填充式液壓支架設(shè)計

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1 摘 要 ZY4800 16 32 四柱支撐式充填液壓支架的設(shè)計 主要是針對冀中集團金牛股份邢臺 礦 7606 充填工作面的煤層 圍巖情況及其配套設(shè)備進(jìn)行選型設(shè)計的一種新型液壓支架 它包括以下幾個部分 通過介紹整個礦井的地質(zhì)條件及工作面的實際情況 結(jié)合支架的發(fā)展情況及分類 對液壓支架進(jìn)行了選型 并確定其基本技術(shù)參數(shù) 根據(jù)結(jié)構(gòu)部件在整個液壓支架中承載情況及作用 詳細(xì)對支架的頂梁 尾梁 擋矸 座 四連桿機構(gòu) 側(cè)護板 底座 立柱 各種千斤頂?shù)炔考M(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計 確定了其 整體結(jié)構(gòu)尺寸 重點對立柱做了結(jié)構(gòu) 技術(shù)參數(shù)說明 并根據(jù)其承載的工作阻力對立柱 的穩(wěn)定性 活塞桿和缸體的強度進(jìn)行了校驗 介紹了該支架液壓系統(tǒng)的特點 詳細(xì)說明了立柱 各種千斤頂系統(tǒng)的基本控制回路 及它們的工作原理 并對泵站液壓元件 液壓管路進(jìn)行了選型 關(guān)鍵詞 四柱支撐式充填液壓支架 結(jié)構(gòu)部件 液壓系統(tǒng) 1 目 錄 前 言 1 1 概 論 2 1 1 礦井的概述 2 1 2 采礦地質(zhì)條件 2 1 3 回采巷道布置及工作面生產(chǎn)能力確定 3 2 充填液壓支架設(shè)計 6 2 1 液壓支架的選型原則 6 2 2 液壓支架的選型計算 6 2 3 充填液壓支架的結(jié)構(gòu)原理 7 2 4 支架工作阻力和初撐力 8 2 5 支架調(diào)高范圍及伸縮比 9 2 6 移架速度 9 2 7 充填液壓支架技術(shù)參數(shù) 10 3 支架整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 12 3 1 液壓支架基本尺寸的確定 12 3 2 立柱及千斤頂?shù)脑O(shè)計 13 3 3 配套設(shè)備選型設(shè)計 15 4 液壓支架部件受力分析及強度驗算 19 4 1 支架的強度條件 19 4 2 立柱的強度校核 19 5 充填液壓支架的液壓系統(tǒng)設(shè)計 23 5 1 液壓系統(tǒng)的組成和液壓原理 23 5 2 液壓支架的支護原理 23 5 3 液壓支架的基本控制回路 24 結(jié) 論 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 29 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 1 前 言 煤炭資源在我國的能源結(jié)構(gòu)構(gòu)成中占有很大比例 隨著煤炭資源的不斷開采 儲量 日趨減少 使得村莊和建筑物等 三下 建筑物下 鐵路下 水體下 壓煤問題越來越 突出 嚴(yán)重影響著許多礦山企業(yè)的正常生產(chǎn) 邢臺礦作為已有 40 年輝煌歷史的老礦 也 受到 三下 壓煤問題的影響 僅建筑物下壓煤就有 5000 萬噸 為了解決建筑物下壓煤 問題 研究出了井下工作面矸石和粉煤灰充填工藝 為此 需重新研究設(shè)計液 壓 支 架 以 適 應(yīng) 充 填 開 采 的 需 要 液 壓 支 架 在 我 國 煤 礦 中 的 使 用 已 有 三 十 多 年 的 歷 史 從 消 化 先 進(jìn) 設(shè) 備 開 始 到 我 國 能 獨 立 研 究 設(shè) 計 的 制 作 我 們 已 經(jīng) 積 累 了 豐 富 的 經(jīng) 驗 通 過 在 學(xué) 院 函 授 站 的 學(xué) 習(xí) 使 我 對 這 一 部 分 知 識 有 了 更 加 全 面 更 加 系 統(tǒng) 的 認(rèn) 識 和 了 解 并 利 用 畢 業(yè) 設(shè) 計 這 個 機 會 對 我 礦 井 下 充 填 工 作 面 所 用 的 液 壓 支 架 進(jìn) 行 了 選 型 和 設(shè) 計 由 于 自 己 的 能 力 有 限 經(jīng) 驗 不 足 再 加 上 時 間 較 緊 有 不 妥 之 處 希 望 能 得 到 各 位 老 師 和 同 學(xué) 的 指 正 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 2 1 概 論 1 1 礦井的概述 金牛能源股份邢臺礦是一座年產(chǎn) 180 萬噸的大型機械化礦井 生產(chǎn)裝備先進(jìn) 技術(shù) 力量雄厚 采 掘機械化程度達(dá)到 100 井田含煤地層時代為 c p 總厚 210 米 其中 有 19 層煤 煤層總厚 21 米 含煤系數(shù) 10 可采和部分可采煤層 8 層 厚 17 30 米 可 采含煤系數(shù)為 8 2 1 2 采礦地質(zhì)條件 1 2 1 地質(zhì)概況 充填開采 7606 工作面井上下對照如圖 1 1 所示 圖 1 1 7606 工作面井上下對照圖 由圖 1 1 可知 7606 充填工作面對應(yīng)地面位置位于邢臺礦工業(yè)廣場西北部 礦區(qū)專 用鐵路線和南三環(huán)公路從工作面上方穿過 工作面正上方是礦機修廠電器車間 以南分 別是礦標(biāo)宿樓 機修車間 地面注漿站 距工作面水平距離最近點在 80 140m 之間 地 面標(biāo)高 85m 工作面標(biāo)高 210 250m 井下位置該工作面位于東翼六采區(qū) 東北部靠近 7602 工作面采空區(qū) 西北部為 F10 斷層 南部距 210 西大巷 50m 東部距井底車場 100m 工作面位于工業(yè)廣場保護煤柱線 內(nèi) 1 2 2 煤層及頂?shù)装迩闆r 工作面所采煤層為 2 煤 屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層 煤層傾角 7 10 平均傾角 9 煤的容 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 3 重 1 8t m3 煤層平均厚度為 5 79m 工作面埋深為 295 335m 平均約為 320m 煤層的 中下部有一層平均厚 0 4m 的夾矸 把煤層分為上下兩個自然分層 上分層平均厚度為 2 79m 下分層平均厚度為 2 6m 本工作面區(qū)域內(nèi)煤層為一單斜構(gòu)造 2 煤屬于二類自燃 煤層 自燃發(fā)火期為 12 18 個月 煤塵具有爆炸危險性 煤塵爆炸指數(shù)為 32 75 38 11 瓦斯絕對涌出量為 0 2m3 min 相對涌出量為 0 02m3 t 地溫 地壓正 常 7606 充填工作面頂?shù)装迩闆r如圖 1 2 所示 狀柱 厚度 m 巖石名稱及描述8 20315 細(xì)砂巖 黑色 含云母 泥質(zhì)膠結(jié) 5 4 砂質(zhì)頁巖 黑色 