （ 2）支撐掩護(hù)式 1）支頂支撐掩護(hù)式支架； 2）支頂支掩支撐掩護(hù)式，其中一排立柱支撐在掩護(hù)梁上。 （ 3）支撐式支架 1）節(jié)式支架分兩框架式、三框架及四框架組合式兩類(lèi)； 2）垛式支架。 2 按適用煤層傾角分 （ 1）一般工作面支架； （ 2）大傾角支架。 3 按適用采高分 （ 1）薄煤層支架； （ 2）中厚煤層支架； （ 3）大采高支架。 4 按適用采煤方法 （ 1）一次采全高支 架； （ 2）放頂煤支架； （ 3）鋪網(wǎng)支架； （ 4）充填支架。 5 按在工作面中的位置分 （ 1）工作面支架； （ 2）過(guò)渡支架（排頭支架）； （ 3）端頭支架。 6 按穩(wěn)定機(jī)構(gòu)分 （ 1）四連桿機(jī)構(gòu)支架； （ 2）單鉸點(diǎn)機(jī)構(gòu)支架； （ 3）反四連桿機(jī)構(gòu)支架； （ 4）單擺桿式支架； （ 5）機(jī)械限位支架（橡膠限位、彈簧鋼板限位、千斤頂限位）。 7 按組合方式 （ 1）單架式支架； （ 2）組合式支架。 8 按控制方式分 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 （ 1）本架控制方式； （ 2）鄰架控制方式； （ 3）成組控制方式。 9 按控制原理 分 （ 1）液壓直接控制支架； （ 2）液壓先導(dǎo)控制支架； （ 3）電液控制支架。 壓支架的支護(hù)方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 3 個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護(hù)方式，從而決定工作面 “三機(jī) ”的不同配套關(guān)系。 1 即時(shí)支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 移架 推溜。 即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是：頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。 2 滯后方式 一般循環(huán)方式為：割煤 推溜 移架。 滯后支護(hù)的特點(diǎn)是：支護(hù)滯后時(shí)間較長(zhǎng)，梁端距大，支護(hù) 頂梁較短。適用于穩(wěn)定、完整的頂板。 3 復(fù)合支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 支架伸出伸縮梁 推溜 收伸縮梁 移架。 復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是：支護(hù)滯后時(shí)間短，但增加的反復(fù)支撐的次數(shù)?？捎糜诟鞣N頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 液壓支架的基本要求 1 為了滿(mǎn)足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。 2 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100右；移架力按煤層厚度而定，對(duì)中厚煤層一般為 150 250 3 防矸性能要好。 4 排矸性能要好。 5 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈?7 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 8 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。 10 在滿(mǎn)足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。 11 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單。 12 液壓元件要可靠。 煤層液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 根據(jù)煤層厚度劃分，薄煤層截高一 般小于 國(guó)不少礦區(qū)薄煤層是主采煤層。薄買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 煤層支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是： 1 伸縮比大 立柱大多采用雙伸縮立柱，薄煤層支架高度低，操作不太方便，立柱很少采用帶機(jī)械加長(zhǎng)段結(jié)構(gòu)。為滿(mǎn)足大伸縮比的要求，特別是掩護(hù)式液壓支架，立柱傾角較大，在低位狀態(tài)工作時(shí)，支護(hù)效率較低。 2 人行通道困難 對(duì)于薄煤層支架，如何設(shè)置人行通道是十分重要的。在瓦斯含量大、對(duì)通風(fēng)有特殊要求的綜采工作面，大多設(shè)計(jì)成雙人行通道。支撐掩護(hù)式支架的前立柱前留有人行通道，在前、后