ZF12002335型液压支架设计

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本 科 毕 业 设 计 （ 201届）

题 目 ZF1200/23/35型液压支架设计 系 别 机电动力与信息工程系 专 业 机械工程及自动化 年 级 10级机械一班 学生姓名 xxx 指导教师 xxx

2014年 5月 5日

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中文题目: ZF12000/23/35型液压支架设计 外文题目: ZF12000/23/35 Hydraulic Support

毕业设计: 共 54 页 图 纸: 完成日期: 答辩日期:

共 1 张 2014年5月3日 2014年5月8 日

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摘 要

放顶煤液压支架是综合机械化综采工作面的不可或缺的支护设备之一，其性能的好坏直接影响采煤工作面以及工作人员的安全与否。

本次设计主要介绍了支撑掩护式放顶煤液压支架总体设计的方法,包括支架架型选择、基本参数的确定、四连杆机构设计、顶梁、底座、掩护梁、立柱、放煤口等液压支架主要结构件的设计。四连杆结构的设计选用了优选法并采用了计算机求解的方式来求解。

关键词：放顶煤液压支架；支撑掩护式；正四连杆结构；小插板

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目录

前言 ............................................................................................................................ 1 1 液压支架的概述 .................................................................................................................... 2 1.1液压支架的组成和分类 .................................................................................................. 2 1.1.1液压支架的组成 ............................................. 2 1.1.2液压支架的分类及特点 ....................................... 2 1.2 液压支架的工作原理 ...................................................................................................... 5 1.2.1支架升降 ................................................... 5 1.2.2支架移动和推移输送机 ....................................... 8 1.3 支撑掩护式正四连杆结构放顶煤支架的优劣比较 .............................................. 8 2 放顶煤液压支架的结构特点 .......................................................................................... 10 2.1放顶煤开采工艺及放顶煤液压支架 ......................................................................... 10 2.1.1 放顶煤液压支架的分类 .......................................................................................... 10 2.3 放顶煤液压支架的特点 ............................................................................................... 12 3 放顶煤液压支架的选型 .................................................................................................... 13 3.1 液压支架设计的基本参数 .......................................................................................... 13 3.1.1 主要任务 ...................................................................................................................... 13 3.2 液压支架的设计 ............................................................................................................. 14 3.2.1 液压支架的选型 ........................................................................................................ 14 4 液压支架的整体结构尺寸设计 ...................................................................................... 15 4.1 液压支架高度的设计 .......................................... 15

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4.2 支架中心距，宽度的确定 ...................................... 16 4.3 底座长度的确定 .............................................. 16 4.4 支架四连杆机构的确定 ........................................ 16 5 放顶煤液压支架主要结构件设计 ................................................................................. 32 5.1 顶梁的设计 .................................................. 33 5.2底座的设计 .................................................. 33 5.3 掩护梁和连杆的设计 .......................................... 34 5.4 四连杆机构 .................................................. 35 5.5 放煤口及放煤机构的设计 ...................................... 36 5.6 立柱 ........................................................ 36 5.7 推移装置 .................................................... 38 5.8 侧护板的结构和型式 .......................................... 39 5.9 柱间距和筋板配置 ............................................ 40 6 液压支架的基本参数 ........................................................................................................ 42 6.1 设计要求 ........................................................................................................................... 42 6.2 放顶煤液压支架基本技术参数的确定 ................................................................... 42 6.2.1顶梁主要参数的确定 ................................................................................................ 42 7 结论 ......................................................................................................................................... 52 致谢 .............................................................................................................................................. 53 参考书目 .................................................................................................................................... 54

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前言

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。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。

支架的作用不仅是支护顶板、保证安全，而且要有效的控制顶板、提高效率。综放工作面的产量不仅取决于煤层、采运设备、综放支架，而且还取决于知己控制顶板、顶煤的能力和效果。

放顶煤液压支架是综合机械化放顶煤开采最重要的机械设备。它的发明和应用，使放顶煤开采技术从高落式进入一个全面机械化的新的发展阶段。放顶煤工作面由液压支架实现可靠、快速地支护和放煤，采用采煤机采煤，使厚煤层全厚开采在安全、可靠的工作条件下进行，保证了工作面实现高产高效。

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1 液压支架的概述

1.1液压支架的组成和分类

1.1.1液压支架的组成

液压支架是综采工作面支护设备，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。

液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系—般分为三大类，即支撑式、掩护式(图1-1)和支撑掩护式(图1-2) 根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为4个部分[1]：

1) 承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。

2) 液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。

3) 控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。

图1-1 掩护式液压支架结构 图1-2 支撑掩护式液压支架结构 4) 辅助装置，如推移装置、护帮(或挑梁)装置、伸缩梁(或插板)装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。

1.1.2液压支架的分类及特点

按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，有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

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作面端头以外的采煤工作面所有位置的支架。

中间液压支架按其结构形式来划分，可分为三种基本类型，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式。 1）支撑式支架

支撑式支架是出现最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同，支撑式支架又分为垛式支架（图1-3 a）和节式支架（图1-3 b）两种结构型式。垛式支架每架为一整体，与输送机连接并互为支点整体前移。节式支架由2~3个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移，输送机用于支架相连的推移千斤顶推移。节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。支撑式支架的结构特点是：顶梁较长，其长度多在4m左右；立柱多，一般是4~6根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置。以平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内。[1]

支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的的工作空间和通风断面大。

由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。

此种支架在现阶段的综采工作面的生产时都已基本不再采用。

(a) (b)

图1-3支撑式支架结构形式

a—垛式支架 b—节式支架

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2）掩护式支架（图1-1）

其主要由前梁、主梁、掩护梁和侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、推移千斤顶、操纵阀等组成。

它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用与顶梁或直接作用与顶梁上。掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为3.0mm左右。

掩护式支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。

由上可知，掩护式支架适用于顶板不稳定或中等稳定、老顶周期来压不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。[1]

3）支撑掩护式支架（图1-2）

其主要由防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、立柱等组成。 支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。

此种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。

它的缺点是：结构复杂，成本较高。

支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾或后倾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，两排立柱都是直接支撑在顶梁上，个别情况下，也有后排立柱支撑在掩护梁上而前排立柱支撑在顶梁上。

4）特种液压支架

特种液压支架是为了满足某些特殊的要求而发展起来的液压支架，在结构形式上仍属

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于以上某种液压支架。包括放顶煤支架等。

1.2 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，通过液压控制不同功能的液压缸来完成的。每架支架的液压管路都与工 面主管路并联，形成各自独立的液压系统，如图1.4所示。

图1.4 液压支架的基本工作原理

1—顶梁；2—立柱；3—输送机；4—安全阀；5—液控单向阀；6、7—操纵阀；8—乳化液泵；9—

推移液压缸；10—底座；11—后连杆；12—前连杆；13—掩护梁

1.2.1支架升降

支架的升降依靠立柱2的伸缩来实现，其工作过程如下：[1] 1）初撑

操纵阀7处于升柱位置，由泵站输送来的高压液体经液控单向阀5进入立柱的下腔，同时立柱的上腔排液，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的工作压力后，操纵阀置于中位，液控单向阀5关闭，从而立柱下腔液体被封闭，这就是支架的初撑阶段。

2）承载

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