含有植物化石 以泥質(zhì)為主 79 5126 黑色粉末 煤質(zhì)良好 含植物化石 中部有一層夾 矸 厚度約 0 4m 其中上分層平均厚度為 2 79m 下分 層平均厚度為 2 6m 69 084 砂質(zhì)頁巖 黑灰色 含有植物化石 以泥質(zhì)為主 底部微受擠壓 25 137 中細(xì)砂巖 灰白色 成份以石英為主 顆粒分選好 中下部含炭質(zhì)層理 圖 1 2 7606 充填工作面頂?shù)装迩闆r 1 2 3 首采面儲量情況 首采 7606 工作面傾斜長度為 50m 走向長度為 460m 設(shè)計可采儲量為 11 5 萬 t 1 3 回采巷道布置及工作面生產(chǎn)能力確定 1 3 1 回采巷道布置 運料巷 運料巷開口于東翼 210 大巷 由于該工作面緊靠 F10 斷層 而且 F10 及其 次生斷層在該區(qū)域情況不詳 因此運料巷距 F10 斷層 40m 布置 運輸巷 運輸巷平行于運料巷布置 通過出煤通道與 7600 運輸上山聯(lián)通 開切眼 開切眼布置在距 210 西大巷 50m 處 邊眼布置 為了運料巷掘進(jìn)出煤 在工作面外段布置一邊眼 聯(lián)通運輸巷和運料巷 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 4 停采線的確定以保護 210 東大巷為原則 設(shè)計運料巷在最小距離 210 大巷 35m 處停 采 1 3 2 生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計 生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括充填料運輸 運煤 運料 通風(fēng) 排水系統(tǒng)等 1 運煤系統(tǒng) 7606 充填工作面 7606 運輸巷 出煤通道 六采區(qū)運輸上山 六采區(qū)集中皮帶巷 緩沖煤倉 主井 提升地面 2 充填料運輸系統(tǒng) 地面矸石倉 投料井 六采區(qū)運矸皮帶巷 六采區(qū)運矸皮帶上山 7606 運矸皮帶巷 運料巷 7606 充填工作面 3 運料系統(tǒng) 副井 320 東翼大巷 東翼三軌道 210 東翼回風(fēng)大巷 7606 運料巷 7606 充填工 作面 4 通風(fēng)系統(tǒng) 新鮮風(fēng) 投料井 進(jìn)風(fēng)通道 六采區(qū)集中皮帶巷 六采區(qū)運輸上山 出煤通道 7606 運輸巷 7606 充填工作面 污風(fēng) 7606 充填工作面 運料巷 斜巷 210 東翼大巷 210 西翼大巷 主井 5 排水系統(tǒng) 7606 充填工作面 7606 兩巷 210 水溝 副井口 320 井底水倉 1 3 3 工作面生產(chǎn)能力確定 邢臺礦充填開采工作面采用 四六 工作制 三班生產(chǎn)一班檢修 正常情況下每班進(jìn) 2 3 刀 充填 1 2 次 進(jìn)刀方式為工作面端部斜切進(jìn)刀 循環(huán)進(jìn)尺 0 5m 日進(jìn)尺 4 0m 1 每割一刀煤所需的時間 a 割煤的時間 割煤的時間見式 1 1 1 1 211 2 2VLVLT 割 式中 工作面長度 50m L 進(jìn)刀斜切段長度 25m 1 采煤機正常割煤牽引速度 取 Vmin 5 2 采煤機單向割煤牽引速度 取 2 4 將上述數(shù)據(jù)代入式 1 1 可得割煤的時間 為 12 5min 割T b 割煤空行時間 見式 1 2 空T 1 2 空空 VLT 1 式中 采煤機空刀運行時的牽引速度 取 5m min 空V 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 1 2 可得割煤空行時間 為 5 0min 空T c 必需的間歇時間 停 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 5 必需的間歇時間包括采煤機每割完一刀煤檢查機器更換截齒時間 正常的停開機時 間 采煤機改變牽引方向時的翻擋煤板時間及滾筒調(diào)位時間等 根據(jù)實際情況 取停T 10min 所以每割一刀煤所需的時間見式 1 3 T 1 3 割T空 停 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 1 3 可得每割一刀煤所需的時間 T 為 27 5min d 端頭作業(yè)時間 端T 根據(jù)實踐經(jīng)驗 本綜采工作面端頭作業(yè)時間取 min25 e 其它影響時間 含故障時間 各工序相互影響時間等 其 它 根據(jù)大量調(diào)查 在此 取 其 它 min10 根據(jù)以上分析 每割一刀煤的循環(huán)時間 見式 1 4 循T T 1 4 循 端 其 它 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 1 4 可得每割一刀煤所需的循環(huán)時間 為 62 5min 循T 2 充填開采工作面生產(chǎn)能力 充填開采工作面生產(chǎn)能力見式 1 5 1 5 CNLBHA 301 式中 充填開采工作面生產(chǎn)能力 萬 t a 1A 每日進(jìn)刀數(shù) 8 刀 N 循環(huán)進(jìn)度 0 5m L 工作面長 50m B 工作面開采厚度 2 8m H 煤的容重 1 8t m 3 工作面采出率 0 95 C 將上述相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 2 5 得充填開采工作面生產(chǎn)能力 為 31 6 萬 t a 1A 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 6 2 充 填 液 壓 支 架 設(shè) 計 2 1 液壓支架的選型原則 充填液壓支架是綜合機械化采煤工作面主要裝備之一 它與采煤機 刮板輸送機配 套使用 起著管理頂板隔離圍巖 維護作業(yè)空間 與刮板輸送機配套能自行前移 推進(jìn) 采煤工作面連續(xù)作業(yè) 充填支架設(shè)計應(yīng)考慮 支護強度與工作面礦壓相適應(yīng) 支架結(jié)構(gòu)與煤層賦存條件相 適應(yīng) 支護斷面與通風(fēng)要求相適應(yīng) 推移連接裝置與采煤機 刮板輸送機 后部吊掛式 充填刮板輸送機 搗實機等設(shè)備相匹配 另外 充填液壓支架后部必須提供可供物料充 填的吊掛式充填刮板輸送機 搗實機器等設(shè)備正常工作時所需要的空間 而且吊掛式充 填刮板輸送機在支架尾梁下 其高度盡可能增大 尾梁必須有足夠的強度 以滿足工作 要求 充填液壓支架上需要設(shè)計一個機構(gòu)能將物料充滿并搗實 尤其是采空區(qū)下尾梁與 刮板輸送機之間的空間必須盡量充滿 因此 對于充填液壓支架的設(shè)計應(yīng)該遵循以下原 則 2 1 1 充填液壓支架后部必須提供可供充填機構(gòu)工作所需的空間 設(shè)計的矸石與粉煤灰充填液壓支架后部要安裝吊掛式充填輸送機 為保證吊掛式充 填輸送機能夠正常工作和檢修 充填液壓支架后部必須提供可供吊掛式充填輸送機正常 