工程用陶瓷油隔離泥漿泵設(shè)計【含CAD高清圖紙和說明書】

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中期檢查表 指導(dǎo)教師： 所在系部（單位）：機(jī)械與動力工程學(xué)院 教研室（研究室）： 精密儀器研究所 題 目 工程用陶瓷油隔離泥漿泵 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué)號 一、選題質(zhì)量 （主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，能否體現(xiàn)綜合訓(xùn)練要求；2、題目難易程度； 3、題目工作量；4、題目與生產(chǎn)、科研、經(jīng)濟(jì)、社會、文化及實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度） 工程用陶瓷油隔離泥漿泵符合機(jī)械設(shè)計制造自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，并且體現(xiàn)了綜合訓(xùn)練的要求；題目難易程度適當(dāng)，工作量較大；該裝置的設(shè)計緊密結(jié)合生產(chǎn)實踐，廣泛應(yīng)用于排礦渣，鉆井等生產(chǎn)中，能較大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 二、開題報告完成情況 主要為畢業(yè)設(shè)計做好前期準(zhǔn)備工作，查閱相關(guān)資料，基本掌握畢業(yè)設(shè)計的方法。 三、階段性成果 1、對本次設(shè)計進(jìn)行了方案確定，即確定了用油隔離罐對礦漿和油進(jìn)行隔離，并對Z形管、閥箱、穩(wěn)壓室等部分進(jìn)行了設(shè)計，基本上達(dá)到了設(shè)計的目的。 2、運(yùn)用AutoCAD繪制了部分零件圖，并初步掌握了泥漿泵油隔離部分設(shè)計的方法。 四、存在主要問題 1、主要問題在于，數(shù)據(jù)收集不夠充分，論證有欠嚴(yán)密，整體布置不夠合理，致使初步設(shè)計條理不清，復(fù)雜難懂，有待進(jìn)一步的提高改進(jìn)。 五、指導(dǎo)教師對學(xué)生在畢業(yè)實習(xí)中，勞動、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)展等方面的評語 指導(dǎo)教師： （簽名） 年 月 日 畢業(yè)實習(xí)報告 1 實習(xí)目的 通過此次畢業(yè)實習(xí)，深入了解和研究本專業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位以及發(fā)展趨勢，對冷沖壓工藝、模具設(shè)計、模鍛工藝、鑄造工藝、熱處理工藝以及模具制造工藝有更深入的了解；同時也對CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用及快速成形技術(shù)的應(yīng)用有較深的了解，提高分析問題的能力，為畢業(yè)設(shè)計收集素材。 2 實習(xí)時間及地點 2.1 實習(xí)時間 2008年3月26日至2008年4月18日。 2.2 實習(xí)地點 焦作神華重型機(jī)械制造有限公司。 3 神華重型機(jī)械制造有限公司簡介 焦作神華重型機(jī)械制造有限公司（原焦作重型機(jī)械制造有限責(zé)任公司）是集科技開發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營、技術(shù)服務(wù)于一體，具有百年歷史的國家二級企業(yè)，國家二級計量單位，省級文明單位，中國煤礦機(jī)械裝備公司及河南省煤礦機(jī)械制造公司成員廠。公司現(xiàn)有職工二千多人，其中各類專業(yè)技術(shù)人員300余人，中、高級專業(yè)技術(shù)職稱人員50余人。擁有固定資產(chǎn)5000萬元，年產(chǎn)值7000萬元，各種機(jī)加工設(shè)備300臺（套），其中5m立車、5m滾齒機(jī)、大型數(shù)顯落地鏜、銑床等精良設(shè)備50臺（套）。公司技術(shù)力量雄厚，下設(shè)機(jī)械加工、鉚焊、鑄造、熱處理、檢測及安裝等分廠，有先進(jìn)的理化實驗、計量檢測、產(chǎn)品檢測、信息中心等。本公司面向煤礦、建材、化工、冶金、電力、環(huán)保等行業(yè)，可承攬年產(chǎn)120萬噸煤炭設(shè)備、30萬噸水泥成套設(shè)備、15萬千瓦電煤磨設(shè)備及20萬噸純堿成套設(shè)備、0.6—30萬千瓦燃煤電廠環(huán)保設(shè)備制造及安裝，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷全國二十六個省、市、自治區(qū)，曾多次為國家重點工程配套。2000年12月獲得中國方圓認(rèn)證委員會質(zhì)量認(rèn)證中心ISO9001國際質(zhì)量體系認(rèn)證。 公司依靠科技進(jìn)步，堅持走質(zhì)量效益型道路，形成了從新產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售和服務(wù)全過程的質(zhì)量保證體系。作為國家二級計量合格單位，公司擁有一套完整的質(zhì)量檢測系統(tǒng)，嚴(yán)格的管理程序，先進(jìn)的測試設(shè)備，檢測手段齊全，從原材料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠，每一個環(huán)節(jié)都進(jìn)行嚴(yán)格檢查。