薄煤层液压支架的设计设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流薄煤层液压支架的设计设计.精品文档.摘 要随着煤炭资源的日益减少，如何更好的实现对薄煤层的开采成为了一个重要话题。在我国西南部的很多矿区，薄煤层已经成为主采煤层。液压支架作为煤矿开采的重要支护设备，在保证工人的人身安全的同时，还要提高煤矿的生产效率。因此，研制高质高效的薄煤层液压支架具有重要的意义。传统的液压支架使用两柱或四柱支撑，工作阻力小，而且四连杆机构设计起来十分困难，最终只能用近似的双纽线实现顶梁端部的运动，顶梁仍然有倾向煤壁的趋势。本文设计的液压支架采用八根立柱支撑，支护阻力大，取消了四连杆机构，用立柱的液压力抵抗水平力，是液压支架

2、设计方法的巨大进步。本文设计的内容主要包括：顶梁、底座、前梁、立柱等关键部件的结构设计，建立液压支架的三维模型，实现运动仿真，最后进行有限元分析校核关键部件的强度。设计的过程中参考了现有液压支架结构设计的优点，如顶梁的箱形结构、底座的底分式结构等。本设计的主要创新点在于：八根立柱对顶板实现密集支护，不仅提高了支护阻力，而且可以通过更换不同缸径的悬浮式立柱，实现支架的模块化设计、 集成化装配和规模化生产，大大缩短了生产和检测周期，加快了我国综采机械化生产进程。薄煤层液压支架一般采用邻架控制，为了减少管路上的压力损失，方便人员的操作，设计了一种先导控制的液压系统，对液压支架液压系统的设计具有一定的

3、参考价值。关键词：液压支架； 超静定结构； 运动仿真； 有限元分析ABSTRACTWith the decrease of the coal resources, how to mine the thin coal seam better became an important topic. In the southwest of China, the thin coal seam has been the mainly mining area. Hydraulic support as the important supporting equipment in coal mining, no

4、t only to ensure the safety of workers, but also to improve production efficiency of coal mine. Therefore, the development of the high quality and high efficient hydraulic support in thin coal seam has vital significance. The traditional hydraulic support using two or four hydraulic pillars support

5、the roof of coal seam, the force of the support is small, and the design of four bar linkage is very difficult. Because the movement of the top beam can only realize with approximate Double new line, there are still a tendency of coal wall trend. This paper introduces the design of hydraulic support

6、 adopted eight hydraulic pillars, cancelled four bar linkage, using the hydraulic pressure resist level force. The design method of hydraulic support is a great progress. The main of this paper introduce: The structure of top beam, base beam, front beam and hydraulic pillars and other key parts of t

7、he hydraulic support, build hydraulic supports 3 d model to realize the movement simulation, use finite element analysis to analyse the structure strength of key parts. The design process of the hydraulic support reference the structure design of the existing hydraulic support, such as the box struc

8、ture of the top beam. The main innovation of this design is: eight hydraulic pillars to realize intensive supporting, not only improve support resistance, but also can through replacing different diameter of the hydraulic pillars to realize the modular design , integrated assembly and large-scale pr

9、oduction, which greatly reduce the cycle of production and testing, and also speed up the mechanization of manufacturing process. Thin coal seam hydraulic support general use of the neighboring support control, in order to reduce the pressure loss on the pipeline, the design of the hydraulic system

10、introduce a method of pilot control , which has some reference value for the design of the hydraulic system.Key words: Hydraulic support； Super static set structure； Movement simulation； Finite element analysis目 录1 绪论11.1薄煤层开采技术11.2液压支架的用途及分类11.2.1 液压支架的作用11.2.2 液压支架的工作过程11.2.3 液压支架的现场布置31.2.4 液压支架的

11、分类41.2.5 液压支架的支护方式51.2.6对液压支架的基本要求51.3薄煤层液压支架的结构特点51.4液压支架的国内外现状及发展趋势61.5超静定结构的创新和优点92 液压支架整体结构设计102.1液压支架的设计参数102.2支架的高度和支架的伸缩比102.2.1支架高度102.2.2支架的伸缩比102.3支架间距112.4底座长度的确定112.5顶梁尺寸112.5.1支架工作方式对顶梁长度的影响112.5.2顶梁长度112.5.3顶梁宽度122.5.4顶板覆盖率132.6立柱布置132.6.1立柱数132.6.2支撑方式133 液压支架部件设计143.1顶梁143.1.1主要作用143