工作時所需要的空間 而且吊掛式充填輸送機懸掛高度盡可能增大 2 1 2 充填液壓支架尾梁必須有足夠的強度 由于矸石與粉煤灰充填液壓支架比普通液壓支架增加了尾梁結(jié)構(gòu) 支架的控頂范圍 增加 頂板對支架特別是支架尾梁的壓力比較大 尾梁下還需要懸掛吊掛式充填輸送機 因此尾梁必須有足夠的強度 以滿足工作要求 2 1 3 需要安設(shè)可調(diào)整吊掛式充填運輸機高度的設(shè)備 按照設(shè)計 矸石與粉煤灰充填液壓支架的尾梁要和吊掛式充填輸送機用單掛鏈聯(lián)接 為了方便管理和檢修 矸石與粉煤灰充填液壓支架的尾梁要安裝有可調(diào)整高度的千斤頂 便于調(diào)整支架尾梁高度 2 1 4 需要有機構(gòu)將充填料充滿壓實 由于矸石與粉煤灰在松散狀態(tài)下的可壓縮量大 為了保證充填效果 以減少頂板來 壓時的下沉量 充填液壓支架上需要設(shè)計一個機構(gòu)能將矸石與粉煤灰充滿并夯實 尤其 是尾梁與吊掛式充填輸送機之間的空間必須盡量充滿 2 1 5 矸石與粉煤灰充填液壓支架的其它要求 由于矸石與粉煤灰充填液壓支架比正常綜采面液壓支架增加了后部工作部分 包括 尾梁 矸石與粉煤灰吊掛式充填輸送機和下部的搗實機 因此 矸石與粉煤灰充填液壓 可能出現(xiàn)支架頭輕尾重 造成支架后仰 移架困難的現(xiàn)象 故在設(shè)計中應(yīng)充分考慮矸石 與粉煤灰液壓支架的穩(wěn)定性 2 2 液壓支架的選型計算 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 7 2 2 1 支架高度的選擇 煤層分層開采的平均厚度為 2 8m 由于分層工作面沿煤層頂板布置 即工作面沿頂 開采 在正常情況下煤層的開采高度為 2 8m 但工作面局部可能因頂板起伏不平而采高 較高或采高較底 對于支架來說 采高偏低不利于煤炭采出率 過高則穩(wěn)定性不好 根 據(jù)相似煤層地質(zhì)條件下使用的支架及保證穩(wěn)定性的前提下提高采高的原則 選擇采高為 2 5m 3 0m 故支架最大高度設(shè)計為 3 2m 由于邢臺礦井下大巷及軌道坡運輸條件的限 制 運輸總高度應(yīng)小于 2m 大平車高度為 0 3m 則支架最低高度取 1 6m 為宜 采用單 伸縮加機械加長桿立柱 2 2 2 支架型式的確定 a 首先 由于充填支架后部有矸石粉煤灰充填設(shè)備 對采空區(qū)進(jìn)行充填 同時煤層又 選為分層開采 所以不能選用放頂煤支架 由于支架最大高度定為 3 2m 輕型單擺桿支 架也不能適應(yīng)這樣的高度 所以我們只能選用兩柱掩護式或四柱支撐掩護式支架 b 由于支架后部有吊掛式充填溜子 擋矸座 搗實機等充填設(shè)備 支架后部出現(xiàn)故障 時 需要人工到后部處理故障 所以支架必須留有一定空間 方便人員到后部處理故障 鑒于這種情況 選用四柱支撐掩護式支架 c 充填支架考 慮 后 部 充 填 操 作 及 人 行 道 空間的要求比較大 反四連桿機構(gòu)在支架 降架時 四連桿機構(gòu)要占據(jù)后 部 充 填 操 作 及 人 行 道 空間 導(dǎo)致該部空間較小 不適合 充填支架 而正四連桿機構(gòu)具有該部空間大的優(yōu)點 對于充填支架比較合適 綜上所述 最終確定四柱支撐掩護式支架 采用正四連桿機構(gòu) 2 2 3 支護強度的確定 確定液壓支架的支護強度時 要綜合考慮到老頂?shù)膩韷簭姸群褪荛_采影響的上覆巖 層厚度 受采動影響上覆巖層厚度的主要根據(jù)頂板的巖性及其垮落后破碎的狀態(tài)和煤層 的采出厚度來確定 本煤層采用充填開采 受采動影響的頂板厚度較小 采動影響的可 垮落頂板厚度見式 2 1 2 1 1 kMH 式中 可垮落頂板厚度 m H 煤層厚度 2 8m M 頂板巖層碎脹系數(shù) k 1 15 1 3 取 1 25 將上述相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 2 1 得采動影響的可垮落高度為 11 2m 支架支護強度見 式 2 2 10 2 2 Hkp1 式中 1k 老頂來壓時動載荷系數(shù) 取 2 可垮落下位巖層厚度 11 2m H 巖層容重 2 5t m 3 將上述相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 2 2 可知工作面液壓支架的支護強度應(yīng)不小于 0 56Mpa 取支護強度為 0 6Mpa 2 3 充填液壓支架的結(jié)構(gòu)原理 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 8 考慮首采工作面地質(zhì) 地壓等方面的因素 經(jīng)過多次調(diào)研 支架強度設(shè)計的可行性 分析等工作 根據(jù)上述要求 最終確定采用使用 ZC4800 16 32 型四柱支撐掩護式支架 采用正四連桿機構(gòu) 初步設(shè)計出適合綜采面矸石與粉煤灰充填的液壓支架結(jié)構(gòu) 充填液壓支架主要由頂梁 立柱 底座 尾梁 尾梁千斤頂 尾梁之下吊掛式充填 輸送機 搗實千斤頂 擺梁千斤頂和搗實板 擺梁 等構(gòu)成 吊掛式充填輸送機溜槽由 四條圓環(huán)鏈懸掛在尾梁之下 懸掛圓環(huán)鏈與其兩側(cè)的吊環(huán)聯(lián)接 溜槽槽板上開有卸料充 填的卸料孔 搗實千斤頂為兩根 鉸接在底座上 它可推動搗實板壓緊充填料 調(diào)節(jié)千 斤頂鉸接在底座上 它用于調(diào)節(jié)鏟板的上下高度 可使充填料在支架后部接頂 從而不 留空隙 底座后端設(shè)支架護板 護板起擋料 掩護作用 尾梁千斤頂為兩根 它們的一 端與尾梁鉸接 另一端與頂梁下方的鉸接耳板鉸接 以增加支架的支護強度和穩(wěn)定性 充填液壓支架前 后配備雙側(cè)同向不等位的兩部刮板輸送機 即前部回采工作面的 工作面刮板輸送機和后部的位于尾梁下的吊掛式充填輸送機 充填液壓支架除了滿足支 護頂板 綜采面生產(chǎn)的要求 同時可達(dá)到充填采空區(qū)的目的 充填液壓支架后部懸掛的吊掛式充填輸送機溜槽 與綜采面上 下端頭的溜尾 溜 頭 組成整部的吊掛式充填輸送機后 實現(xiàn)運料充填采空區(qū) 并與充填支架配合使用 具有以下特點 充填料通過吊掛式充填輸送機溜槽槽板的卸料孔落下 卸料孔的大小是根據(jù)充填 料的塌落角 充填高度 輸送量確定或調(diào)節(jié) 上刮板的作用是推移充填料 下刮板的作用是推平由卸料孔落下到采空區(qū)底板的 充填材料 吊掛式充填輸送機通過柔性的懸吊圓環(huán)鏈實現(xiàn)萬向可調(diào)節(jié)式懸掛 吊掛式充填輸送機隨移架前移 能實現(xiàn)可彎曲運輸 并通過吊掛式充填輸送機拉 移千斤頂調(diào)整直率 移架不影響運輸充填材料 不必像帶式輸送機那樣需要調(diào)直 后懸式刮板輸送機是在充填支架尾梁的掩護下進(jìn)行的 可保證充填設(shè)備的安全 同時設(shè)備維修時可以采用前移支架達(dá)到維修空間時進(jìn)行 充填過程中無需人員進(jìn)入充填 區(qū) 充填順序由下向上 當(dāng)下面一個漏料孔落料到一定高度后 