裝配圖低位放頂煤液壓支架的設計(1)

裝配圖低位放頂煤液壓支架的設計(1),裝配,低位,放頂煤,液壓,支架,設計 自移式超前支架 1 自移式超前支架的結(jié)構(gòu)特點 自移式超前支架安放在軌道順槽內(nèi)，與安放在該處的端頭支架排成一列，在軌道順 槽內(nèi)按圖1.1 進行布置，兩者結(jié)合動作。圖.1 描述的是一座自移式超前支架的（副） 架結(jié)構(gòu)。 圖1 自移式超前支架 1．頂梁2.立柱3.底座4.前后連桿5.挑梁千斤頂6.尾梁 分析圖.1，得出自移式超前支架具有以下幾個方面的特點： 采用主、副架結(jié)構(gòu)，主（副）架的頂梁之間、底座之間采用鉸接結(jié)構(gòu)，增強了對頂、底板不平整的適用性； 主、副架頂梁之間、底座之間設有調(diào)架千斤頂； 支架的前移靠推拉千斤頂實現(xiàn)； 主（副）架有四根立柱支撐； 主、副架中心距范圍為1300mm~1500mm； 主（副）架后部頂梁設有尾梁，可支護架間頂板； 主（副）架中間設有四連桿，有底座、前后連桿和頂梁組成的四連桿機構(gòu)保證頂梁不出現(xiàn)“前仰后爬”的現(xiàn)象。 說明：由于自移式超前支架的主、副架結(jié)構(gòu)完全相同，承受載荷也相同，因此本課題在研究支架零部件的建模、裝配、加載分析時是以自移式超前支架的主（副）架為研究對象，但在研究自移式超前支架的液壓控制系統(tǒng)、動作原理時是以整個自移式超前支架為研究對象。 2 自移式超前支架的承載原理 自移式超前支架承載過程是指自移式超前支架與頂板之間相互力學作用的過程。它包括初撐階段、承載增阻階段和恒阻階段。 1．初撐階段在升架過程中，當自移式超前支架的主、副頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到乳化液泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，這一過程為自移式超前支架對頂板的初撐階段。此時自移式超前支架對頂板的支撐力為 初撐力，其表達式為： 式中： —自移式超前支架的立柱缸徑； D —自移式超前支架的立柱數(shù)量，n=8； n —乳化液泵站的工作壓力， ＝31.5Mpa。 2．承載增阻階段自移式超前支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱的下腔液體壓力逐漸升高，自移式超前支架對頂板的支撐力也越來越大，呈現(xiàn)增阻階段，這一過程為自移式超前支架的承載增阻階段。 3．恒阻階段隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。當升高到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥開啟溢流，立柱下縮，立柱下腔液體的壓力隨之降低。當下降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復這一過程。由于安全閥的作用，自移式超前支架的支撐力維持在一個恒定數(shù)值，這就是支架的恒阻階段。此時，自移式超前支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由自移式超前支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。自移式超前支架的工作阻力為： 式中： —自移式超前支架安全閥的調(diào)定壓力， 其他符號的意義同前。 自移式超前支架工作時初撐力、工作阻力、與時間的關(guān)系，可用圖.2 的自移式超前支架工作特性曲線表示，曲線上的分別表示自移式超前支架的初撐、增阻和恒阻階段的時間。 圖.2 自移式超前支架的工作特性曲線 自移式超前支架在達到額定工作阻力以前具有增阻性，以保證支架對頂板有效的支撐作用；當自移式超前支架達到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性，自移式超前支架的工作特性取決于立柱、液控單向閥和操作閥的性能以及密封的好壞，所以這些元件是自移式超前支架的關(guān)鍵液壓元件。