液压支架设计毕业开题报告

本科生毕业设计开题报告
学生姓名：
学号：
专业：机械设计制造及其自动化
班级：
指导教师：王春香教授
开题报告
我的设计题目是液压支架设计，液压支架是支护顶板的主要设备。

虽然这种机器的工作原理简单，但具体设计需要许多的参考资料，才能使其具有使用价值。

1、液压支架简介
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。

而液压支架是以高压液体作为动力，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、强度大、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、安全上可靠的实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。

1.1 液压支架的分类
按液压支架在采煤工作面的安装位置来划分，液压支架分端头液压支架和中间液压支架，端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端，中间液压支架是安装在除工作面两端以外的采煤工作面上所有位置的支架。

中间液压支架按其结构形式与顶板相互作用的原理来划分，可分为四种基本类型，即：支撑式，掩护式，掩护支撑式和支撑掩护式液压支架。

支撑式液压支架又有垛式和节式之分，如图1-1a所示为垛式支架，图1-1b 所示为节式支架
掩护式液压支架又有插腿式和非插腿式之分，如图1-2a所示为插腿式液压支架，图1-2b所示为立柱支在掩护梁上非插腿式支架，图1-2c所示为立柱支在顶梁上非插腿式支架。

支撑掩护式液压支架又有四柱支在顶梁上和两柱支在顶梁上，一柱或两柱支在掩护梁上之分。

如图1-3a所示为四柱平行支在顶梁上；图1-3b所示为四柱交叉支在顶梁上；图1-
3c所示为两柱支在顶梁上，两柱支在掩护梁上。

a b
图1-1 a—垛式 b—节式
a b c
图1-2 a—插腿式支架 b—立柱支在掩护梁上非插腿式支架
c—立柱支在顶梁上非插腿式支架
a b c 图1-3 a—四柱平行支在顶梁上支架b—四柱交叉支在顶梁两柱在掩护梁上支架
c—两柱在顶梁两柱支在掩护梁上支架1.2 液压支架的适用范围
1)支撑式液压支架
支撑式液压支架有垛式和节式两种
从图1-1上可以看出垛式支架的作用好像一堆木垛,所以叫它为垛式支架,垛式支架一般具有很长的顶梁,立柱的支撑力通过顶梁完全用于支撑顶板垛式支架支撑力大,切顶性能好,稳定性较好，工作空间比较大，容易满足通风的要求，垛式支架由于顶梁较宽又长，移架时顶板暴露的面积较大，在直接顶比较破碎的顶板条件下使用很困难，所以垛式支架仅适用于顶板较坚硬和稳定的煤层。

如图1-2所示为节式支架的外形图，节式支架由前后立柱、顶梁、底座组成一个框节。

一架节式支架一般由两个框节组成，也有的由三节或更多的框节组成，所以叫它为节式支架，由于节式支架立柱的支撑力也是完全用于支撑挡板，所以它也属于支撑式支架，它与垛式支架相比，结构比较灵巧，质量较轻，移架时顶板暴露面积较小，对顶底板的适应性较好，但是它的稳定性差（容易倒架）。

从现在支架发展情况来看，基本被淘汰。

2）掩护式液压支架
掩护式支架没有支撑部件即顶梁，只有掩护部件，立柱的承载能力完全用以承受掩护梁上的载荷（冒落的矸石），所以称为掩护式支架，掩护式支架适于顶板特软，特破碎的煤层。

3）掩护支撑式液压支架
掩护支撑式液压支架的顶梁比较短（与支撑式比较），掩护梁不太长（与掩护式支架比较）。

因此，这种类型的支架在支护顶板方面，掩护梁发挥着很大的作用，同时又支撑着靠近煤壁的一小段顶板，所以叫它为掩护式支撑液压支架。

以为在使用的习惯上都称这类型的支架为掩护式液压支架，所以在以后说到的掩护式液压支架都是指这类型的支架。

掩护是液压支架能使工作面与老空区隔绝，而且有侧护板，冒落的矸石不易落入工作面。

掩护式液压支架有较短的顶梁，在顶梁上的压力分布较均匀，对顶板的适应性较强，结构又简单。

所以它适用于顶板比较破碎，容易冒落的煤层。

这类支架的适应性比较强，煤层厚度从薄煤层0.8m到厚煤层4.5m,而且在硬顶板的煤层中也取得一定的效果，所以是一种很有发展前途的架型，但是掩护式液压支架的工作空间比较狭窄，通风断面比较小。

4）支撑掩护式液压支架
支撑掩护式液压支架它的顶梁很长（与垛式支架的顶梁相似），掩护梁很短，四根立柱组成垛式结构，这类支架对顶板的控制主要是立柱通过顶梁来支撑顶板，掩护梁只隔绝支架后面冒落的矸石，所以称为支撑掩护式液压支架，实质上它是加强挡矸装置的垛式支架。