即關(guān)閉下一個孔再開啟 上一個充填漏料孔 隨即啟動夯實千斤頂推動鏟板 對已落下的充填材料進(jìn)行壓緊搗實 如此反復(fù)幾個循環(huán) 直至采空區(qū)充滿壓實 擺梁調(diào)高千斤頂用于調(diào)節(jié)搗實千斤頂和鏟板 的角度 可使充填料在支架后部接頂 從而實現(xiàn)完全充填 綜采工作面生產(chǎn)系統(tǒng) 充填 系統(tǒng)融合為一體 回采 充填同時進(jìn)行 充填材料經(jīng)上巷輸送機運至綜采工作面上端頭 再由后懸式吊掛式充填輸送機將材料運至綜采面的采空區(qū)進(jìn)行充填 2 4 支架工作阻力和初撐力 根據(jù)支護強度 配套設(shè)備尺寸 支架頂梁長度和空頂距計算支架工作阻力見式 2 3 2 3 321DK0 BL pnP 式中 安全系數(shù) 1 2 n 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 9 空頂距 340mm KL 頂梁長度 7450 mm D 架間距 1 5m B 支架支護強度 0 6MPa p 支護效率 取 0 9 1 安全閥波動系數(shù) 取 0 95 2 將上述相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 2 3 可知工作面液壓支架的支護阻力應(yīng)不小于 4547 7kN 初撐力大小對支架的支護性能和成本都有很大影響 較大的初撐力能使支架較快達(dá) 到工作阻力 減慢頂板的早期下沉速度 增加頂板的穩(wěn)定性 但對乳化液泵站和液壓元 件的耐壓要求也將提高 一般初撐力由式 2 4 確定 2 4 pp 8 0 6 0 式中 支架初撐力 kN 0p 將上述相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 2 4 可知工作面液壓支架的初撐力為 2728 6 3638 1kN 2 5 支架調(diào)高范圍及伸縮比 支架最大結(jié)構(gòu)高度和最小結(jié)構(gòu)高度分別見式 2 5 2 6 2 5 1maxaSMH 2 6 2ini 式中 支架最大 最小結(jié)構(gòu)高度 m maxHin 煤層最大 最小采高 m aMi 偽頂冒落的最大厚度 m 1S 頂板周期來壓時支架最大下沉量 移架高度等之和 m 2 根據(jù)邢臺礦的實際情況和開采技術(shù)條件 支架的調(diào)高范圍取為 3 2m 1 6m axin 支架伸縮比反映支架對煤層厚度變化的適應(yīng)能力 其值為見式 2 7 2 7 minaxHKs 式中 支架伸縮比 2 sK 2 6 移架速度 支架移架速度 可按式 2 27 估算 ZV 2 8 ibZQKAV 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 10 式中 泵站流量 2 400L min bQ 一架支架全部立柱和千斤頂同時動作所需的液體容積 102L i 支架中心距 1 5m A 泄露 損失系數(shù) 1 05 xK 代入相關(guān)參數(shù)得移架速度為 11 2m min 為保證高產(chǎn)高效工作面采煤機連續(xù)割煤 整個工作面的移架速度不應(yīng)小于采煤機連 續(xù)割一刀的平均割煤速度 即要求滿足式 2 9 2 9 czVK 式中 采支速度比 1 3 zcK 平均割煤速度 2 5m min CV 將相關(guān)參數(shù)代入式 2 9 可得移架速度應(yīng)不小于 3 25m min 2 7 充填液壓支架技術(shù)參數(shù) 充填液壓支架技術(shù)參數(shù)見表 2 1 表 2 1 充填液壓支架技術(shù)參數(shù)一覽表 名 稱 參 數(shù) 名 稱 參 數(shù) 支架 缸徑 桿徑 80 60mm 型式 反四連桿支撐掩護式支架 行程 170mm 型號 ZC4800 16 32 推力 拉力 158 69kN 中心距 1500mm 搗實 擺梁 千斤頂 2 個 支護強度 0 6MPa 型式 普通 對底板平 均比壓 1 84MPa 缸徑 桿徑 125 80 泵站工作 壓力 31 5MPa 行程 1480mm 額定流量 400L min 推力 拉力 475kN P 38 2MPa 280 kN 操縱方式 臨架操縱 充填動作本架操縱 擺梁調(diào)高千斤頂 2 個 立柱 4 個 單伸縮機械加長段 型式 普通 缸徑 柱徑 桿徑 200mm 190mm 16 0mm 缸徑 桿徑 100 70 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 11 行程 1610mm 一級 830mm 加長 780mm 行程 296mm 初撐力 989kN P 31 5MPa 推力 247kN 工作阻力 1200kN P 38 2MPa 拉力 121kN 推移千斤頂 1 個 倒裝 拉后溜千斤頂 1 個 缸徑 桿徑 160 105mm 型式 內(nèi)走液 行程 700mm 缸徑 桿徑 100 70mm 移架力 推 溜力 361 633kN 行程 700mm 尾梁千斤頂 2 個 推力 247 126kN 缸徑 桿徑 160 95mm 護幫千斤頂 1 個 行程 120mm 型式 普通 初撐力 633kN P 31 5MPa 缸徑 桿徑 100 70mm 工作阻力 767kN P 38 2MPa 行程 615mm 側(cè)推 側(cè)護板 千斤頂 2 個 推力 299kN P 38 2MPa 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 12 3 支 架 整 體 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 計 算 3 1 液壓支架基本尺寸的確定 3 1 1 頂梁尺寸的確定 a 長度的確定 頂梁的長度與支架工作方式 配套尺寸等有直接關(guān)系 我礦井下采 煤采用及時支護方式 先移架后推溜 支架要超前輸送機一個步距 以便采煤機過后 支架能及時前移 支控新暴露的頂板 因此 頂梁的長度要比先推溜后移架時長一個步 距 為 600mm 同時考慮到采煤機截割時不一定把煤壁截割成一個垂直平面 所以在設(shè) 計時 要求頂梁前端距煤壁最小距離為 300mm 的空頂距 為了防止采煤機截割煤壁不齊 給推移輸送機鏟煤板前留有一定的距離 一般為 135 150mm 以上所有配套設(shè)備包括采 煤機 輸送機均要在頂梁掩護之下 綜合考慮 前梁長度確定為 2490mm 考慮后部充填 操作及人行道空間前后立柱上支點間距確定為 1900mm 后立柱上支點與掩護梁鉸點之間 要設(shè)置尾梁千斤頂?shù)暮笾ё?