12、.1.2结构型式143.1.3 顶梁结构和断面形状153.2侧护板的设计173.2.1 侧护板的作用173.2.2 侧护板的结构型式173.2.3 侧护板尺寸的确定183.3 底座的设计193.3.1 底座的作用193.3.2底座的结构形式193.4推移装置的设计203.4.1 推移装置的用途203.4.2 推移装置的要求203.4.3 推移装置的结构213.5 立柱的设计243.5.1 立柱的类型243.5.2 悬浮式液压支柱的优点243.6 辅助装置的设计253.6.1 护帮装置的设计253.6.2 防倒装置的设计263.7 液压支架的主要技术参数273.7.1 支护面积273.7.2 支

13、护强度273.7.3 支护效率273.8千斤顶参数的设计283.8.1推移千斤顶283.8.2侧推千斤顶284 立柱结构设计和强度校核294.1单伸缩立柱缸径和工作阻力的确定294.1.1 单伸缩立柱缸径的确定294.1.2 泵站压力的确定294.1.3 立柱初撑力的计算294.1.4立柱工作阻力的计算304.1.5 立柱缸体壁厚的计算304.2 油缸稳定性验算和立柱强度校核314.2.1 油缸稳定性验算314.2.2 活柱强度验算314.2.3 缸体与缸底焊缝强度验算335 液压支架受力分析345.1概述345.1.1 支架工作状态345.1.2计算载荷的确定345.2液压支架的受力分析与计

14、算355.2.1 前梁的受力分析与计算355.2.2 主顶梁的受力分析与计算365.2.3 底座的受力分析与计算375.3顶梁的载荷分布375.4 底座接触比压386 液压支架强度计算406.1 强度条件406.2 前梁强度校核416.3 顶梁强度校核446.4 底座强度校核486.5销轴及耳板的强度校核516.5.1前梁与顶梁联结处销轴的强度校核526.5.2前梁与顶梁联结处耳板的强度校核536.5.3立柱与底座处销轴的强度校核536.5.4立柱销轴支座的强度校核546.5.5其他地方销轴和耳板的强度校核557 液压支架的液压系统设计567.1液压支架的液压系统简介567.1.1液压支架传动

15、系统的基本要求567.1.2液压支架的液压传动特点567.1.3液压支架的控制方式567.2液压支架的液压系统拟定578 液压支架的运动仿真和有限元分析598.1基于Pro/E的三维实体建模598.1.1建模的目的与意义598.1.2 Pro/E中建模方法608.1.3 Pro/E中虚拟装配628.1.4 Pro/E中运动仿真638.1.5 Pro/E仿真结果分析668.2基于ANSYS Workbench 12的有限元分析688.2.1虚拟压架实验698.2.2 ANSYS Workbench 12有限元分析699 结论7810 参考文献7911 翻译80外文原文80中文译文8412 致谢9

16、11 绪论煤炭工业是国民经济重要的基础产业。我国的薄煤层资源丰富，全国薄煤层的储量占全部可采储量的17.5，分布面广，煤质好。但由于薄煤层采煤生产效率低，经济效益差，部分煤矿不重视薄煤层的开采，造成许多薄煤层煤炭资源严重浪费。随着厚煤层及中厚煤层煤炭资源的逐渐减少，许多煤矿开始重视对薄煤层的开采工作。液压支架是现代化煤矿进行高效综采和安全生产最为关键的设备之一。无论是采用刮板输送机、滚筒采煤机和液压支架的综采技术，还是运行轨道、强力刨煤机和液压支架的综采技术，液压支架都是作为煤矿井下支护关键设备，因此，研究高质高效的薄煤层液压支架有着重要的意义。1.1薄煤层开采技术五十年代以前，我国在薄煤层中