1.3 液压支架的工作原理
液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。

这些动作是利用乳化液泵站提供的高压液体，通过液压控制系统控制不同功能的液压缸来完成的，如图1-9所示。

每架支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统，其中液控单向阀和安全阀设在本架内，操纵阀可设在本架也可设在邻架内，前者为本架操作，后者为邻架操作。

（一）支架的工作过程
支架的升降依靠立柱的伸缩来实现，其工作过程如下：
1.初撑
操纵阀处于升柱位置，由泵站输送来的高压液体，经液控单向阀进入立柱的下腔，同时立柱上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板。

当顶梁接触顶板，立柱下腔的压力达到泵站工作压力后，液控单向阀关闭，从而立柱下腔的液体被封闭，操纵阀置于中位，这就是支架的初撑阶段，此时，支架对顶板产生的支撑力成为初撑力。

2.承载
支架初撑后，进入承载阶段，随着顶板的缓慢下沉，顶板对支架的压力不断增加，立柱下腔被封闭的液体压力将随之迅速升高，液压支架受到弹性压缩，并
由于立柱缸壁的弹性变形而使缸径产生弹性扩张，这一过程就是支架的增阻过程。

当下腔液体的压力超过安全阀的动作压力时，高压液体经安全阀泄出，立柱微微下缩，顶板对支架的压力降低直至立柱下腔的液体压力小于安全阀的动作压力时，安全阀关闭，停止泄液，从而使立柱工作阻力保持恒定，这就是横阻过程，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。

当操纵阀处于降架位置时，高压液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔排液，于是立柱（支架）卸载下降。

（二）支架的移动和推移输送机
支架和输送机的前移，由底座上的推移千斤顶来完成。

需要移架时，先降柱卸载，然后通过操纵阀使高压液体进入推移千斤顶的活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，输送机受相邻支架推移千斤顶的作用不能后退，所以缸体前移，把整个支架拉向煤壁。

需要推移输送机时，支架支撑顶板，高压液体进入推移千斤顶的活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。