企業(yè)設(shè)有質(zhì)量測試中心，中心有九個實驗室：化驗室、硬度實驗室、金相室、探傷室、力學(xué)實驗室、熱工儀表室、機(jī)械性能測試室、計量鑒定室、托輥實驗室。各種檢測儀器和設(shè)備30余臺，主要有：大型金相顯微鏡，布氏硬度計，長度測試儀、超聲波探傷儀、磨損試驗機(jī)、高頻疲勞試驗機(jī)、X射線探傷儀，各種拖輥性能測試設(shè)備等。通過以上測試手段可以對我廠產(chǎn)品的成品，半成品以及材料的物理，化學(xué)和機(jī)械性能進(jìn)行測試分析和質(zhì)量控制。公司技術(shù)力量雄厚，產(chǎn)品設(shè)計采用計算機(jī)輔助設(shè)計和工藝，先后開發(fā)出一批具有國內(nèi)先進(jìn)水平的新產(chǎn)品，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。 4 離心泵 圖4-1 離心泵示意圖 4.1 離心泵的工作原理和主要部件 4.1.1 離心泵的工作原理 （1）?離心泵的工作原理 葉輪安裝在泵殼內(nèi)，并緊固在泵軸上，泵軸由電機(jī)直接帶動。泵殼中央有一液體吸入閥與吸入管連接。液體經(jīng)底閥和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口與排出管連接。 在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動后，啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。 （2?） 氣縛現(xiàn)象 當(dāng)泵殼內(nèi)存有空氣，因空氣的密度比液體的密度小得多而產(chǎn)生較小的離心力。從而，貯槽液面上方與泵吸入口處之壓力差不足以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，即離心泵無自吸能力，使離心泵不能輸送液體，此種現(xiàn)象稱為“氣縛現(xiàn)象”。 為了使泵內(nèi)充滿液體，通常在吸入管底部安裝一帶濾網(wǎng)的底閥，該底閥為止逆閥，濾網(wǎng)的作用是防止固體物質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)損壞葉輪或妨礙泵的正常操作。 4.1.2 離心泵的主要部件 主要部件有葉輪、泵殼和軸封裝置。 （1?） 葉輪 葉輪的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動能(主要增加靜壓能)。?葉輪一般有6~12片后彎葉片。葉輪有開式、半閉式和閉式三種。開式葉輪在葉片兩側(cè)無蓋板，制造簡單、清洗方便，適用于輸送含有較大量懸浮物的物料，效率較低，輸送的液體壓力不高；半閉式葉輪在吸入口一側(cè)無蓋板，而在另一側(cè)有蓋板，適用于輸送易沉淀或含有顆粒的物料，效率也較低；閉式葉輪在葉片兩側(cè)有前后蓋板，效率高，適用于輸送不含雜質(zhì)的清潔液體，一般的離心泵葉輪多為此類。葉輪有單吸和雙吸兩種吸液方式。 （2?） 泵殼 泵殼作用是將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸入和壓出液體。泵殼多做成蝸殼形，故又稱蝸殼。由于流道截面積逐漸擴(kuò)大，故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸降低流速，使部分動能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。泵殼不僅匯集由葉輪甩出的液體，同時又是一個能量轉(zhuǎn)換裝置。 （3?） 軸封裝置 軸封裝置作用是防止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出或外界空氣漏入泵殼內(nèi)。常用軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉繩；機(jī)械密封主要的是靠裝在軸上的動環(huán)與固定在泵殼上的靜環(huán)之間端面作相對運(yùn)動而達(dá)到密封的目的。 4.2 離心泵的類型 離心泵的種類很多，化工生產(chǎn)中常用離心泵有清水泵、耐腐蝕泵、油泵、液下泵、屏蔽泵、雜質(zhì)泵、管道泵和低溫用泵等。以下僅對幾種主要類型作簡要介紹。 4.2.1 清水泵 清水泵是應(yīng)用最廣的離心泵，在化工生產(chǎn)中用來輸送各種工業(yè)用水以及物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的其它液體。 最普通的清水泵是單級單吸式，其系列代號為“B”，如3B33A型水泵，第一個數(shù)字表示該泵的吸入口徑為3英寸（76.2mm），字母B表示單吸懸臂式，33表示泵的揚(yáng)程33m，最后的字母A表示該型號泵的葉輪外徑比基本型號小一級，即葉輪外周經(jīng)過一次切削。如果要求壓頭較高，可采用多級離心泵，其系列代號為“D”。如要求的流量很大，可采用雙吸式離心泵，其系列代號為“Sh”。 4.2.2 耐腐蝕泵 輸送酸堿和濃氨水等腐蝕性液體時，必須用耐腐蝕泵。耐腐蝕泵中所有與腐蝕性液體接觸的各種部件都須用耐腐蝕材料制造，如灰口鑄鐵、高硅鑄鐵、鎳鉻合金鋼、聚四氟乙烯塑料等。其系列代號為“F”。但是用玻璃、橡膠、陶瓷等材料制造的耐腐蝕泵，多為小型泵，不屬于“F”系列。 4.2.3 油泵 輸送石油產(chǎn)品的泵稱為油泵。