因此 此距離設(shè)計為 560mm 頂梁總長為 4950mm b 寬度的確定 應(yīng)根據(jù)頂梁的性質(zhì)來確定 寬度大 雖可加快移架速度 提高支架 的穩(wěn)定性 但對頂板適應(yīng)性差 架間距為 1 5m 的支架 頂梁體寬度一般不小于 1 4m 選定 為 1400mm 加上側(cè)護板頂梁的寬度確定為 1430 1600mm 3 1 2 底座尺寸的確定 a 底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件 在設(shè)計支架 的底座長度時 應(yīng)考慮如下幾個方面 支架對底板的接觸比壓要小 支架內(nèi)部應(yīng)有足夠 的空間用于安裝立柱 液壓控制裝置 推移裝置和其它輔助裝置 便于人員操作和行走 具有一定的擋矸作用 保證支架的穩(wěn)定性等 通常掩護式支架的底座長度取 4 倍的移架 步距 即 2840mm 根據(jù)實際情況取底座長度為 2900mm b 底座寬度的確定 根據(jù)底座長度 支架對底板的接觸比壓要求及邢臺礦實際情況 取底座寬度為 1350 mm c 本支架底座采用帶過橋開襠式高強度箱體焊接結(jié)構(gòu) 如附圖所示 其直接作用于 工作面底板上 在底座上立柱的鉸接點設(shè)有柱窩 底座與前后連桿的鉸接形式均為單軸 孔鉸接 底座尾端設(shè)有兩個鉸接點 用來鉸接擋矸座 使擋矸座不會轉(zhuǎn)動 開襠處設(shè)有 推移框架 推移框架在推移千斤頂?shù)淖饔孟缕鸬酵屏镆萍艿淖饔?中部底板開襠 有利 用浮煤 矸石的排出 3 1 3 尾梁尺寸的確定 尾梁與頂梁尾部鉸接 采用帶滑槽的高強度箱體焊接結(jié)構(gòu) 在尾梁千斤頂?shù)淖饔孟?可以支撐采空區(qū) 主要作用在于通過尾梁上的滑槽可以懸掛托板 托板用來懸掛充填輸 送機 托板采用筋板焊接結(jié)構(gòu) 懸掛在尾梁上的滑槽中 在與尾梁和托板間鉸接的托板千 斤頂 一組 的作用下 攜帶懸掛在其上的充填輸送機沿尾梁上的滑槽在一定范圍里滑 動 根據(jù)液壓支架的移架步距為 700mm 確定滑槽及托板的滑動范圍為 700mm 再考慮 吊掛充填輸送機機頭 電機 減速機的尺寸 以及尾梁千斤頂在尾梁部鉸接點的尺寸 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 13 確定尾梁長度為 2500mm 寬度為 1350mm 3 1 4 搗實機構(gòu)尺寸的確定 充填支架的搗實機構(gòu)主要有擋矸座 擺梁及擺梁千斤頂組成 a 擋矸座尺寸的確定 擋矸座采用高強度箱體焊接結(jié)構(gòu) 一端與底座尾端兩點相鉸 接 并直接立于底板上 其作用有二 一是用來擋充填區(qū)從充填輸送機上落下來的矸石 和粉煤灰 二是安裝擺梁 并通過擺梁調(diào)高千斤頂調(diào)節(jié)擺梁的仰角 根據(jù)實測擺梁的高 度定為 900mm 寬度定為 1350mm 前后長度定為 995mm b 擺梁尺寸的確定 擺梁采用高強度箱體焊接結(jié)構(gòu) 一端與擋矸座相鉸接 另一端 內(nèi)套有搗實梁 通過鉸接在擋矸座上的擺梁千斤頂 擺梁可以繞鉸接點調(diào)節(jié)仰角 根據(jù) 實際擺梁兩組千斤頂來搗實充填物 搗實鏟板的長度為 1300mm 寬度為 520mm 擺梁和 鏟板總長為 2281mm 兩千斤頂中心距為 920mm 搗實千斤頂?shù)男谐虨?1480mm 3 2 立柱及千斤頂?shù)脑O(shè)計 3 2 1 立柱的設(shè)計 立柱是支架的承壓構(gòu)件 它長期處于高壓受力狀態(tài) 它除應(yīng)具有合理的工作阻力和 可靠的工作特性外 還必須有足夠的抗壓 抗彎強度 良好的密封性能 結(jié)構(gòu)要簡單 并能適應(yīng)支架的工作要求 本機采用帶機械加長桿的單伸縮雙作用立柱 擴大支架的支護高度范圍 使支架的 支撐高度滿足了回采高度的變化要求 同時 結(jié)構(gòu)簡單 成本偏低 它由缸體 活柱 導(dǎo)向套等主要部件組成 缸體用 27SiMn 無縫鋼管加工而成 缸體的下端焊接球形缸底 在缸底上鉆有孔并焊 有管接頭作為立柱下腔的液口 在缸體的上端裝有導(dǎo)向套 為活柱的上下往復(fù)運動導(dǎo)向 為了防止外部煤塵等臟物隨活柱下縮而進(jìn)入缸體和防止液體從立柱上腔向外泄露 在導(dǎo) 向套上還裝有蕾形密封圈和 O 形圈 缸體上部有螺紋孔并焊有管接頭 與上腔相通 作 為立柱上腔的液口 活柱由無縫鋼管做成 下部焊有活塞頭 上部焊有柱頭 為把立柱分隔成互不相通 的上下兩腔 在活塞頭上安裝了具有雙向密封作用的鼓形密封圈 密封圈的兩側(cè)有導(dǎo)向 環(huán)為活柱在缸體內(nèi)運動導(dǎo)向 鼓形密封圈及其導(dǎo)向環(huán)由卡鍵卡箍實現(xiàn)軸向固定 當(dāng)支架的支撐高度不能滿足回采高度的要求時 可使用機械加長桿 該立柱上端是 空心的 帶有柱頭的機械加長桿插入空心活柱內(nèi) 將長環(huán)嵌入加長桿環(huán)形槽內(nèi) 再用卡 套套在長環(huán)外面 最后用銷軸穿過加長桿橫孔 抒加長桿和空心活柱固定在一起 加長 桿上有若干環(huán)形槽和若干橫孔 可以按照具體要求抒卡環(huán)嵌入相應(yīng)的環(huán)形槽以得到不同 的調(diào)節(jié)高度 機械加長段為兩段 每段長 390mm 計行程 780mm 液壓行程 830mm 總行程 1610mm 調(diào)節(jié)范圍大 技術(shù)參數(shù)如下 缸徑 245mm 活柱直徑 200mm 加長桿直徑 140 mm 初撐力 989KN P 31 5Mpa 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 14 工作阻力 1200KN P 38 2Mpa 3 2 2 千斤頂?shù)脑O(shè)計 該支架使用的千斤頂統(tǒng)計如下 推移千斤頂 1 組 倒裝 尾梁千斤頂 2 組 搗實 擺梁 千斤頂 2 組 擺梁調(diào)高千 斤頂 2 組 拉后溜千斤頂 1 組 側(cè)推 側(cè)護板 千斤頂 2 組 護幫千斤頂 1 組 a 推移千斤頂 四柱支撐掩護式液壓支架所需的移架力不僅應(yīng)克服底板的磨擦力 還應(yīng)克服兩旁相 鄰支架的磨擦力以及由于移架時立柱的剩余載荷形成的頂板對支架的磨擦力 所以 移 架阻力要比推溜阻力大 需要獲得較大的移架力 本支架是通過推移千斤頂?shù)寡b結(jié)構(gòu)來 實現(xiàn)的 它是一種普通結(jié)構(gòu)的雙作用千斤頂 它的缸體端直接和支架絞接 活塞桿通過推移 桿 十字頭與刮板輸送機絞接 以達(dá)到移架力大于推溜力的作用 缸徑 桿徑 160 105mm 推力 拉力 361 633KN P 31 5Mpa 行程 700mm b 尾梁千斤頂 尾梁千斤頂為 2 組 鉸接于頂梁與尾梁之間 它們的一端與尾梁鉸接 另一端與頂 梁下方的鉸接耳板鉸接 以增加支架的支護強度和穩(wěn)定性 通過尾梁千斤頂和尾梁為支 架后部的吊掛式充填溜子 擋矸座 搗實機等充填設(shè)備留出安裝和操作空間 同時為這 些設(shè)備出現(xiàn)故障時 留出人工處理故障空間 方便人員到后部處理故障 缸徑 桿徑 160 95 推力 633KN P 31 5Mpa 工作阻力 767KN P 38 2Mpa 行程 120mm c 側(cè)推 側(cè)護板 千斤頂 在頂梁處有兩個側(cè)推千斤頂 推護千斤頂?shù)幕钊麠U固定在活動側(cè)護板上 缸體固定 在固定側(cè)護板上 在頂梁下面開窗口 把側(cè)推千斤頂安裝在窗口內(nèi) 便于安裝和維修 缸徑 桿徑 80 