通常液控單向閥和安全閥組合在一起，稱為控制閥。 自移式超前支架的工作阻力是自移式超前支架的一個重要參數(shù)，它表示自移式超前 支架支撐力的大小。自移式超前支架性能用支護強度來表示，即： 3 自移式超前支架的液壓控制系統(tǒng) 自移式超前支架是一種中間液壓支架，它的液壓控制系統(tǒng)具有端頭支架液控系統(tǒng)的特點，但由于它的動作過程比端頭支架繁瑣的多，因此它的液壓控制系統(tǒng)要比端頭支架復雜。自移式超前支架的液壓管路及密封要保持完好，有問題應及時維修，以確保支護質(zhì)量。 3.1 液壓支架控制系統(tǒng)的特點 液壓支架不僅需要良好的結(jié)構(gòu)以適用所工作的煤層地質(zhì)條件，而且還應配備完善而可靠的液壓系統(tǒng)及液壓元件來實現(xiàn)支架的優(yōu)良工作性能。液壓支架的液壓系統(tǒng)屬于泵站開式系統(tǒng)，動力源是乳化液泵，執(zhí)行元件是各種液壓缸。系統(tǒng)回液流入乳化液箱，然后由泵隨工作面一起向前推進。泵站通過沿工作面全長鋪設的主供液管和主回液管向各個支架供給高壓乳化液，接回低壓回液。工作面中每個支架的液壓控制回路大多相同，通過截止閥連接于主管路，相對獨立。 液壓支架的液壓系統(tǒng)具有下列特點： 1. 在支架液壓系統(tǒng)中，采用低粘度、高水基的乳化液作為工作介質(zhì)，其潤滑性能防銹性能都不如礦物液壓油，因此支架液壓元件一般不采用間隙密封方式，并對液壓元件的材料、加工精度和防銹處理也有較高要求。 2. 工作壓力高(管路內(nèi)壓力達20～40MPa，立柱內(nèi)的壓力達30～70MPa)、流量大(35～400L/min)。為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率，實現(xiàn)無故障作業(yè)及工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有很好的密封性和可靠性。 3. 泵站集中供液，主供液與回液管路和支路供液與回液管路長度之和相當長，壓力損失較大。 研究支架液壓系統(tǒng)時，除考慮泵站、主供液與回液管路等共用部分外，主要研究單臺自移式超前支架的液壓系統(tǒng)。自移式超前支架的液壓系統(tǒng)主要由立柱控制回路、推移控制回路以及其他控制回路(如調(diào)架千斤頂?shù)?組成，雖然支架的液壓缸(立柱和千斤頂)種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)回路。 3.2 液壓支架基本控制回路 整個工作面的液壓支架的液壓系統(tǒng)由乳化液泵站、主管路和各個支架的控制系統(tǒng)等三大部分組成。 1．泵站及主管路通常，從泵站向工作面引出兩條管線：一條供給壓力液，稱為主壓力管路P；另一條接收低壓回液，稱為主回液管路O。如果所有支架都直接與主管路并聯(lián)，稱為整段供 液；如果將各工作面所有支架分為若干組，各組內(nèi)的支架并聯(lián)于該組的分管路，然后各分管路再并聯(lián)于主管路，稱為分段供液；分段供液可以降低管路液壓損失。每個支架的壓力支路上都有截止閥，回液支路上都設有回液單向閥，以便支架檢修時不影響其他支架的工作。 由于工作面支架的立柱和千斤頂所需要的液壓力不同，就需要泵站供給不同的壓力液。一般情況下，立柱要求達到較高的初撐力，就需要高液壓；而那些要求推力較小的千斤頂需要較低的壓力液。因此可以采用以下泵站系統(tǒng)。 1) 高壓－低壓泵液壓系統(tǒng)(圖3) 工作面同時需要高壓和低壓液時，可以設置一套高壓泵和一套低壓泵，高、低壓泵可以用一臺電動機拖動，組成整套乳化液泵站。該方案的缺點是設備復雜，成本較高。 圖3.高壓－低壓泵液壓系統(tǒng) 1．高壓泵2.高壓安全閥3.高壓手動卸載閥4.高壓卸載閥5.高壓蓄能器； 6．高壓單向閥7.低壓泵8.低壓安全閥9.