因油品易燃易爆，因此要求油泵必須有良好的密封性能。輸送高溫油品（200℃以上）的熱油泵還應(yīng)具有良好的冷卻措施，其軸承和軸封裝置都帶有冷卻水夾套，運(yùn)轉(zhuǎn)時通冷水冷卻。其系列代號為“Y”，雙吸式為“YS”。 4.2.4 屏蔽泵 屏蔽泵是一種無泄漏泵，它的葉輪和電機(jī)聯(lián)為一整體并密封在同一泵殼內(nèi)，不需要軸封裝置。近年來屏蔽泵發(fā)展很快，在化工生產(chǎn)中常用以輸送易燃、易爆、劇毒及具有放射性的液體。其缺點是效率較低。 4.3 離心泵的氣蝕現(xiàn)象 離心泵的氣蝕現(xiàn)象是指被輸送液體由于在輸送溫度下飽和蒸汽壓等于或低于泵入口處(實際為葉片入口處的)的壓力而部分氣化，引起泵產(chǎn)生噪音和震動，嚴(yán)重時，泵的流量、壓頭及效率的顯著下降，顯然，氣蝕現(xiàn)象是離心泵正常操作所不允許發(fā)生的。避免氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的關(guān)鍵是泵的安裝高度要正確，尤其是當(dāng)輸送溫度較高的易揮發(fā)性液體時，更要注意。 4.3.1 離心泵的安裝高度Hg 允許吸上真空高度Hs是指泵入口處壓力p1可允許達(dá)到的最大真空度。而實際的允許吸上真空高度Hs值并不是根據(jù)式計算的值，而是由泵制造廠家實驗測定的值，此值附于泵樣本中供用戶查用。位應(yīng)注意的是泵樣本中給出的Hs值是用清水為工作介質(zhì)，操作條件為20℃及及壓力為1.013×105Pa時的值，當(dāng)操作條件及工作介質(zhì)不同時，需進(jìn)行換算。 (1) 輸送清水，但操作條件與實驗條件不同，可依下式換算： 　　Hs1＝Hs＋(Ha－10.33)－(Hυ－0.24) (2) 輸送其它液體當(dāng)被輸送液體及反派人物條件均與實驗條件不同時，需進(jìn)行兩步換算：第一步依上式將由泵樣本中查出的Hs1；第二步依下式將Hs1換算成H?s 4.3.2 汽蝕余量Δh 對于油泵，計算安裝高度時用汽蝕余量Δh來計算，即：用汽蝕余量Δh由油泵樣本中查取，其值也用20℃清水測定。若輸送其它液體，亦需進(jìn)行校正。從安全角度考慮，泵的實際安裝高度值應(yīng)小于計算值。當(dāng)計算之Hg為負(fù)值時，說明泵的吸入口位置應(yīng)在貯槽液面之下。 5 單體液壓支柱和液壓支架 5.1 單體液壓支柱 單體液壓支柱與金屬頂梁配合，供煤礦一般機(jī)械化普采工作面支護(hù)頂板用，亦可供綜合機(jī)械化采煤工作面端頭支護(hù)或工作面臨時支護(hù)用，它適用于煤層傾角小于25°的緩傾斜的回采工作面，采取一定的措施時．亦可用于傾角為25°～35°的回采工作面。 5.2 臨時單體液壓支柱 礦用臨時單體液壓支柱適用于煤礦井下巷道維護(hù)、端頭掘進(jìn)過程中的臨時支護(hù)作業(yè)，也可用于其他礦山和巖土工程中需要臨時支護(hù)的場合。 主要優(yōu)點： ★ 優(yōu)點1：采用玻璃新材料、新工藝；輕便實用，性能可靠，操作簡單，維護(hù)方便； ★ 優(yōu)點2：初撐力大，工作阻力大，護(hù)頂更安全； ★ 優(yōu)點3：耐腐蝕性能好，工作液體可直接使用經(jīng)過過濾的礦井壓力水，必要時另配注水泵站。 圖5-1 單體液壓支柱 5.3 液壓支柱液壓閥的密封技術(shù)分析 液壓支柱中各種液壓閥的使用壽命很低，國外解決的途徑和辦法是提高系統(tǒng)的過濾精度和提高乳化液的質(zhì)量，但收效不大。 液壓支柱是采煤機(jī)械中的支護(hù)設(shè)備，經(jīng)過大修在井下一般可使用五年，但是液壓支柱中各種液壓閥的使用壽命卻很低，長的3個月，短的只有幾個星期，國外解決的途徑和辦法是增加系統(tǒng)的過濾精度和提高乳化液的質(zhì)量，但收效不大。以英國某液壓閥為例，雖然加工精度及整個液壓系統(tǒng)的過濾精度都比較高，但因使用壽命低，已在我國面臨淘汰。 5.3.1 影響液壓閥密封性能的主要因素 密封元件損壞的主要因素是工作液中的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在密封元件間研磨，使閥產(chǎn)生泄漏。因此，國外曾提出相應(yīng)等級的液壓元件，應(yīng)采用相應(yīng)精度的過濾器。他們認(rèn)為5μM的油泵密封元件，如果采用過濾精度為3／μM的過濾器，壽命可比采用10μM的提高10倍。 但液壓支柱用閥，工作環(huán)境十分惡劣。在采煤工作面，油管總長1000多米，接頭插口多達(dá)4000多個，液箱無特殊的防塵設(shè)施。乳化液中有大量的漂浮雜質(zhì)，在立柱缸底和閥腔，留有較多的煤粉、巖粒和鐵屑。進(jìn)液閥芯和閥座，由于開啟關(guān)閉比較頻繁，液體流速高，密封很快就會失效。實踐證明減少支架液壓系統(tǒng)液體的污染雜質(zhì)，是十分困難的，有人曾經(jīng)設(shè)想在乳化液泵站采用高壓過濾器，同時在每臺支架進(jìn)口處增加小型過濾器。但在工作中很快被堵塞，形成斷流。 另一方面，隨著液壓支柱技術(shù)的發(fā)展。對閥的使用性能和閥的使用壽命提出了更高的要求。目前，在裝有120目時的過濾器和磁過濾裝置的條件下，通過被測試閥的乳化液的總流量和閥的啟閉次數(shù)，來計量閥的壽命。但實際上室內(nèi)型式試驗與井下實際工作結(jié)果相差很大?，F(xiàn)在許多國家的形式實驗，增加了抗污染要求，有的是在乳化液中摻入適當(dāng)?shù)拿悍?，有的是加入機(jī)械雜質(zhì)。 為此，需要使用新型的、抗污染能力強(qiáng)的、適合于井下工作條件的密封副。 