煤矿用液压支架设计

太原理工大学阳泉学院

设计题目液压支架设计

专业班级12级采矿工程三班

学号120411061

学生姓名韩路明

指导教师王凯

摘要

本论文主要论述了液压支架的主要设计过程。其中包括：液压支架的选型、总体设计、主要零部件的设计、校核及液压系统的设计。

由于煤层较厚，所以采用放顶煤开采。支架形式为支撑掩护式低位放顶煤支架。支架除要实现有效地对顶板进行支撑，还要实现升、降、推、移四个步骤。支架采用四连杆机构，改善支架的受力状况，缩小支架升降过程中顶梁前端前后移动的距离。立柱采用单伸缩液压缸，前端带有加长杆，以满足支架最低及最高位置时的高度要求。支架后部要另设置运输机，以运输放顶煤，提高了产煤量。顶梁、掩护梁、底座都做成箱体结构，用钢板焊接而成。

液压系统采用三位四通阀进行控制，提高了移架速度，确保对顶板的及时支护。

关键词：放顶煤；液压支架；四连杆；底座

目录

1.绪论 (3)

2.总体设计 (5)

2.1 架型的选择 (5)

2.2液压支架的支护性能与外载荷 (5)

2.3液压支架基本参数的确定 (6)

2.4四连杆结构的设计 (8)

2.5支架的整体受力分析 (10)

2.6 顶梁尺寸和覆盖率 (12)

2.7 立柱及柱窝的确定位置 (15)

3．支架主要部件的设计 (18)

3.1低位放项煤支架主要部件的设计要求 (18)

3.2底座 (20)

3.3连杆 (21)

4．主要零部件的强度校核 (21)

4.1底座强度校核 (21)

4.2轴销的强度校核 (22)

4.3 耳板的强度校核 (22)

5．底座的设计分析 (24)

5.1底板接触比压计算 (24)

5.2底座受力计算 (26)

参考文献 (28)

后记 (29)

1 绪论

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两柱掩护式和四柱支撑掩护式架型的发展，回采面中，为了保护工作面内机器人和人员的安全生产，要对顶板进行支撑和管理，以防止工作面空间的顶板冒落。液压支架是以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。它使顶板的支撑、切顶、移架和输送机等工序全部实现了机械化。因而大大地改善了回采工作面的工作条件、降低了人们的劳动强度，有效地增加了劳动安全性，使工作面的产量和效率得到了很大的提高，并为工作面的自动化创造了条件，但液压支架对煤层的地质条件要求较高。该支架为四柱四连杆支撑掩护式型式。四根立柱支撑顶梁，主要承受顶板的垂直压力；同时通过掩护梁及前、后连杆与底座各自铰接构成四连杆机构，来承受支架所受的水平力和侧向力；顶梁带有护帮板，使得该支架支撑能力大，切顶与防护性能好，支架纵横向稳定性强。液压支架动作原理可概括如下：液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本功作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。

(1) 升柱：当需要支架上升支护顶板时，高乳化液进入立柱的活塞腔，另一回腔液，推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁紧紧接触到顶板。

(2) 降柱：当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一回腔液迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。

(3) 支架和输送机前移：支架和输送机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作将特性曲线，如下图所示：

图1.1 支架工作特性曲线

支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段。支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起使顶梁接触顶板，立柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段；支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至增加到支架的安全阀调定压力，立柱下腔压力达到工作阻力。此阶段为增阻阶段，随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架的安全阀压力调定值时，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶梁压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整值后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限止下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段。

2 总体设计

2.1 架型的选择

液压支架架型的选择，主要取决于液压支架的力学特性能否适应矿井的顶底板条件和地质条件。从架型结构特点来看，由于架型的不同，它的支承力分布和作用也不同；从顶板条件来看，由于直接顶和老顶级别的不同，顶梁所承受的载荷也不同，所以，为了在使用中合理的选择架型，要对架的支撑力，采煤高度与承载的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。

根据煤层厚度：2~2.8H = m ，属于中厚煤层，煤层倾角：

8=β，不用防滑装置。 为提高开采效率、降低成本，初步选定放顶煤开采。架型选用支撑掩护式低位放顶煤支架。 2.2液压支架的支护性和外载荷

在采煤工作面液压支架支护顶板，当煤层被采动后，顶板有压力显现。作用在支架上的载荷大体上可以分为两个部分，其一是直接顶形成的压力1Q ，其二是老顶形成的压力2Q 。如果直接顶比较完整，在工作面煤壁上方的直接顶呈悬臂状态，则1Q 由工作面煤壁和支架共同承受。若直接顶很破碎，在工作面煤壁上方的直接顶已经断裂，则1Q 由支架单独承受。位于直接顶上方的老顶通常不与直接顶一起冒落。当直接顶在支架顶梁之后冒落时，老顶呈悬臂梁状态。老顶形成的悬壁梁一端支承在直接顶跨落后的碎矸上，另一端则支承在支架和煤壁上方的直接顶上，并形成载荷2Q 。随着煤壁的推进，老顶显露部分加长，2Q 在增加。当老顶悬露达到一定长度，其自重使其断裂，于是老顶悬露长度变短，2Q 立刻降到最小值，在采煤工作面连续开采过程中，工作面不断前移，2Q 由小到大，再由大到小，这样周而复始的变化，2Q 每次递增直至老顶断裂，称为老顶周期来压。

液压支架的结构和支架液压系统必须保证液压支架具有完全适应顶板变化的性能。采煤机采过一个截深之后，支架前移一个步距，支护新暴露出来的顶板。此时，顶板尚无下沉现象，支架以“初撑力”支撑顶板。此后，顶板开始破碎和下沉或断裂，支架承载加大，直至立柱下腔压力达到安全阀调定值，安全阀释放，立柱下缩。称此现象为液压支架的“让