17、主要使用炮采工艺，以后使用了截煤机掏槽爆破落煤，并发展了薄煤层采煤机，六十年代开始采用刨煤机，并在技术上逐步得到完善。薄煤层开采应有合适的配套设备，目前，从国内外发展来看，比较理想的是刨煤机或爬底板式采煤机采煤，用液压支架进行支护，实现采煤机械化。在现有技术条件下，1.0m左右煤厚的煤层可用的采煤方法有：1传统的长壁炮采采煤法；2单体液压支柱高档普采采煤法；3薄煤层螺旋钻采煤法；4综合机械化采煤法。以上四种可行的薄煤层采煤方法中，第一、二种采煤方法由于工人劳动强度大，作业条件恶劣，生产效率低，同时不符合现代技术的发展方向，除个别开采条件过于复杂，难以使用综采机组开采的区域以外，不应推荐其作为主

18、要的采煤方法。第三种采煤方法具有劳动强度较小，作业环境良好的优点，但由于其生产效率太低，难以使作为保护层开采的薄煤层开采和主采煤层的开采速度相配套，也难以作为薄煤层开采的主要采煤方法。只有薄煤层综采开采既具有工人劳动强度小、作业环境较好的优点，也具有安全高效的优势，满足了主采煤层高强度开采的需要，更代表了薄煤层采煤方法的技术发展方向,因此，对于薄煤层的高产高效提出了更高的要求。1.2液压支架的用途及分类1.2.1 液压支架的作用液压支架是综采工作面的主要设备之一，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。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

19、点。液压支架与可弯曲刮板输送机和采煤机组成综采机械化采煤设备，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。1.2.2 液压支架的工作过程1支架的升降和推移图1.1 液压支架工作原理图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-主回液管当操纵阀8处于升柱位置时，从乳化液泵站来的高压液体通过操纵阀8、液控单向阀6进入立柱2的下腔，立柱上腔回

20、液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀8处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。支架的前移和推移输送机是通过操纵阀7和推移千斤顶4来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀7置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶4的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，在把支架升起，使支架撑紧顶板。若将操纵阀7置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆腔回液，这时输送机以支架为支点被推向煤壁。2支架的承载过程支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程。它包括初撑、承载增阻和恒阻三个阶段。

21、（1）初撑阶段在升架过程中，当支架的顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀6立即关闭，这一过程为支架的初撑阶段。初撑力的大小取决于泵站的工作压力、立柱缸径和立柱的数量。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。（2）承载增阻阶段支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。（3）恒阻阶段随着顶板压力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高。当升高到安全阀5的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下缩，液体压力随之降低

22、。当降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。由于安全阀的作用，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段。此时，支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。支架的支撑力和时间的关系曲线，称为支架的工作特性曲线，如图1.2所示。图1.2 支架的工作特性曲线t0初撑阶段；t1增阻阶段；t2恒阻阶段；p1初撑力；p2工作阻力1.2.3 液压支架的现场布置图1.3 液压支架在工作面布置示意图1采煤机 2液压支架 3传送带输送机 4转载机 5刮板输送机 6

23、主进液管 7主回液管 8乳化液泵 9乳化液箱 10端头支架 11单体液压支柱图1.3所示为液压支架在工作面的布置示意图。每个工作面一般由滚筒、采煤机、液压支架、刮板输送机、装载机、乳化液压站和油管等主要设备组成。为了实现顶板及时支护，常采用先移架后推溜的方式。采煤机每切割一刀，液压支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四个主要动作过程。A-A截面是采煤机割煤前支架的工作状态。此时，推溜千斤顶活塞杆处于伸出状态，端间距为零，输送机紧靠煤壁。采煤机割煤后，支架尚未前移时（B-B截面），端面距最大（等于采煤机截深）；当支架降柱卸载前移，然后升柱支护新裸露顶板时，端面距又达到最小（C-C截面）。支架支撑顶