5.3.2 液壓閥密封材料的歷史及現(xiàn)狀 閥芯和閥座接觸面的泄漏，是工作液體分子擠入的結(jié)果。影響密封效果的主要原因是閥芯和閥座的接觸比壓、不平度及壓差。當(dāng)閥芯與閥座的接合面以P力壓緊，工作液體分子以F力擠入，密封材料會產(chǎn)生彈性變形。如果密封副總抗力大于分子斥力，則密封有效，否則就會形成泄漏。 早期的液壓支柱，運(yùn)動副之間沒有其他密封措施，是金屬直接接觸密封，即要求密封副接觸平面吻合，具有較高的加工精度，否則必須加大密封副的結(jié)合力，使接觸表面產(chǎn)生塑性變形，堵塞泄漏通道。 5.3.3 煤礦液壓支柱用山型圈 圖5-2 煤礦液壓支柱用山型圈示意圖 用于液壓缸，立柱活塞作高壓單向密封.在乳化液介質(zhì)中，100—300公斤/平方厘米壓力下，作高速往復(fù)運(yùn)動300次/分，行程80m/m多采用夾織物，具有良好耐磨性，與布的粘著性耐乳化液浸蝕，物理機(jī)械性能優(yōu)良密封可靠，使用壽命長。 5.3.4 支柱的焊接 為了提高鋼的耐磨和防腐等性能，對礦用抗炮崩單體液壓支柱表面要進(jìn)行氮化處理.然而氮化對焊縫組織和性能（主要指韌性）有何影響，其機(jī)理如何，對工藝的要求不明確，有時，造成單體柱運(yùn)輸使用中產(chǎn)生脆性斷裂等現(xiàn)象，出現(xiàn)嚴(yán)重后果。結(jié)合我廠產(chǎn)品，在27SiMn材料中用CO2氣體保護(hù)焊和氮化，通過對比試驗和金相分析，研究氮化和焊接的先后順序及氮化對焊縫組織和性能的影響，對產(chǎn)品的工藝進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。 為了有效地防止脆性斷裂，必須克服在焊縫區(qū)發(fā)生高溫回火脆性。因此，在編制工藝時應(yīng)盡量避開此溫度區(qū)間或縮短在此停留時間。工藝路線為調(diào)質(zhì)、氮化、空冷、焊接的順序。焊接坡口的加工，安排在氮化后進(jìn)行。這樣避免脆性組織的形成，以利于提高焊縫的韌性，杜絕脆斷事故的發(fā)生。改變工藝路線后，未發(fā)現(xiàn)焊縫有脆斷現(xiàn)象，用戶反映良好。 采用先氮化后焊接的工藝生產(chǎn)單體柱安全可靠，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，有重要的推廣應(yīng)用價值。 5.3.5 液壓油 煤礦液壓支架用濃縮傳動液，包括緩蝕劑、潤滑劑、水及其它添加劑等組分，所說傳動液的特征在于其組分含量（重量％）為：２５－２７油酸三乙醇胺皂，２０－２３磺化油，１０－１２１－羥基苯三唑，２０－２２乙二醇，１．０－１．１ＥＤＴＡ，１．２－１．４５０％ＫＯＨ，４．０－５．０乙二醇丁醚，０．３－０．４乳化硅油及余量水。 5.3.6 單體支柱新型塑料柱帽 適用于煤礦采煤工作面單體液壓支柱和摩擦支柱支護(hù)。該柱帽內(nèi)有頂蓋腔，在頂蓋腔底側(cè)中部有沉孔，沉孔周圍有臺階，臺階的四角各有一個爪孔，柱帽的周邊向內(nèi)彎有折邊，用增強(qiáng)塑料制造。它能和單體支柱頂蓋緊密嵌鑲，且不易脫離。單體支柱戴上這種柱帽可以改善支護(hù)、防止倒柱，并能反復(fù)使用，減少坑木消耗。 5.4 液壓支架 液壓支架是以高壓液體作動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的一種支撐和管理煤炭礦山井下采面頂板的設(shè)備。它的出現(xiàn)極大地提高了勞動生產(chǎn)率，因而廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代化礦山的機(jī)械化工作面。 其大體如下圖5-3： 圖5-3 液壓支架示意圖 液壓支架是一種利用液體壓力產(chǎn)生支撐力并實現(xiàn)自動移設(shè)來進(jìn)行頂板支護(hù)和管理的一種液壓動力裝置，是綜合機(jī)械化采煤不可缺少的配套設(shè)備。 5.4.1 液壓支架的特點 （1） 支架穩(wěn)定性好，不倒架； （2） 護(hù)頂面積大，放頂煤不用鋪網(wǎng)； （3） 移架速度快； （4） 可用于松軟底板工作面； （5） 采高增大，支護(hù)力調(diào)節(jié)范圍寬； （6） 后排可增加支柱，以加強(qiáng)切頂能力； （7） 運(yùn)輸方便，組裝簡單。 5.4.2 適用范圍 地質(zhì)條件相對穩(wěn)定，煤層傾角應(yīng)≤16°，當(dāng)16°~30°時采用防滑措施。炮采一次采全高，炮采放頂煤整體頂梁組合支架與傳統(tǒng)的分體懸移支架區(qū)別有如下優(yōu)點：放頂煤不用鋪網(wǎng)。由于支架的頂梁全部連為一提，其對頂梁掩護(hù)90%，與綜采支架相同，所以，放頂煤不用鋪網(wǎng)。(金屬絲網(wǎng)按4元/T煤計算，年產(chǎn)20萬噸就可節(jié)約資金80萬元，按3萬元/架計算50米的工作面支架投資150萬元，出38萬噸煤就可收回支架投產(chǎn)品。 5.4.3 液壓支架的類型 （1） 支撐式液壓支架； （2） 掩護(hù)式液壓支架； （3） 支撐掩護(hù)式液壓支架。 液壓支架的類型主要是支撐式液壓支架，（其又分為垛式液壓支架和節(jié)式液壓支架）掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架，支撐式液壓支架現(xiàn)在用的已經(jīng)不多了，故這里重點介紹掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式液壓支架。 