低壓手動卸載閥； 10.低壓卸載閥11.低壓蓄能器12.低壓單向閥； 2) 高壓泵－減壓閥泵站液壓系統(tǒng)(圖3.4) 在需要低壓液的工作面也可以采用減壓閥，由高壓泵站出來經(jīng)減壓以后，供給低壓液。這種系統(tǒng)與高壓－低壓泵站系統(tǒng)相比，設備比較簡單，維護費用較低。 圖4 高壓泵－減壓閥泵站系統(tǒng) 1．高壓泵2.減壓閥3.低壓安全閥4.單向閥5.低壓蓄能器 2．基本控制回路 1) 換向回路(圖3.5) 圖4 換向回路 換向回路用來實現(xiàn)液壓缸工作腔的液流換向，完成液壓缸伸出或縮回動作，控制元件是操縱閥，由數(shù)組二位三通閥組成，每組二位三通閥實現(xiàn)一個液壓缸的換向，由一個手柄操作，這是簡單換向回路。回路中各閥可以獨立操作，不影響其他液壓缸的工作，可根據(jù)具體情況，合理調(diào)配各液壓缸的協(xié)同動作。 2）鎖緊回路(圖3.6) 圖5 鎖緊回路 Fig.3.6 Circuit for lockout 鎖緊回路用來閉鎖進入液壓缸工作腔的液體，使液壓缸在不進行操作時也能承載。液壓缸后腔鎖緊，能夠承受推力負荷，防止活塞桿縮回。液壓缸前后腔同時鎖緊，可以把活塞桿保持在需要的任意位置，既能承受推力負荷，也能承受拉力負荷。用液控單向閥構(gòu)成的緊鎖回路，可以在需要時解鎖卸載，不需要額外的專用于解鎖的控制閥。 由于自移式超前支架本身就是液壓支架的一種特殊型號，所以上述液壓支架中的基本回路也適用于自移式超前支架。 4 自移式超前支架的動作原理 自移式超前支架的循環(huán)推拉步距為600mm，隨工作面機頭處過渡支架推拉后及時推拉。下面對軌道順槽內(nèi)的端頭支架與自移式超前支架的動作進行說明。 1．推前架：按照“半卸載”原理，以中間架為支點，完成推前架的任務。 推主架：閥1.2 處于工作位置，降尾梁；使閥1.18 工作，使立柱14 有桿腔接通高壓乳化液體，同時高壓乳化液體控制單向鎖打開，液體通過閥芯與閥座間隙回油箱。主架下降脫離頂板后，使換向閥1.22 處于工作位置，推動主架向前600mm。主架下降，頂梁與頂板之間保持一定的小壓力，也可帶壓移架。防倒調(diào)架千斤頂4 處于浮動狀態(tài)，活塞桿可隨主架前移被拉出。底座和頂梁位置不正時，使用防倒調(diào)架千斤頂4 加以調(diào)整。使閥1.17 處于工作位置，高壓乳化液進入立柱活塞腔，回液進入油箱，隨著立柱中壓力的增加，主架接頂，并到達初撐力時，停止供液；閥1.1 處于工作位置，挑尾梁。 推副架：閥1.3 處于工作位置，降尾梁；使閥1.19 處于工作位置，使立柱15 有桿腔接通高壓乳化液，同時高壓乳化液體控制單向鎖打開，液體通過閥芯與閥座間隙回油箱，實現(xiàn)副架降架；閥1.23 處于工作位置，降副架推移到位。調(diào)整架間距后，升副架；閥1.4 處于工作位置，挑尾梁。 2. 拉中架：按照“半卸載”原理，以前架為支點，完成拉中架的任務。中架和前架的液壓控制系統(tǒng)完全相同，因此對中架各液壓閥的動作不再詳述，只給出中架的 動作順序： 主架支撐，降尾梁→降副架→拉副架→升副架→挑尾梁； 副架支撐，降主架→拉主架→升主架→挑尾梁。 3. 拉端頭支架： 主架支撐，降副架→拉副架→升副架； 副架支撐，降主架→拉主架→升主架→挑尾梁。 在自移式超前支架的移動過程中，應注意以下兩個要點：①推拉自移式超前支架時，兩側(cè)支架不得同時推拉，推拉一組支架并升起達到初撐力，經(jīng)檢查無問題后方可推拉另一組支架；②遇冒落帶或頂板高度變坡較大時，要用老料襯平，以保證自移式超前支架的頂梁接頂嚴密；遇巷道底板不平或變坡較大時要落底或用老料襯平，以保證自移式超前支架的底板受力均勻。 5.總結(jié) 本文的研究重點圍繞自移式超前支架進行展開。分析了自移式超前支架的結(jié)構(gòu)特點以及由結(jié)構(gòu)特點決定的承載原理；對自移式超前支架的液壓控制系統(tǒng)進行了重點研究，對乳化液泵站、主管路和各個支架的基本控制回路進行了研究分析，指出自移式超前支架的廣泛發(fā)展空間。