液压支架的推移速度，移架方式决定着移架速度的大小，移架速度是指单位时间内移动支架数目的多少，它反映在采煤机牵引方向的距离。

移架速度应大于采煤机工作时的牵引速度。

2、液压支架的构成
2.1 顶梁
顶梁是支架的主要承载部件之一，支架通过顶梁实现支撑和管理顶板。

为了适应顶板的要求，支架顶梁有以下几种：
（1）整体刚性顶梁。

这种顶梁结构简单、重量较轻，但对顶板不平性的适应能力较差，接顶不够理想，多用于顶板比较平整、稳定，很少出现片帮现象的采煤工作面。

（2）铰接分体顶梁。

这种顶梁分前梁和后梁两部分，前梁在前梁千斤顶作用下可绕销轴上下各摆动20°左右。

这种顶梁的接顶性能好，也加大了靠近煤壁顶板的支撑能力。

（3）伸缩铰接顶梁。

它是在铰接分体顶梁的前梁上又套上（或插入）一个可伸缩的梁，这种顶梁除具有铰接分体顶梁的优点外，还可超前支护，防止片帮。

2.2 底座
底座是支架的又一主要承载部件，支架通过底座将顶板压力传至底板。

底座也是组成四连杆机构的构件之一。

支架还通过底座与推移机构相连，以实现自身的前移和推动输送机。

底座有以下几种：
（1）整体刚性底座。

底座用钢板焊接成箱形结构，底部封闭。

具有强度高、稳定性好、对底板比压小的特点；缺点是排矸性能差。

该底座适用于底板比较松软
、采高与倾角较大以及顶板稳定的采煤工作面。

（2）分式刚性底座。

底座分左右对称的两部分，上部用过桥或箱形结构将左右部分固定连接。

这种底座在刚性、稳定性和强度等方面基本与整体刚性底座相同，由于安装推移装置通道的底座不封闭，故排矸性能好。

该底座适用于各类支架，在底板比压允许的条件下，广为采用。

（3）左右分体底座。

底座由左右两个独立而对称的箱形结构件组成，两部分之间用铰接过桥或连杆连接，并可在一定范围内摆动。

对不平底板适应性较好；排矸性能好；缺点是底座底面积小，稳定性差，故不宜用于底板松软、厚煤层、倾角大的条件。

（4）前后分体底座。

底座由前后两个独立的箱形结构件组成，用铰接或连扳相连。

对底板的适应性好，多用于多排立柱、支撑掩护式、垛式支架以及端头等支架。

2.3 掩护梁
掩护梁只有掩护式呵支撑掩护式支架才安设。

其主要功能是隔离采空区、阻止采空区冒落矸石涌入工作面，并承受采空区冒落矸石的载荷和基本顶来压时的冲击载荷。

掩护梁与前后连杆、底座共同组成四连杆机构，承受支架的水平分力。

掩护梁有以下几种：
（1）整体直线形掩护梁。

掩护梁一般都为整体箱形结构，这类掩护梁整体性能好，强度大。

从侧面看，掩护梁上轮廓线形状为直线形，目前应用最为广泛。

（2）整体折线形掩护梁。

从侧面看，掩护梁上轮廓线为折线形，相对地增大了工作空间，但当支架歪斜时架间密封性差，加工工艺性差，目前应用较少。

2.4 连杆
连杆是掩护式和支撑掩护式支架上的部件。

它与掩护梁、底座组成四连杆机构，即可承受支架的水平力，又可使顶梁与掩护梁的铰接点在支架调高范围内作近似直线运动，使支架的梁端距基本保持不变，从而提高了支架控制顶板的可靠性。

前后连杆一般采用分体式箱形结构，即左右各一件。

后连杆往往用钢板将两个箱形结构连接在一起，可增加挡矸性能。

2.5 立柱
立柱是液压支架承载与实现升降动作的主要液压元部件。

液压支架上常用的立柱有：
（1）单伸缩双作用立柱。

只有一级行程，伸缩比一般为1.6左右，这类立柱结构简单、调整高度方便，缺点是调高范围小。

（2）单伸缩机械加长杆立柱。

总行程为液压行程与机械行程之和，这类立柱的调高范围较大，可在较大范围内适应煤层厚度的变化。

但机械行程只能在地面根据煤层的最大厚度调定。

这种立柱造价比双伸缩立柱低，应用广泛。

（3）双伸缩双作用立柱。

两级行程都由液压力操控，总行程为液压行程与机械行程之和，可在较大范围内适应煤层厚度的变化，而且可在井下随时调节，其伸缩比可达3。

这类立柱造价高、结构复杂。

2.6 千斤顶
千斤顶是完成支架及其各部位动作、承载的主要元件，大多属于单伸缩作用活塞式液压缸。

千斤顶按用途分，有推移千斤顶、前梁千斤顶、伸缩梁千斤顶、平衡千斤顶、侧推千斤顶、调架千斤顶、防倒千斤顶、防滑千斤顶、护帮千斤顶等。

千斤顶与立柱都是活塞式动力油缸，因此其工作原理、基本组成以及对零部件的要求等大体相同。

但是，与立柱相比，千斤顶仍有一些区别，如立柱受力大，千斤顶受力小；立柱压力高，千斤顶压力低；立柱主要承受推力，拉力较小，推拉力相对较大，而千斤顶推拉力均有要求，一般相差不大，有时还要求拉力大于推力（采用浮动活塞千斤顶等结构）。

2.7 推移装置
支架推移装置是实现支架自身前移和输送机前推的装置，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。

其中推移千斤顶形式有
普通式、差动式和浮动活塞式。

普通式推移千斤顶通常是外供液普通活塞式双作用油缸；差动式推移千斤顶则利用交替单向阀或换向阀的油路系统，使其减小推输送机力；浮动活塞式推移千斤顶的活塞可在活塞杆上滑动（保持密封），使活塞杆腔（上腔）供液时拉力与普通千斤顶相同，但在活塞腔（下腔）供液时，使压力的作用面积仅为活塞杆断面，从而减少了推输送机力。

推移装置有以下几种形式：
（1）直接式推移装置。

采用普遍式或差动式千斤顶，千斤顶的两端直接通过连接头、销轴分别与输送机和支架底座相连。

支架移动时必须有专门的导向装置，而不能用千斤顶导向。

这种推移装置可用于底座上有专门导向装置的插腿式等支架，目前应用较少。

（2）平面短推杆式推移装置。

通过推杆，千斤顶分别与输送机、支架相连，千斤顶多采用浮动活塞式，以减小推输送机力。

由于平面短推杆与千斤顶位于同一轴线，故受力较好，同时，用推杆作导向装置，抗弯强度高，导向性能好。

这种推移装置推拉力合理，导向简单、可靠，应用广泛。

（3）反拉长框架式推移装置。

框架一端与输送机相连，另一端与推移千斤顶的活塞杆或缸体相连，推移千斤顶的另一端与支架相连。

即用框架来改变千斤顶推拉力的作用方向，用千斤顶推力移支架，用拉力推输送机，使移架力大于推输送机的力，移架力最大。

框架一般用高强度圆钢制成，作为支架底座的导向装置。

由于框架厂，框架的抗弯性能差，易变形，装卸不方便，不宜在短底座上采用，重量较大，成本较高。

这种推移装置只需用普通千斤顶，推拉力合理，应用广泛。

2.8 活动侧护板
活动侧护板安装在掩护式和支撑掩护式支架的顶梁和掩护梁的侧面，其作用如下：
（1）可改善顶梁与掩护梁的护顶、防矸性能，隔离控顶区与采空区，防止冒落矸石窜入工作面。