5.4.4 掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式液壓支架特性及工況分析 （1） 掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式液壓支架工作原理 掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式液壓支架有單鉸式與雙鉸式兩種主要類型。單鉸掩護(hù)式支架隨采高的變化，頂梁尖端（鉸點）圍繞支架的后鉸點作圓弧運(yùn)動，因此支架的空頂距隨采高的變化而變化，使支架前端無支護(hù)空間增大，不利于頂板控制。（見圖5-4） 采用帶四連桿的掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式支架（雙鉸式），隨采高的變化頂梁尖端的運(yùn)動曲線為雙紐線，根據(jù)雙紐線的特點，在設(shè)計中可以使頂梁尖端在采高范圍內(nèi)呈近似垂直層面的直線運(yùn)動，以保證在支架有效采高范圍內(nèi)，使頂梁尖端距煤壁的距離不變。此外，帶四連桿的掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式支架（雙鉸式）具有承受水平力的能力。（見圖5-4） 圖5-4 單鉸式與雙鉸式掩護(hù)式支架頂梁尖端運(yùn)動曲線 液壓支架的液壓系統(tǒng)由立柱、推移千斤頂、操縱閥、控制閥（安全閥、液控單向閥）、軟管等組成。（見圖5-5） 通過操縱閥和控制閥，液壓支架可完成以下動作(立即支護(hù)式)： A 降柱、拉架：采煤機(jī)通過該支架、頂板暴露后，立即降柱、拉架； B 升柱：支架被拉到新位置后，升柱，使支架撐緊頂板； C 推溜：支架撐緊頂板后，利用推移千斤頂推溜。 圖5-5 液壓支架的液壓系統(tǒng) （2） 初撐力與工作阻力（屈服載荷）： 升柱后，高壓液體進(jìn)入液壓支架各立柱的活塞腔，立柱逐漸升起直至頂梁與頂板緊密接觸為止；與此同時，在立柱活塞腔內(nèi)的高壓液體的壓力迅速增大到液壓泵的工作壓力。當(dāng)高壓液體充滿活塞腔時，液控單向閥關(guān)閉，將高壓液體鎖在活塞腔內(nèi)。此時，工作在泵的工作壓力下的高壓液體壓力稱初撐壓力，支架（所有立柱）對頂板的支撐力稱初撐力。 支架達(dá)到初撐力后，頂板不斷下沉，活塞腔的體積不斷變小，活塞腔內(nèi)高壓液體的壓力不斷增大。為保護(hù)液壓支架的立柱不被高壓液體損壞，在活塞腔的液壓回路中設(shè)安全閥（又稱屈服閥）。當(dāng)頂板下沉，活塞下縮到6－10mm時，若頂板再繼續(xù)下沉，安全閥（屈服閥）動作，從活塞腔內(nèi)放出一點高壓液體，使活塞腔內(nèi)高壓液體的壓力保持在安全閥調(diào)定的壓力下。此時，工作在安全閥調(diào)定壓力下的高壓液體壓力稱安全閥工作壓力（屈服壓力），支架（所有立柱）對頂板的支撐力稱工作阻力（即屈服載荷）。 支架的工作阻力是液壓支架的主要參數(shù)，工作阻力決定支架結(jié)構(gòu)尺寸，支架的支撐能力。關(guān)于支架的工作阻力，有兩種觀點： A 加大工作阻力：支架適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，使用壽命長，減少使用過程中維修，安全，但制造費(fèi)用高； B 支架工作阻力必須與頂板條件相適應(yīng)，只要支架能控制住整個工作面的頂板下沉與壓力，保持控頂區(qū)內(nèi)頂板的完整與可靠即可。加大工作阻力，使支架重量大、造價高、裝運(yùn)使用都不方便。 兩種觀點各有道理，支架的工作阻力有逐漸增大的趨勢，要設(shè)計“支架系列”。目前，工作阻力高達(dá)400t。初撐力也是液壓支架的主要參數(shù)，初撐力大，立柱能很快達(dá)到工作阻力，減少頂板下沉量，避免頂板的離層，改善支護(hù)性能。但初撐力過大易破壞直接頂。目前： P初＝（0.3-0.8）P工 式中 P初—初撐力； P工—工作阻力。 初撐力有增大趨勢。 （3） 掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式液壓支架特性曲線： A 一個開采循環(huán)內(nèi)支架阻力變化曲線（見圖5-6） 圖5-6 支架阻力變化曲線（resistance-支架阻力，time-時間） 在一個開采循環(huán)內(nèi)支架阻力變化有以下幾個階段： a 支架前移、重新支撐頂板后，在短時間ta（10－20秒）內(nèi)達(dá)到初撐壓力Ps，(o-s)為支架的初撐階段； b 頂板開始下沉，支架的阻力在ta時間內(nèi)迅速增大直至平衡狀態(tài)為止，(s-a)為支架阻力迅速增加階段； c 當(dāng)支架與頂板達(dá)到相對平衡時，支架阻力處于穩(wěn)定狀態(tài)，(a-b)為支架的穩(wěn)定階段； d 當(dāng)采煤機(jī)接近支架時，支架阻力增大，(b-c)為截割影響階段； e 最后，當(dāng)相鄰支架降柱移架時，頂板載荷突然轉(zhuǎn)移到該支架，在很短時間內(nèi)（一般為1－3分鐘），該支架阻力迅速增加，(c-d)為又一次迅速增大階段； f 當(dāng)支架降柱、前移時，其阻力迅速降至零，此階段為(d-e)。 在一個開采循環(huán)內(nèi)，支架阻力的變化從0經(jīng)s,a,b,c,d至e。 B 一個開采循環(huán)內(nèi)支架阻力實際變化曲線（見圖5-7） 圖5-7 實測支架阻力變化曲線 根據(jù)現(xiàn)場實際觀測資料分析，在一個開采循環(huán)內(nèi)支架阻力的變化與圖5-6所表達(dá)的曲線有時不同。觀測表明：不同支架，其阻力變化曲線不同；同一支架在不同循環(huán)內(nèi)，其阻力變化曲線也不同。