24、板后，以其为支点操作推溜千斤顶。将输送机推向煤壁，实现推溜。此时，推溜千斤顶的活塞杆又处于伸出状态（D-D截面），以便完成下一个动作过程。随着采煤机割煤的继续，工作面液压支架不断重复上述四个主要动作过程。从而对顶板进行及时支护，防止顶板冒落，保持一定的作业空间，确保综采工作面人员和设备的安全，实现顶板管理及采煤作业过程机械化，提高采煤工作效率。1.2.4 液压支架的分类 1 按架型结构及与围岩关系分 （1）掩护式 1）支掩掩护式支架分插底式和不插底式； 2）支顶掩护式分为支架平衡千斤顶设在顶梁与掩护梁之间和支架平衡千斤顶设在底座与掩护梁之间。 （2）支撑掩护式 1）支顶支撑掩护式支架； 2）支

25、顶支掩支撑掩护式，其中一排立柱支撑在掩护梁上。 （3）支撑式支架 1）节式支架分两框架式、三框架及四框架组合式两类； 2）垛式支架。 2 按适用煤层倾角分 （1）一般工作面支架； （2）大倾角支架。 3 按适用采高分 （1）薄煤层支架； （2）中厚煤层支架； （3）大采高支架。 4 按适用采煤方法 （1）一次采全高支架； （2）放顶煤支架；（3）铺网支架； （4）充填支架。 5 按在工作面中的位置分 （1）工作面支架； （2）过渡支架（排头支架）； （3）端头支架。 6 按稳定机构分（1）四连杆机构支架； （2）单铰点机构支架； （3）反四连杆机构支架； （4）单摆杆式支架； （5）机械限位支

26、架（橡胶限位、弹簧钢板限位、千斤顶限位）。7 按组合方式（1）单架式支架； （2）组合式支架。8 按控制方式分（1）本架控制方式； （2）邻架控制方式； （3）成组控制方式。9 按控制原理分（1）液压直接控制支架； （2）液压先导控制支架； （3）电液控制支架。1.2.5 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。 1 即时支护 一般循环方式为：割煤移架推溜。 即时支护的特点是：顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。 2 滞后方式 一般循环方式

27、为：割煤推溜移架。 滞后支护的特点是：支护滞后时间较长，梁端距大，支护顶梁较短。适用于稳定、完整的顶板。 3 复合支护 一般循环方式为：割煤支架伸出伸缩梁推溜收伸缩梁移架。 复合支护的特点是：支护滞后时间短，但增加的反复支撑的次数。可用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。1.2.6对液压支架的基本要求1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，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。2 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，对中厚煤层一般为150250kN。3 防矸性能要好。4 排矸性能

28、要好。5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。6 为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。7 调高范围要大，照明和通讯方便。8 支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。9 要求支架有足够的刚度，能够承受一定的不均匀载荷和冲击载荷。10 在满足强度条件下，尽可能减轻支架重量。11 要易于拆卸，结构要简单。12 液压元件要可靠。1.3薄煤层液压支架的结构特点根据煤层厚度划分，薄煤层截高一般小于1.3m。我国不少矿区薄煤层是主采煤层。薄煤层支架的结构特点是：1 伸缩比大立柱大多采用双伸缩立柱，薄煤层支架高度低，操作不太方便，立柱很少采用带

29、机械加长段结构。为满足大伸缩比的要求，特别是掩护式液压支架，立柱倾角较大，在低位状态工作时，支护效率较低。2 人行通道困难对于薄煤层支架，如何设置人行通道是十分重要的。在瓦斯含量大、对通风有特殊要求的综采工作面，大多设计成双人行通道。支撑掩护式支架的前立柱前留有人行通道，在前、后柱间再设计一个人行通道，二柱掩护式支架立柱前后各设一通道这样有利于通风，便于行人。对于通风没有特殊要求的综采工作面，大多设计成二柱掩护式液压支架，在柱前设置人行通道。3 梁体薄薄煤层支架由于其伸缩比大，且最低高度很低，所以结构件设计既要满足强度要求，又要截面高度尺寸尽可能小。为此，结构件大多采用高强度钢板、箱形结构，顶