（2）在移架时起导向作用。

（3）活动侧护板增强了支架侧向稳定性，其上设置的弹簧与千斤顶都起防止支架降落后倾倒和调整支架间距的作用。

2.9 护帮装置
一般情况下，当采高大于2.5m时，支架都应配护帮装置。

护帮装置设在顶梁前段或伸缩梁的前部，使用时将护帮板推出，支托在煤壁上，起到护帮作用，
防止片帮现象发生。

护帮装置的基本形式有下垂式和普通翻转式：（1）下垂式护帮装置。

由护帮板、千斤顶、限位挡块等主要部件构成，结构简单。

但护帮板由垂直位置起向煤壁的摆动值一般较小，因此适应性差，一般用于采高为2.5m—3.5m，片帮不十分严重的工作面。

（2）普通翻转式护帮装置。

除具有下垂式特点外，其摆动值大，可回转180°，因此对梁端距变化与煤壁片帮程度的适应性强，适用于顶板比较稳定的采煤工作面，使用较多。

2.10 防倒、防滑装置
当工作面倾角大于15°时，液压支架必须采取防倒、防滑措施。

其办法是利用装设在支架上的防倒、防滑千斤顶在调架时产生的一定的推移力，以防支架下滑、倾倒，并进行架间调整。

ZZ520/22/42型支撑掩护式液压支架
ZY4800/26/50掩护式液压支架
3、液压支架的安装与使用
3.1采煤机在工作时，保证支架和输送机之间不发生位移的措施
采煤机在采煤的一段区间内，直接和输送机都不前移，液控单向阀都关闭，从而锁住支架呵输送机，使它们之间保持相对稳定的状态。

3.2移架时“啃底”的原因
当采煤机在工作面采完一个循环，支架就前移一个步距，一般为600m。

如果底板平整，顶板完整，顶板来压正常，支架就可以平衡前移。

当底板出现下倾或凹坑，在支架前移时，就可能出现啃底。

3.3底座焊接时，前、后连杆销轴孔保证同轴度的方式
在底座焊接时，为保证前、后连杆销轴孔的同轴度，往往根据同轴度的要求
做好套管，把套管插在底座的左、右两块板上的前、后销轴孔中，然后再进行焊接，从而保证了前、后连杆销轴的同轴度。

3.4左、右工作面改变时，侧护板的改装
从煤层倾斜下方向上看，向左开采为左工作面，向右开采为右工作面。

支架在左工作面采煤时，为防止支架下滑所以把活动侧护板安装在支架的左侧，产生一个向下的推力，使活动侧护板始终向下方推，紧紧地靠着下架；同理，支架在右工作面采煤时，活动侧护板安装在支架右侧。

3.5液压支架在工作中常见的破坏形式及易损部件
由于支架长期在井下的采煤工作面支撑着顶板的压力而顶板的压力是周期性变化的，所以支架长期处在周期压力的作用下。

当周期来压突然变大或安全阀失灵，灵敏度不够或支架压死等，支架不能承受顶板压力时，顶梁和立柱就会受到破坏。

破坏的形式，往往为顶梁变形、立柱压爆等，另外由于安全阀长期处于频繁开闭状态，所以安全阀易损坏。

4、我国液压支架发展
目前我国是世界上第一大煤炭生产国和消费国，2006年煤炭产量达到23.25亿T，占世界煤炭总产量的37.4%。

与之相一致的是，我国煤机制造行业的总产量也是位居世界首位，特别是以液压支架、刮板输送机、采煤机为主的煤炭综采装备生产总量位居世界第一。

2007年4月，6.3米液压支架在郑州煤矿机械集团通过了出厂评定，这套新型液压支架的高度刷新了世界记录，成为目前世界上支护高度最大的矿用液压支架。

它的面世，也结束了我国高性能液压支架完全依靠进口的局面。

6.3米液压支架由郑州煤矿机械集团自主研发制造，是我国第一套拥有全部自主知识产权的液压支架。

目前国有煤矿矿井回采率平均为45％，采用6.3米液压支架，可使煤层回采率超过90％，可节约大量的煤炭资源。

6.3米支架的研制成功，还解决了特
厚煤层一次采全高的重大技术难题，标志着我国煤矿装备本土化研发、制造水平的新突破。

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