一個開采循環(huán)內(nèi)支架阻力變化的實際曲線，大體上可歸納為以下幾類： a 阻力迅速增大型：如圖5-7a，支架支撐后，立柱的阻力迅速增大，達(dá)到或超過立柱的額定初撐力，其特性曲線類似圖5-7a的曲線。 b 阻力迅速增大到工作阻力（屈服載荷）型：如圖5-7b，支架支撐后，立柱的阻力迅速增大，達(dá)到或超過立柱的額定初撐力。此后，立柱的阻力繼續(xù)增大，很快達(dá)到立柱的工作阻力（屈服載荷）。此時，安全閥開啟，高壓液體從安全閥泄出，隨頂板下沉，立柱的阻力不變，直至支架降柱前移為止。 c 阻力迅速增大到工作阻力后，阻力繼續(xù)增大型：如圖5-7c，當(dāng)工作面有周期來壓時，工作面頂板壓力增大，使該支架處于工作阻力狀態(tài)，與增大的頂板壓力保持平衡。當(dāng)相鄰的支架降柱、前移時，頂板載荷立即轉(zhuǎn)移到該支架上，該支架的阻力增大如此之快，以至安全閥還來不及打開釋放高壓液體，從而導(dǎo)致支架的工作阻力迅速增大并暫時地高于支架的工作阻力。 d 阻力緩慢增大型：如圖5-7d，支架的阻力在整個循環(huán)內(nèi)不斷地、緩慢地增大，但一直未達(dá)到其額定的初撐力，只有當(dāng)相鄰支架降柱移架時，支架阻力才達(dá)到或超過支架的額定初撐力。該壓力變化曲線常常出現(xiàn)在兩次周期來壓之間。 e 低阻力型：如圖5-7e，支架的阻力在整個循環(huán)內(nèi)都低于其額定的初撐力。這種情況的出現(xiàn)，常常是因為長壁工作面頂板條件的復(fù)雜、支護(hù)條件的不同而造成頂板壓力的不均勻性。 f 阻力的降低型：如圖5-7f，支架支撐后，立柱的阻力迅速增大，達(dá)到或超過立柱的額定初撐力，此后在整個循環(huán)內(nèi)，支架阻力不但不升高反而逐漸降低，直至降柱、移架為止。 評價： a型：支架阻力不超過工作阻力，但始終在額定初撐力之上，若能適當(dāng)?shù)剡x擇初撐力。這是最理想的一種工作狀況。 b型：支架在大部分時間里都處在工作阻力的條件下。若適當(dāng)設(shè)計其工作阻力，且在此工作阻力期間頂板下沉不會引起任何較大的頂板控制問題。這也是較好的工作狀況。 c型類似b型,只是在鄰架降柱、移架時支架阻力才會突然超過工作阻力。因此，這就要求支架采用快速或大流量安全閥。 d、e、f型，表示支架處于不良的工作狀態(tài)。 d型和e型，支架阻力在額定初撐力以下，始終也不能達(dá)到工作阻力。支架阻力緩慢增大，可能是由于壓碎支架下方的巖石碎屑或底板凹凸不平造成。e型表示頂板條件更加惡劣，可能會在工作面線前方引起支承壓力的高度集中，造成煤壁嚴(yán)重的片幫。其結(jié)果使工作面頂板的無支護(hù)空間大大地增加。 f型的工作狀況，是由于不斷惡化的軟弱頂板或底板而引起的。 5.4.5 帶四連桿的掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式液壓支架支撐能力及頂梁上載荷分析 支撐能力含義：支撐能力是指當(dāng)液壓支架的所有立柱和千斤頂都達(dá)到工作阻力時頂板作用在支架頂梁上的載荷。 頂梁上載荷：頂梁上載荷是指當(dāng)液壓支架的立柱和千斤頂未達(dá)到工作阻力時頂板作用在支架頂梁上的載荷，該載荷可根據(jù)所測得的立柱載荷換算成頂板作用在頂梁上的載荷。 掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式液壓支架的支撐能力及頂梁上載荷，不等于支架所有立柱工作阻力之和或?qū)崪y阻力之和，因為立柱不與頂梁和底座垂直，同時四連桿機(jī)構(gòu)還要承受一部分頂板載荷。 影響掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式液壓支架支撐能力及頂梁上載荷的因素很多，主要有： A 每個立柱及有關(guān)千斤頂?shù)墓ぷ髯枇驅(qū)崪y阻力； B 水平力的大小和方向； C 支架各構(gòu)建的尺寸，如頂梁的長度、掩護(hù)梁的長度、前柱與后柱之間的距離、四連桿的長度等。 D 立柱與垂直線之間的夾角、掩護(hù)梁與水平線之間的夾角（即掩護(hù)梁的傾角）、四連桿與水平線之間的夾角（即四連桿的傾角），所有這些夾角都隨支架的高度變化而變化。 5.4.6 四柱支撐掩護(hù)式支架支撐能力及頂梁上載荷 四柱支撐掩護(hù)式支架支撐能力及頂梁上載荷計算方法見圖5-8： Qx=m′Qy 式中 Qy—作用在頂梁上的垂直力 Qx —作用在頂梁上的水平力 μ—頂梁與頂板之間的摩擦系數(shù), m=0~±0.3（＋為水平力指向采空區(qū)，－為水平力指向工作面） 圖5-8 四柱支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)尺寸 以頂梁為分離體： ?Fy=0 Qy = P1cosq1+P2cosq2+Ry (5-1) ?Fx=0 Rx = Qx-P1sinq1-P2sinq2 Rx=Qyμ-P1sinq1-P2sinq2 (5-2) 以掩護(hù)梁為分離體： ?M0=0 Ry = Rxtana (5-3) 從（4-1-1）、（4-1-2）、（4-1-3）得Qy的值： （5-4） 若R1, R2, R R3, R4, H1, R5, R6, R7, R9, R11, R12, R13和θ為已知 （5-5）（5-6）（5-7） （5-8） 若P1,P2 為額定工作阻力，則Qy 為支架支撐能力；若P1,P2 為實測阻力，則Qy為頂梁上的載荷。 Qy 距絞點J(x,y)的距離△X △X=(R12P1cosθ1+R13P2cosθ2)/Qy (5-9) 根據(jù)公式（5-1）~ 公式（5-9）可計算出不同尺寸的支撐掩護(hù)式液壓支架在不同高度時的支架支撐能力或頂良上的載荷。 