30、梁前部有的设计成板式结构，甚至是几层弹簧钢板叠加。4 结构交叉布置薄煤层支架由于其最低位置的高度十分低，结构件除了尽量薄之外，结构件间尽量采用空间交错布置，所以，前连杆大多设计成单连杆，后连杆设计成双连杆，在最低位置时，前、后连杆可以侧投影重叠而不干涉，底座设计成分底座、活连接，左右底座中间为推移机构布置的空间；对于两柱掩护式支架，平衡千斤顶和推移液压缸采取交错布置，以满足最大重合度。由于柱前大多为人行通道，所以薄煤层支架推杆前部大多设计成板式，厚度为5070mm。人行通道最小要求宽0.6m，净高0.4m。5 简化结构薄煤层支架结构要尽量简单，以减少事故，顶梁可设计成整梁，适当加宽顶梁宽度，一

31、般可不设置活动侧护板。6 提高控制系统自动化薄煤层工作面行人困难，所以操作系统最好实现成组控制、自动控制或邻架控制，以减轻工人体力劳动和提高安全程度、工作效率及产量。1.4液压支架的国内外现状及发展趋势液压支架的设计、制造和使用，从1854年英国研制成功发展到现在，已经基本成熟，形成了能适应各种不同煤矿地质条件的各类液压支架。 从液压支架的形式来看，有掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架。从支架的质量来看，有轻型液压支架、中型液压支架和重型液压支架。从支撑高度来看，有薄煤层液压支架、中厚煤层液压支架和厚煤层液压支架。厚煤层液压支架又分厚煤层一次采全高液压支架、厚煤层分层开采液压支架和放顶煤液压支

32、架。从用途来看，有端头液压支架和中间液压支架。所以从液压支架的现状来看，已经发展到一个完整的液压支架体系。从液压支架的设计来看，由过去的手工设计发展到全部计算机程序设计。总之，随着时代的发展和进步，液压支架设计、制造和使用，将越来越完善、安全、可靠。 新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感器装置，立柱缸径超过400MPa。为减少割煤时间，一般采用0.81m的截深。支架还采用屈服强度8001000MPa的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量

33、乳化液泵站，其额定压力为4050MPa，额定流量400500L/min，可实现工作面成组或成排快速移架，达到68s/架。美国是世界上最先进的采煤国家，早在1990年就己采用额定压力50MPa，额定流量478L/ mi n的乳化液泵站，以实现支架快速推进，移架速度达68s/架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架，使用寿命810年，可用率高达95% 98%。支架平均工作阻力6470kN(最大为9800kN)，支架宽度普遍增大，中心距达到1.75m，并向2m发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。如洛斯公司20英里矿在2505280m长壁综采面用工作阻力为2

34、8565kN电液控制两柱掩护式支架，1997年6月产商品煤90.43万吨，成为世界上首次月产商品煤近百万吨的工作面；1995年9月，糜鹿矿用工作阻力为8900kN电流控制的两柱掩护式支架，月产煤达到60. 11万吨。美国综采工作面最高日产超7万吨，工效为1336吨/工。澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产，使用两柱掩护式支架，支架的平均工作阻力为7640kN。如尤兰矿用电流控制的两柱掩护式支架，在1995年8月8日创下澳大利亚有史以来日产3.41万吨的最高记录，班产一直保持在50006000吨。英国也在大力发展两柱掩护式支架，工作阻力有了很大提高，达到60008000kN。液压支架的发

35、展不断完善，未来的发展趋势主要有以下几种：1 前连杆加油缸的液压支架 在掩护式和支撑掩护式液压支架中的四连杆机构，克服了顶板作用在支架上的水平力，但当水平力过大时，不能让压，为了安全起见，所以掩护梁和前、后连杆的强度计算中安全系数比其他构件增加20%，为了解决此问题，目前国外正在设计一种前连杆带油缸的液压支架。油缸为双作用单伸缩，上下腔都带安全阀，当顶板水平力大于额定值时，油缸让压，使液压支架达到新的平衡，从而在设计时可降低安全系数，减轻了液压支架的质量。2 沿顶板移架的液压支架 为适应破碎顶板下使用液压支架，设计了一种不在底板上移架的液压支架，利用提起底座擦顶移架的液压支架，底座与节式液压支