60 推力 拉力 158 69KN P 31 5Mpa 行程 170mm d 護幫千斤頂 護幫千斤頂?shù)母左w用銷軸固定在前梁上 活塞桿固定在護幫板上 當(dāng)千斤頂伸出時 護幫板支撐在煤壁上 起到防止煤壁片幫的作用 保證人員安全 缸徑 桿徑 100 70 推力 拉力 247 126KN P 31 5Mpa 工作阻力 299KN P 38 2Mpa 行程 615mm e 搗實千斤頂 搗實千斤頂?shù)母左w用銷軸固定在擺梁的外套上 活塞桿固定在擺梁的搗實梁 內(nèi)套 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 15 上 活塞桿伸出推動鏟板壓實充填物 鏟板的多次來回動作使采空區(qū)充填物壓實充滿 缸徑 桿徑 125 80 推力 拉力 475 P 38 2Mpa 280KN 行程 1480mm 各種千斤頂均為雙作用式液壓缸 鼓形密封圈等均采用標(biāo)準(zhǔn)件 導(dǎo)向環(huán)材質(zhì)為聚甲 酫 推移 平衡和防運輸機下滑千斤頂?shù)母卓诠潭ú捎每ōh(huán) 結(jié)構(gòu)簡單可靠 所有千斤 頂活塞桿都鍍鉻 3 3 配套設(shè)備選型設(shè)計 采煤機 刮板輸送機 轉(zhuǎn)載機 吊掛式充填輸送機和充填液壓支架是充填綜采工作 面的主要設(shè)備 要充分發(fā)揮綜采工作面高產(chǎn)高效的生產(chǎn)能力 合理 科學(xué)地選擇輔助配 套設(shè)備也是實現(xiàn)這一目標(biāo)的一個重要方面 輔助配套設(shè)備主要由轉(zhuǎn)載機 可伸縮帶式輸送機 可縮橋式中間驅(qū)動膠帶轉(zhuǎn)載機 乳化液泵站 移動變電站 開關(guān)群以及控制 通訊和照明系統(tǒng)等組成 矸石 粉煤灰將由四部 DSP1010 650 膠帶輸送機 可縮橋式 中間驅(qū)動膠帶轉(zhuǎn)載機運 至架后的 SGB620 40T 型 充填刮板輸送機上 經(jīng)計算 改造的可縮橋式中間驅(qū)動膠帶轉(zhuǎn)載 機運輸能力為 100t h 與 DSP1010 650 膠帶輸送機運輸能力匹配 可滿足運輸要求 如果 選用一般的膠帶輸送機的安裝方式 工作面每進(jìn)一刀 就需對膠帶輸送機支架進(jìn)行調(diào)整 勞動強度大 生產(chǎn)環(huán)節(jié)增多 影響正常的生產(chǎn)作業(yè) 可縮橋式中間驅(qū)動膠帶轉(zhuǎn)載機 既要和 DSP1010 650 型膠帶輸送機配套使得矸石落 到它的卸料槽中 又要和吊掛式充填輸送機配套將轉(zhuǎn)載皮帶機的矸石運輸?shù)降鯍斐涮钶?送機的機尾上 轉(zhuǎn)載皮帶機是一個獨立的設(shè)備它有自己的動力裝置和拉移裝置 實現(xiàn)皮帶運轉(zhuǎn)和移 動 由于矸石轉(zhuǎn)載皮帶機要隨著工作面的推進(jìn)而同步移動 因此它與 DSP1010 650 皮帶機機尾至少有 5 米 0 6m 8 4 8m 的重疊長度 在這 5 米距離 內(nèi)只是移動皮帶轉(zhuǎn)載機 而不移動 650 皮帶機尾 避免頻繁移動 DSP1010 650 皮帶機機 尾的問題 該輸送機分為三段 前段為卸料部直接和吊掛輸送機機尾搭接實現(xiàn)落料 中間段為 動力部 它有一個 7 5KW 的電動滾筒提供動力 另外還設(shè)有漲緊裝置 實現(xiàn)皮帶的漲緊 作用 后段為受料部設(shè)有擋煤板 由 DSP1010 650 型膠帶輸送機卸載的物料直接落到其 上 轉(zhuǎn)載皮帶機設(shè)有兩個鉸接支撐點 皮帶機中間部設(shè)有一個實現(xiàn)整個皮帶的支撐 前 部設(shè)有一個支撐點通過液壓缸的伸縮 可以實現(xiàn)皮帶機的高度調(diào)節(jié) 整個皮帶機可通過 拉移千斤頂實現(xiàn)隨著工作面的推進(jìn)而移動 充填刮板輸送機采用 SGB620 40T 刮板機的機頭 單電機驅(qū)動 為了增加中部槽的結(jié) 構(gòu)強度和連接的可靠性中部槽采用 SGB630 150c 刮板機的中部槽 機尾部采用 SGB620 40T 刮板機的機尾 其目的是盡量減小其高度 使中部槽盡量可以吊掛的高些 機尾過渡槽的結(jié)構(gòu)比較特殊 它在過渡槽底板上設(shè)計了一個長度為 700mm 的托梁可以用 它將機尾部托起懸掛在支架的外側(cè)面 每隔一個中部槽設(shè)置有一個開窗口漏料槽 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 16 540 440 通過中部槽兩側(cè)的推移千斤頂來控制漏料窗口的大小 起到控制漏料量的 作用 該工作面采煤機為 MG200 466 WD 采煤機 改造型 MG200 466 WD 采煤機原設(shè) 計與 SGZ630 220 型輸送機配套 但是考慮到其溜槽的結(jié)構(gòu)強度和 ZC4800 16 32 型充填 液壓支架配套時拉架時容易將輸送機的拉移耳板損壞 因此改為 SGZ764 400 型的輸送機 但是 MG200 466 WD 采煤機和 SGZ764 400 型的輸送機的配套寬的上存在問題 因此將 MG200 466 WD 采煤機進(jìn)行了改進(jìn) 解決了采煤機和輸送機的配套問題 工作面輸送機機頭部采用側(cè)卸型式 在最初的機頭部配套方案中 采用的是 SGZ760 400 輸送機端卸式結(jié)構(gòu) 配套普通的 SZZ764 132 轉(zhuǎn)載機 但是由于該工作面不采 用沿空留巷的型式 要使得整個工作面包括兩巷都有充滿矸石和粉煤灰 因此在原來配 套的基礎(chǔ)上需要增加 2 個支架 這樣存在兩個問題 一是這兩個支架沒法拉移 因為它 和輸送機沒有連接的位置 第二 由于這兩個支架在巷道內(nèi)和轉(zhuǎn)載機的機尾相干涉 這 兩架支架落后其他支架 1 2 米左右 使得支架后部的吊掛刮板輸送機無法吊掛 因此我們 將該工作面的輸送機機頭改為側(cè)卸式機頭和轉(zhuǎn)載機機尾部連為一體 解決了第 1 2 個支 架的拉移和后溜吊掛問題 SZZ764 132 型可彎曲轉(zhuǎn)載機 該轉(zhuǎn)載機的中部槽采用整體式結(jié)構(gòu) 可以很方便的進(jìn) 行安裝和拆卸 在中部有 5 段 0 52 米的可彎曲槽 可以彎曲 5 度 另外 該型轉(zhuǎn)載機的 機頭設(shè)計有液壓自動漲緊裝置 可以方便的進(jìn)行牽引鏈的漲緊 BRW400 315X4A 型乳化液泵 由于充填式液壓支架的千斤頂較多 且在搗實工作時 需要 3 4 架同時動作 因此要提高供液管路的流量 我們采用了 BRW400 315X4A 型乳化 液泵 兩泵一箱 功率 250KW 流量 400L min 滿足了供液要求 主要輔助設(shè)備參數(shù) MG200 466 WDH 采煤機 主要參數(shù) 采高范圍 m 1 6 3 27 適應(yīng)傾角 30 傾向 20 走向 煤質(zhì)硬度 f 4 滾筒直徑 mm 1600 滾筒總寬 mm 670 截 深 mm 630 滾筒轉(zhuǎn)速 r min 38 牽引速度 m min 0 5 9 機面高度 mm 