圖5-9為4柱450噸支撐掩護(hù)式支架支撐能力隨支架高度的變化曲線（以掩護(hù)梁傾角表示）。μ為頂梁與頂板之間的摩擦系數(shù)。 圖5-9 4柱450噸支撐掩護(hù)式支架支撐能力隨支架高度的變化曲線 5.4.7 四柱掩護(hù)式支架支撐能力及頂梁上載荷 四柱掩護(hù)式支架支撐能力及頂梁上載荷計算方法見圖5-10： 圖5-10 四柱掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)尺寸 以頂梁為分離體： ?Fy=0 Qy = P1cosq1+Ry (5-10) ?Fx=0 Rx = Qx-P1sinq1 Rx= Qyμ-P1sinq1 (5-11) 以掩護(hù)梁為分離體： ?M0=0 Ry=(P2D+Rxh)/C=Rxtana+P2D/C (5-12) (5-13) 若：R1, R2, R, R3, R4, H1, R5, R6, R7, R8, R9, R11, R12和θ為已知 （5-14）（5-15）（5-16）（5-17） （xd,yd）是點d(立柱與掩護(hù)梁交點)坐標(biāo) 若P1,P2 為額定工作阻力，則Qy 為支架支撐能力；若P1,P2 為實測阻力，則Qy為頂梁上的載荷。 Qy 距絞點J(x,y)的距離△X △X=R12P1cosθ1/Qy 根據(jù)公式（5-10）~ 公式（5-17）等，可計算出不同尺寸的四柱掩護(hù)式支架在不同高度時的支架支撐能力或頂梁上的載荷。 5.4.8 液壓支架卸載系統(tǒng)存在問題分析 （1） 現(xiàn)有系統(tǒng)特點： 圖3-11所示為液壓支架壓傳動系統(tǒng)原理圖。 圖5-11　支架液壓系統(tǒng)原理圖 1. 立柱　2. 安全閥　3. 液控單向閥　4. 換向閥 A 初撐 換向閥4處于升柱位置，液壓泵送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥3進(jìn)入立柱1下腔，立柱1上腔排液，使支架立柱升起支撐頂板。當(dāng)立柱下腔壓力達(dá)到支架液壓系統(tǒng)動力泵站工作壓力后，閥4切換至中位，閥3關(guān)閉，立柱下腔油液被封閉，實現(xiàn)支架對頂板的初撐。 B 承載 支架支撐后，隨著頂板巖層下沉液壓支架產(chǎn)生彈性壓縮，立柱下腔被封閉的液體壓力隨之迅速彈升，呈增阻狀態(tài)；當(dāng)立柱1下腔油液壓力超過安全閥2的動作壓力時，高壓液體經(jīng)閥2溢出，低于閥2的動作壓力時，安全閥關(guān)閉，呈恒阻狀態(tài)。這一過程稱為支架承載階段，支架的承載載荷稱為工作阻力。 C 卸載 當(dāng)閥4處于降柱位，高壓液體進(jìn)入立柱1上腔，同時打開液控單向閥3，立柱下腔排液，實現(xiàn)立柱卸載下降。 綜上所述：液壓支架在升柱、支撐到降柱的三個過程中具有三性、即增阻性，恒阻性和可縮性。 以國產(chǎn)QY200-14／31型掩護(hù)式液壓支架為例來進(jìn)行分析。 支架主要參數(shù)： 初撐力：1.415～1.577MN(系統(tǒng)壓力p＝31.4MPa) 工作阻力：1.746～1.952MN(系統(tǒng)壓力p＝38.5MPa) 立柱缸徑：D＝160mm 液壓行程：L＝870mm 伺服閥通過觸頭接收樣件的機(jī)械信號，轉(zhuǎn)變?yōu)榱髁亢蛪毫π盘柨刂频都芨椎碾S動，同時借助搖臂實現(xiàn)反饋控制，構(gòu)成閉環(huán)機(jī)械反饋控制系統(tǒng)。為適應(yīng)各種仿形加工的需要，伺服閥的觸頭可以在360°方向上接收信號，也可以只在一個方向接收信號。 D 樣件支架 樣件支架6根據(jù)需要或操作的方便性可安裝在工作臺的左側(cè)面或右側(cè)面。樣件支架上裝有刻度尺和微調(diào)器，刻度尺用于對樣件位置的粗調(diào)，微調(diào)器用于精調(diào)。 (2) 承載階段分析 支架工作立柱的液壓行程通常在600mm左右，可求得立柱下腔工作液體容積12064。 液壓支架使用的工作液體為水包油乳化液，其彈性模數(shù)實際上與水的彈性模數(shù)沒多大差別，水的彈性模數(shù)大約在2～2.1GPa，可推得水包油乳化液的壓縮系數(shù)β＝（4.7～5）×10-10m2／N。在不計管路、立柱缸變形時，立柱下腔內(nèi)工作液體壓縮后容積變化為： ΔV＝βVO（PH－PO)＝4.8×10－10×12064×38.5×106＝0.22L 式中　PO—支撐頂板前立柱下腔液體壓力，PO＝0。 (3) 卸載階段分析 在極短時間內(nèi)爆發(fā)性的能量釋放，必然引起系統(tǒng)劇烈的沖擊、振動，這就是在工作現(xiàn)場所能聽到沉悶的“咚!咚!”響雷聲，導(dǎo)致元件不必要損傷、系統(tǒng)壽命降低。 （4）系統(tǒng)改進(jìn) 防止在極短時間內(nèi)爆發(fā)性能量釋放產(chǎn)生的惡果，關(guān)鍵在于處理ΔV的問題。即在支架立柱上腔得到工作液體，實現(xiàn)支架降柱之前必須使立柱下腔有效地卸壓。 改進(jìn)成如圖5-12所示系統(tǒng)，在安全閥2的遙控口上接一手動二位二通換向閥5。在換向閥4實現(xiàn)降柱之前，先讓閥5導(dǎo)通后再操縱換向閥4，由于兩閥的操作存在時間差，方便地實現(xiàn)立柱下腔高壓液體的壓縮能量通過二位二通換向閥5和安全閥2的先行導(dǎo)通逐步釋放后，工作液體進(jìn)入立柱上腔，才進(jìn)行降柱動作。 防止在極短時間內(nèi)爆發(fā)性能量釋放產(chǎn)生的惡果，關(guān)鍵在于處理ΔV的問題。即在支架立柱上腔得到工作液體，實現(xiàn)支架降柱之前必須使立柱下腔有效地卸壓。 　　