36、架类似，为底靴式，质量较轻，架与架之间用液压千斤顶连接起来。 3 适用特种条件下的液压支架 （1）特厚煤层一次采全高液压支架 目前北京煤矿机械厂生产的BC520-25/47型液压支架，支架高度为2.54.7m，还可根据需要设计支架高度为6m的液压支架，立柱可采用三伸缩柱的液压支架。（2）新型放顶煤液压支架可设计一种回收率高、夹矸少的放顶煤液压支架。 （3）水采液压支架为适应水采工作面的支护，可设计一种水采工作面液压支架。 （4）重型液压支架为适应顶板压力特大的需要，还可依据将工作阻力设计适当的液压支架。 （5）新型端头液压支架为了加快综采速度和无人采煤工作面的需要，设计一种能适应井上操作，既安

37、全又可靠的新型端头支架。（6）大倾角工作面液压支架为适应煤层倾角小于或等于45的工作面，设计一种新型的大倾角工作面液压支架。 4 液压支架结构设计方向 （1）轻型化 对液压支架各部分进行受力分析和优化设计，使结构紧凑，在满足强度条件和配套的条件下，底座及顶梁尽量短些，使液压支架轻型化。 （2）标准化 为了减轻支架质量、降低成本，提高对煤层厚度变化和顶板条件的适应性，使液压支架的范围变小，对同一型号设计成系列化，适应不同煤层厚度的要求。 （3）材质强化 提高结构件钢材的强度，采用优质钢材，减轻液压支架的质量，设计时可进行技术经济分析比较，选用合理的材质。 （4）高压化 各种阀类的压力等级加高，相

38、应的强度增高，使阀和油缸的体积减小，使液压支架的质量减轻。5 操作自动化 能适应无人采煤工作面的需要，设计自动化操作的新型全自动液压支架。 我国液压支架经过30多年的发展，尽管取得了显著成绩，在双高矿井建设中出现过日产万吨甚至班产超万吨的记录。但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一定差距。在支架架型功能上我国与国外相差无儿，有些地方特别是特厚煤层用的放顶煤支架、铺网支架、两硬煤层的强力支架、端头支架还有独到之处，但国产液压支架技术含量偏低，电液控制阀可靠性差，所用钢材的耐压能力一般为260MPa，最好的屈服极限才700MPa，液压系统压力在35MPa以下，流量在200L/min以内，供液管直径2

39、532rnrn，回液管直径2550mrn，最快移架速度为1012s/架(井下实际应用有时在20s以上)，工作阻力更是相对较低。我国科学工作者经过30多年的发展和努力，液压支架的设计、制造水平在不断提高，特别是在缓倾斜中厚煤层的液压支架方面积累了相当丰富的经验，架型已基本趋于成熟、完善，在品种和质量方面与国际先进水平相比，差距越来越小。但在控制元件和控制系统方面，与先进国家的产品相比还有较大差距。所以.今后除应继续针对我国国情和煤层具体条件，开发一些新架型、新品种外，还应将设计重点放在支架控制系统和提高支架的工作可靠性方面。今后，我国的液压支架的设计将向着技术含量大、钢板强度高、移架速度快(68

40、s/架)和电液控制阀的方向发展，对有破碎带和断层的工作面将加大支架的移架力，尽量采用整体可靠推杆和抬底座机构，并减少千斤顶的数量。另外，将普遍采用额定压力为40MPa，额定流量为400L/min的高压大流量乳化液泵站，以适应快速移架的需要，系统采用环形或双向供液，保证支架有足够的压力达到初撑力，保证支架接顶位置准确。ZY两柱掩护式支架的比重将大大增加，缸的直径将增至360mm，端头支架、轻放多用途支架将被广泛使用。1.5超静定结构的创新和优点1 顶梁和底座通过8根悬浮式液压立柱铰接连接,，立柱均为二力杆， 所以支架顶梁无论承受哪个方向上的压力都不会对底座产生附加弯曲应力。2 顶梁所受的水平力均