1308 搖臂長度 mm 1930 搖臂擺動中心距 mm 4950 截割電機 Kw 200 2 牽引電機 Kw 30 2 泵站電機 Kw 5 5 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 17 裝機功率 Kw 465 5 電 壓 V 1140 最大臥底量 mm 220 牽引方式 機載電磁滑差調(diào)速 無鏈牽引 齒軌節(jié)距 126mm 牽引力 KN 0 480 總重量 t 30 SGZ764 400 型工作面刮板輸送機 主要參數(shù) 刮板鏈型式 中雙鏈 卸載方式 機頭側(cè)卸 運輸能力 t h 800 鏈速 m s 1 1 出廠長度 m 150 電機功率 Kw 200 減速比 27 635 鏈條中心距 mm 120 刮板中心距 mm 920 圓環(huán)鏈規(guī)格 26 92 中部槽規(guī)格 mm 1500 724 290 SZZ764 132 型可彎曲轉(zhuǎn)載機 主要參數(shù) 刮板鏈型式 中雙鏈 運輸能力 t h 900 鏈速 m s 1 3 出廠長度 m 42 與皮帶機搭接長度 m 12 4 爬坡角度 12 爬坡高度 m 1 25 爬坡長度 m 6 5 架橋段直線長度 m 12 7 電機功率 Kw 132 66 減速比 23 679 鏈條中心距 mm 120 刮板中心距 mm 920 圓環(huán)鏈規(guī)格 26 92 DSP1010 650 膠帶輸送機 主要參數(shù) 輸送能力 t h 100 輸送長度 m 1000 膠帶速度 m s 1 6 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 18 膠帶規(guī)格 PVC680S 膠帶寬度 mm 650 電滾筒功率 Kw 22 2 電滾筒直徑 mm 650 SGB620 40T 型充填刮板輸送機 主要參數(shù) 刮板鏈型式 邊雙鏈 卸載方式 機頭端卸 運輸能力 t h 150 鏈速 m s 0 86 出廠長度 m 100 電機功率 Kw 40 減速比 24 564 刮板中心距 mm 1024 圓環(huán)鏈規(guī)格 18 64 中部槽規(guī)格 mm 1500 620 180 BRW400 315X4A 型乳化液泵 主要參數(shù) 電機功率 250KW 額定流量 400L min 額定壓力 31 5Mpa 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 19 4 液 壓 支 架 部 件 受 力 分 析 及 強 度 驗 算 4 1 支架的強度條件 4 1 1 強度校核均以材料的屈服極限計算安全系數(shù) 4 1 2 結(jié)構(gòu)件 銷軸 活塞桿的屈服極限及強度條件 a 各結(jié)構(gòu)采用 16Mn s 325Mpa b 主要銷軸均采用 50CrVA s 1130Mpa c 活塞桿均采用 45 鋼 s 367 2Mpa 4 1 3 缸體材料采用 27SiMn 無縫鋼管 b 1020Mpa 4 1 4 焊條抗拉強度 s 561Mpa 4 1 5 許用擠壓應(yīng)力按 c 0 756 4 1 6 安全系數(shù) 安全系數(shù) 前梁 頂梁 底座 掩護梁 前連桿 n 1 1 1 1 1 1 1 3 1 3 安全系數(shù) 后連桿 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿 n 1 3 1 3 3 3 4 3 3 4 1 4 4 2 立柱的強度校核 立柱是支架的重要承壓部件 在支架正常工作時 一直處于高壓受力狀態(tài) 它的工 作性能直接影響整個支架的工作狀態(tài) 因此在設(shè)計立柱時除要求具有合理的工作阻力和 可靠的工作性能外 還必須有足夠的抗壓 抗彎強度 并能適應(yīng)支架的要求 立柱強度 驗算包括穩(wěn)定性驗算 活塞桿和缸體的強度驗算等內(nèi)容 4 2 1 立柱的穩(wěn)定性驗算 a 立柱穩(wěn)定性條件 因立柱為單伸縮帶機械加長桿油缸 驗算穩(wěn)定性時 假定加長桿與一級缸全部伸出 立柱在承受最大同心載荷時 把加長桿與一級缸的當(dāng)量慣性矩相當(dāng)于單伸縮中活柱的慣 性矩來計算 再用單伸縮求立柱穩(wěn)定性的方法進(jìn)行驗算 立柱穩(wěn)定性條件為 PK PK J12 2 J12 P 式中 P K 立柱的穩(wěn)定極限力 P 立柱的最大工作阻力 J12 加長桿與中缸當(dāng)量慣性距 b 立柱穩(wěn)定性驗算 設(shè) J 1 J2 J3 分別為加長桿 中缸 外缸的斷面慣性矩 d1 d2 d3 分別為加長桿直徑及活塞桿的外徑 內(nèi)徑 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 20 D1 D2 分別為缸體的外徑 內(nèi)徑 J12 為加長桿與中缸的當(dāng)量慣性矩 則 d1 140mm 14cm d2 190mm 19cm d3 140mm 14cm D1 245mm 24 5cm D2 200 20cm J1 d 14 64 3 14 144 64 1885 74 J2 d 24 d34 64 3 14 19 4 144 64 4511 38 J3 D 14 D24 64 3 14 24 5 4 204 64 9832 21 J12 L 1 L2 L 1 J1 L2 J2 式中 L 1 加長桿全部伸出時 其端部銷孔至加長桿與中缸連接處間距 L2 中缸全部伸出時 加長桿與中缸連接處至中缸與外缸連接處間距 L12 加長桿端部銷孔至最大撓度處間距 已知 L 1 780mm 78cm L2 830mm 83cm 則 L 12 L1 L2 78 83 161cm J12 L 1 L2 L 1 J1 L2 J2 78 83 78 1885 74 83 4511 38 2694 05 J3 J12 9832 21 2694 05 3 65 L3 L12 105 161 0 652 L 3 中缸全部伸出 中缸與外徑連接處至缸底銷孔之距 已知 L3 105cm 根據(jù) J 3 J12 及 L3 L12 查 放頂煤開采技術(shù)與放頂煤液壓支架 圖 2 10 39 極限力計算 圖可得 PK J12 15 8 P K1 PK J12 2 J12 15 82 5770 672542 6KN 4800KN P 則 立柱穩(wěn)定性符合條件 滿足要求 4 2 2 活塞桿強度驗算 a 活塞桿強度滿足條件 安全系數(shù) n n s 合 1 4 b 活塞桿強度驗算 在承受同心最大軸向載荷時 立柱的初始撓度 1 為 1 1 2 L 12 L3 2aL G L12 L3 2pL cos 式中 1 活塞桿與導(dǎo)向套處的最大配合間距 2 活塞與缸體處的最大配合間隙 a 活塞桿全部外伸時 導(dǎo)向套前端到活塞末端距離 20 8cm L 加長桿全部伸出時 加長桿頭部銷孔至油缸尾部銷孔的距離 L L 1 L2 L3 G 立柱總重 油缸軸線與水平面夾角 81 已知 1 1mm 0 1cm 2 1mm 0 1cm L12 161cm L3 105cm 