改進(jìn)系統(tǒng)，在安全閥2的遙控口上接一手動二位二通換向閥5。在換向閥4實現(xiàn)降柱之前，先讓閥5導(dǎo)通后再操縱換向閥4，由于兩閥的操作存在時間差，方便地實現(xiàn)立柱下腔高壓液體的壓縮能量通過二位二通換向閥5和安全閥2的先行導(dǎo)通逐步釋放后，工作液體進(jìn)入立柱上腔，才進(jìn)行降柱動作。 （5） 結(jié)論 由于煤炭礦山井下工作面空間狹小，各種機(jī)器設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲掩蓋了支架立柱下降時所產(chǎn)生的沉悶轟鳴聲。卸壓回路的故障，造成液體元件、管件的破裂及整機(jī)連接件的松脫，不僅影響液壓支架的正常工作，還導(dǎo)致液壓支架整體壽命的降低。液壓支架價格又十分昂貴，因而由立柱(立式油缸)下腔中油液被壓縮后所形成的潛在液壓系統(tǒng)故障，應(yīng)引起人們足夠的重視了。 實習(xí)體會 將近一個月的畢業(yè)實習(xí)結(jié)束了，在這期間我們在焦作神華重型機(jī)械制造有限公司進(jìn)行參觀實習(xí)，在老師和工廠技術(shù)人員的帶領(lǐng)下看到了很多也學(xué)到了很多，讓我在實踐、觀察中有了新的領(lǐng)悟和認(rèn)識。 在這個科技時代中，高技術(shù)產(chǎn)品品種類繁多，生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程也各不相同，但不管何種產(chǎn)品，從原料加工到制成產(chǎn)品都是遵循一定的生產(chǎn)原理，通過一些主要設(shè)備及工藝流程來完成的。因此，在專業(yè)實習(xí)過程中，首先要了解其生產(chǎn)原理，弄清生產(chǎn)的工藝流程和主要設(shè)備的構(gòu)造及操作。其次，在專業(yè)人員指導(dǎo)下，通過實習(xí)過程見習(xí)產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)及開發(fā)等環(huán)節(jié)，初步培養(yǎng)我們得知識運(yùn)用能力。畢業(yè)實習(xí)的心得體會概括起來有以下幾方面： 1. 了解了機(jī)械制造生產(chǎn)過程中危險因素，每一次進(jìn)廠都要做一次安全介紹，每個工廠的工作工況不一樣，安全隱患都不同，增強(qiáng)了我們的安全意識。 2. 了解了機(jī)械產(chǎn)品流水線生產(chǎn)，對于大批大量生產(chǎn)，專用機(jī)械特別多，對精度，效率都有提高。 3. 了解了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)格、使用要求。 4. 社會工作能力得到了相應(yīng)的提高，在實習(xí)過程中，我們不僅從企業(yè)職工身上學(xué)到了知識和技能，而且感到了生活的充實和學(xué)習(xí)的快樂，以及獲得知識的滿足。真正的接觸了社會，使我們消除了走向社會的恐懼心里，使我們對未來充滿了信心，以良好的心態(tài)去面對社會。同時，也使我們體驗到了工作的艱辛，了解了當(dāng)前社會大學(xué)生所面臨的嚴(yán)峻問題，促使自己努力學(xué)習(xí)更多的知識，為自己今后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。 5. 增進(jìn)了我們的師生和工友的感情，從這次畢業(yè)實習(xí)的全過程來看，自始至終我們都聽從老師和工人師傅的安排，嚴(yán)格要求自己，按時報到，注重安全。 作為即將步入社會的大學(xué)生，要有好的發(fā)展確實要做到心態(tài)上的轉(zhuǎn)變和步入崗位后的主動。進(jìn)入社會后自己將不再是家里、學(xué)校里的天之驕子，如果不做到心態(tài)上的轉(zhuǎn)變就無法融入單位，融入整個社會。其次，步入社會參加工作要做到主動，主動將自己的才能才華展現(xiàn)出來，讓自己的所學(xué)得到淋漓盡致的充分發(fā)揮，讓自己的能力得到承認(rèn)，得到升華。此次實習(xí)讓我了解到了當(dāng)前行業(yè)新知識、新技術(shù)和現(xiàn)代化生產(chǎn)情況，提高了自己的實踐能力，培養(yǎng)了自己吃苦耐勞的精神，為更順利的完成畢業(yè)設(shè)計提供了實踐依據(jù)，為了解機(jī)械行業(yè)企業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀與方法提供了參考，為將來工作打好了堅實的基礎(chǔ)。在這將近一個月中，讓我們初步從理性回到感性的重新認(rèn)識，也讓我們進(jìn)一步的認(rèn)識了這個社會，對于以后做人所應(yīng)把握的方向也有所啟發(fā)。 縱觀此次實習(xí)，我們真正到達(dá)機(jī)械制造業(yè)的第一前線，了解了我國目前制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，也初步了解了機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢。在新的世紀(jì)里，科學(xué)技術(shù)必將以更快的速度發(fā)展，更快更緊密得融合到各個領(lǐng)域中，而這一切都將大大拓寬機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向。 在此，我要再次感謝我的導(dǎo)師劉傳紹及張昌娟老師，以及關(guān)心幫助我的同學(xué)和一線的工人師傅。 27