41、转化为立柱的内压力，因此只要立柱能够承受足够的压力,，则支架就能承受与之相应的水平载荷。3 立柱布置成正三角形，不但使支架的水平内力互相抵消，减少了顶梁和底座的内力，也使支架具有很高的稳定性。4 八根立柱密集支撑顶梁，在相同的泵站压力下，可以用较小的缸径实现较大的支撑力。同时，顶梁成为具有多点支撑的柔性顶梁，受力合理，可靠性高。5 可以通过只更换缸径相同、行程不同的立柱的方法，装配成采高不同而工作阻力相同的一系列液压支架，从而实现支架的模块化设计、 集成化装配和规模化生产，大大缩短了生产和检测周期，加快了我国综采机械化生产进程。6 由于没有四连杆机构，顶梁的运动轨迹为垂直直线而不是近似的双扭线

42、，克服了传统四连杆机构给支架设计带来的缺陷和不足。7 支架前梁可以上摆3，下摆42，用2个缸径相同的悬浮式液压千斤顶支撑，不仅支撑力大，而且对不平整顶板的适应性强。8 立柱采用悬浮式技术原理，悬浮力达到工作阻力的4/5，立柱的受力仅为1/5，大大提高了立柱的稳定性和安全性，从而提高了支架的承载能力和抗偏载能力。9 悬浮式液压立柱各密封点采用密封补偿和密封胀紧技术，而且内部无圆弧焊缝，无内泄漏。立柱一旦泄漏，肉眼便可发现。如果支架中有1一3根立柱损坏，可以在现场直接进行更换与维修，而不影响整个支架的超静定结构和工作状况，大大减小了工人的劳动强度，缩短了维修设备的时间。10 在设计过程中，对支架各

43、部件进行了详细的受力分析和强度校核，并对各结构件的焊缝进行了强度校核，而且充分考虑了冲击载荷的影响，其安全系数满足设计要求。2 液压支架整体结构设计2.1液压支架的设计参数设计参数数值支架的立柱数8支架的工作阻力（KN）5000支架的中心距（mm）1500支架的最大高度（mm）1300立柱伸缩形式单伸缩煤层倾角 82.2支架的高度和支架的伸缩比2.2.1支架高度支架高度的确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定， 其最大与最小高度为： （2-1） （2-2）式中： 支架最大高度（mm）； 支架最小高度（mm）；煤层最大厚度（mm）；煤层最小厚度（mm）；考虑伪顶、煤

44、皮冒落后仍有可能靠初撑力所需要的支撑高度顶板最大下沉量，一般取100200mm；移架时支架的最小可缩量，一般取50mm；浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm；由设计参数=1.3m及液压缸的活塞行程L=400mm，可得出液压支架的最小高度约为=0.9m，所以液压支架的高度范围为：0.91.3m。通过公式2-1、2-2可得，可采煤层的高度约为1.1m。2.2.2支架的伸缩比支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值即：（2-3）由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。一般范围是1.5至2.5，煤层较薄时选大值。但是考虑尽量减轻支架重量，降低造价，可搞系列化

45、，加强支架对顶底板的适应性，降低伸缩比，尽量采用单伸缩油缸或带机械加长杆来增加调高范围。该支架的伸缩比m=1.44。.2.3支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离。按下式计算：（2-4）式中: b支架间距（支架中心距）；B每架支架顶梁总长度；c相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙；n每架所包含的组架的组数或框架数，整体自移式支架n =1；整体迈步式支架n =2；节式迈步支架，n =支架节数。支架间距b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，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及帮槽上千斤顶连结块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为1.5m,千

46、斤顶连结块位置在溜槽中长的中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5m。大采高支架为提高稳定性，中心距可采用1.75m，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。本次设计的薄煤层液压支架，取支架的中心距为1.5m。2.4底座长度的确定底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面：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（一个移架步距为0.6m），即2.1m左右，支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本次设计的超静定液压支架，由于立柱数目较多，设置双人行通道的要求，底座宽度相对较长，参照以前的支架，人行道宽度600mm，单根立柱安装空间300mm，立柱距底座前后端面400mm，由此暂将底座长度确定为3.2m。2.5顶梁尺寸根据支架工作方式和设备配套尺寸来确定顶梁长度。2.5.1支架工作方式对顶梁长度的影响支架工作方式对支架顶梁长度有很大影响。先移架后