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 21 a 10 6 10 2 20 8cm L L1 L2 L3 266cm 90 7 83 G 383kg 代入上式 1 0 1 0 1 161 105 2 20 8 266 383 161 105 2 1200 266 cos83 0 336 10 142 0 156 1 572 立柱的最大撓度 當(dāng) L d1 5 L12 L3 時 1L K 1 t1 K2 t2 L 12L3 式中 K 1 P EJ12 K2 P EJ3 E 鋼材彈性模數(shù) E 2 088 105MPa 代入上式 K 1 P E J12 1200 2 088 10 5 3197 88 0 0424 t1 tg 57 3K 1 L12 tg 57 3 0 0424 161 0 6103 K2 P E J 3 1200 2 088 10 5 9832 21 0 0241 t2 tg 57 3 0 0241 105 0 7003 則 1L K1 t1 K2 t2 L 12L3 1 572 266 0 0424 0 6103 0 0241 0 7003 161 105 0 7056 活塞桿的合成應(yīng)力 合 P A P W PLx W A 活塞桿截面積 W 活塞桿斷面模數(shù) Lx 考慮加長桿和活柱的配合間隙 當(dāng)單邊偏向受力時所產(chǎn)生的最大偏矩 有加長桿單伸縮時 Lx 加長桿長度 最大單邊間隙 加長桿留在活柱內(nèi)長度 78 0 1 20 8 0 375 活塞桿為空心時 A d 22 4 d 12 4 283 53 153 94 129 59 d1 d2 14 19 0 737 查 放頂煤開采技術(shù)與放頂煤液壓支架 表 2 10 12 KW 0 548 KA 0 328 A1 KAA 0 328 129 59 42 51 W1 KWA1 0 548 42 51 23 29 則 合 P A1 P W1 PLx W1 1200 42 51 1200 0 7056 23 29 1200 0 375 23 29 28 22 36 36 72 13 136 71 活塞桿材料 27SiMn s 784MPa n 取 1 4 安全系數(shù) n n s 合 784 136 71 5 73 n 1 4 所以缸體強度滿足使用要求 4 2 3 缸體的強度驗算 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 22 a 缸體壁厚驗算 缸體壁厚 s 245 200 2 22 5mm 2 25cm D s 200 22 5 8 89 當(dāng) 16 D s 3 2 時按中等壁厚的缸體公式計算 由 s PSD 2 0 PS C 式中 P S 油缸內(nèi)工作壓力 38 2 MPa C 計入管壁公差及侵蝕的附加厚度 一般取 C 0 2cm 強度系數(shù) 無縫鋼管 1 由上式得 P S 2 3 PSD 2 3 s C 16 6 162 0 178 6 缸體材料為 27SiMn 無縫鋼管時 b 980MPa n 一般取 3 5 4 安全系數(shù)為 n b 980 178 6 5 49 4 n 所以缸體壁厚滿足使用要求 b 缸體與缸底焊縫強度按下式計算 10P 4 D 02 d02 式中 d 0 環(huán)形焊縫內(nèi)徑 D0 環(huán)形焊縫外徑 焊接效率 取 0 7 代入數(shù)值 10 1200 4 3 14 24 5 2 202 0 7 109 0MPa 焊縫抗拉強度 b 539MPa 安全系數(shù) n b 539 109 0 4 95 4 n 所以焊縫強度滿足使用要求 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 23 5 充 填 液 壓 支 架 的 液 壓 系 統(tǒng) 設(shè) 計 5 1 液壓系統(tǒng)的組成和液壓原理 5 1 1 液壓系統(tǒng)通常由四部分組成 動力機構(gòu) 由電動機或內(nèi)燃機與液壓泵組成 將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為液體介質(zhì) 的液壓能 壓力和流量 操作機構(gòu) 由換向閥 輔助閥組成 可以控制 調(diào)節(jié)液體壓力 流量和方向 執(zhí)行機構(gòu) 由液壓執(zhí)行元件 包括液壓馬達(dá)和往復(fù)式液壓缸 組成 將液體介質(zhì) 的液壓能轉(zhuǎn)換為機械能 液壓馬達(dá)產(chǎn)生出旋轉(zhuǎn)運動及扭矩 往復(fù)式液壓缸產(chǎn)生直線運動 及推力或拉力 輔助裝置 包括工作介質(zhì) 乳化液和液壓油等 工作介質(zhì)箱 過濾器 管路 管 接頭及監(jiān)控儀表等 液壓支架的液壓系統(tǒng)由乳化液泵站 立柱 千斤頂 閥 管件 連接件及高壓膠管 等組成 能實現(xiàn)支架的各種動作 5 1 2 液壓原理 液壓支架是一種能夠自行移動的礦井支護設(shè)備 其動力機構(gòu)是乳化液泵站 泵站產(chǎn) 生的高壓乳化液 通過密閉的主進(jìn)液管路輸送到工作面格支架的操作閥組 在其控制下 高壓乳化液將所攜帶的壓力和流量傳送至各立柱和千斤頂?shù)囊粋€工作腔 從而驅(qū)動立柱 千斤頂?shù)幕钊麠U伸出或縮回 進(jìn)而帶動支架的各相關(guān)部件完成預(yù)期的動作 其中立柱和 其中一部分千斤頂 根據(jù)其閉鎖功能和對系統(tǒng)保護的需要 設(shè)置輔助閥 單向閥 雙向 鎖和安全閥 同時 立柱 千斤頂?shù)牧硪粋€工作腔中的回液也通過操作閥回液口 進(jìn)入 主回液管路 并返回泵站的乳化液箱 準(zhǔn)備進(jìn)行下一次循環(huán) 5 2 液壓支架的支護原理 立柱產(chǎn)生的初撐力作用在頂梁上 支撐住頂板 使之不過早離層和下沉 但當(dāng)某處 頂板不穩(wěn)定 發(fā)生離層和下沉?xí)r 作用在支架頂梁上的壓力增大 頂梁將受到的壓力傳 遞給活柱 迫使活柱縮回 立柱下腔容積有被迫減小的趨勢 但由于與立柱下腔相連的 液控單向閥的作用 下腔內(nèi)的乳化液無法排出 于是下腔的壓力逐漸升高 當(dāng)超過安全 閥設(shè)定壓力值 即為額定工作壓力 時 安全閥開啟泄液 下腔內(nèi)的部分乳化液從安全 閥噴出 立柱下腔容積減小 活柱縮回一部分 于是支架高度下降一段距離 但相鄰的 前后支架立柱下腔的壓力并不一定達(dá)到額定工作壓力 所以 鄰架的不一定降低 于是 頂板下沉的壓力就會分散到相鄰的前后支架的頂梁上 該支架頂梁所承受的壓力減小后 立柱下腔的壓力會隨之降低 當(dāng)小于安全閥關(guān)閉壓力時安全閥關(guān)閉 重新達(dá)到受力平衡 狀態(tài) 立柱繼續(xù)在額定工作阻力范圍內(nèi)給頂梁以支撐力 本液壓系統(tǒng)可使充填支架實現(xiàn)以下動作 調(diào)節(jié)頂梁高度 仰俯角度 鄰架操作 立柱上升 下降 推溜 移架 鄰架操作 推移千斤頂 倒裝 收回 伸出 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)