ZZ10000P21P35 型支撑掩护式液压支架的设计.pdf

设计计算 ZZ10000P 21P 35 型支撑掩护式液压支架的设计 王书蒙1, 李炳文1, 赵 锐1, 张松江2 1. 中国矿业大学 机电学院, 江苏 徐州 221008; 2. 郑州煤矿机械集团有限责任公司, 郑州 450013 摘要介绍了煤层开采深度的发展情况, 针对深部开采岩层压力大, 设计了 ZZ10000P 21P 35 型支撑掩护式液压支架。并介绍了支架及其各主要结构件的设计和特点, 同时给出了支架的主要 技术参数和相应的配套设备。 关键词 液压支架;结构; 配套设备 中图分类号 TD355 文献标志码 A 文章编号 1003 -0794 2007 06 -0014 -02 Design of Standing Shield Hydraulic Support of ZZ10000P 21P 35 WANG Shu- meng 1, LI Bing- wen1, ZHAO Rui1, ZHANG Song- jiang2 1. College of Mechanical and Electrical, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, China; 2. Zhengzhou Mining Machinery GroupLimited Company, Zhengzhou 450013, China AbstractAt first, the development of coal mining depth is introduced, and according to the characteristic of high strata pressure, the standing shield hydraulic support of ZZ10000P 21P 35 is designed. Then the design and characteristic of the hydraulic support and critical parts are introduced, at the same time, presents the main technical parameters and corresponding matching equipment is presented. Key words hydraulic support; structure; matching equipment 0 前言 随着社会与经济发展的日益增长和矿山工程技 术体系的完善, 资源开采不断向深部发展。我国煤 炭储量大部分埋藏在深部, 埋深大于 600 m 和 1 000 m 的储量分别占到 73119 和 53117 , 大中型煤矿 开采深度以 8 12 mP a 的速度向深部延伸, 而东部 矿井开采深度正以 10 25 mP a 的速度发展。深部 开采出现了一系列新问题和新特点, 深部开采岩层 压力大, 引起围岩变形、 位移和片帮、 冒落、 崩塌等现 象, 现有的液压支架在深部开采过程中损坏严重。 因此, 为了能够对顶板更好的管理, 为工作人员提供 更安全的工作空间, 设计了 ZZ10000 P 21 P 35 重型支 架, 如图 1所示。 图 1 ZZ10000P 21P 35型支撑掩护式液压支架 1 支架的结构及设计特点 液压支架各个部件的结构型式, 应根据工作面 的顶、 底板条件和支架架型进行合理的选择和设计, 这里只对本支架主要部件的结构形式及设计特点进 行介绍。 1 顶梁 选用铰接顶梁形式, 在前梁千斤顶的推拉下, 前 梁可以上下摆动, 前梁能上摆 15 b, 下摆 20b, 对不平 顶板的适应性强。采用 2 个较大的前梁千斤顶, 使 前梁梁端支撑力尽可能大。运输时可以将前梁放下 与顶梁垂直, 以减小运输尺寸。 根据煤层倾角和地质条件, 本支架选择用直角 式双侧可调的活动侧护板, 提高了支护性能, 同时起 到防倒防滑的作用。可根据工作面倾角方向调整, 一侧固定, 另一侧活动, 适应性强。 2 底座 选择底分式刚性底座,底座底板是中分式的, 中档推移机构直接落在煤层底板上, 前立柱柱窝前 有过桥, 中档后部为箱形结构。由于底分式刚性底 座中档底板分体, 推移装置处的浮煤、 碎矸可随支架 移架从后端排到采空区, 不需要人工清理, 适应高 产高效要求, 但减小了底座接底面积, 增大了对底板 的比压。底座后部安装了底调千斤顶, 可配合顶梁 侧护板一起调架。在底板相对较软的情况下, 可在 前部安装抬底座装置, 防止底座前端扎底, 提高拉架 速度。 3 立柱 立柱是支架最重要的承压构件, 直接影响液压 支架的性能。它长期处于高压受力状态, 除应具有 合理的工作阻力和可靠的工作特性外, 还必须有足 够的抗压、 抗弯强度, 良好的密封性能, 结构要简单, 并能适应支架的工作要求。 本支架采用新型悬浮式立柱, 该立柱采用了密 封胀紧原理, 活塞处密封结构简单, 并且宽度和高度 14 第28 卷第6 期 2007 年 6 月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol128No16 Jun. 2007 较小, 有利于增大行程等。克服了现有立柱的诸多 弊病, 具有结构工艺简单、 工作行程大、 使用范围大、 稳定性安全系数大、 操作安全可靠等特点。 4 掩护梁 掩护梁的结构形式为整体直线形, 钢板焊接的 箱式结构, 在掩护梁上端与顶梁铰接, 下部焊有与 前、 后连杆铰接的耳座。活动侧护板装在掩护梁的 两侧。该掩护梁整体性好, 结构强度高, 加工简单且 工艺性好, 利于矸石滑落。 5 前后连杆 前连杆采用分体式结构形式, 是由钢板焊接而 成的箱形结构件, 尺寸较小、 加工运输简单、 稳定性 较好。2 根前连杆对称布置, 提高掩护梁的掩护性 能, 改善掩护梁的受力状况。 后连杆采用整体式结构形式, 也是由钢板焊接 而成的箱形结构件, 尺寸偏大, 加工运输较困难, 稳 定性很好, 可增加侧向稳定性与挡矸性能。 另外, 在 2根前连杆与底座铰接耳座之间, 安装 有如图2 所示的操纵阀组。把液控阀组倒置安装在 一个箱形结构中, 其上有指示灯提示每一操纵阀所 处位置。液控阀组的操纵手把设计成前、 后方向操 作, 易于施力和防尘, 便于工人操作。 图 2 控制阀组 6 推移装置 液压支架推移装置是保证支架正常推刮板输送 机和拉架, 实现工作面正常循环的重要装置。在设 计支架时, 应根据支架结构和配套要求合理选择推 移装置的形式, 并充分保证支架推移装置对工作面 条件和配套的适应性。这里采用正拉式短推移杆, 配合带安全阀的普通油缸, 可以实现推、 拉力合理, 导向简单、 可靠。同时, 在该推移装置中采取新的措 施, 利用立柱下腔的高压液体来进行拉架, 能够更充 分地利用能源, 提高移架速度。 2 支架的主要技术参数及配套设备 主要技术参数 支架高度P mm2 100 3 500 支架宽度P mm1 420 1 600 支架中心距P mm1 500 初撑力 P kN7 200 工作阻力P kN10 000 支护强度P MPa1102 115 对底板比压P MPa212 311 适应煤层厚度P mm2 400 3 300 适应煤层倾角P b 20 操纵方式手动液压邻架控制 配套设备 采煤机MG300- W 型 刮板输送机SGB764P 264型 乳化液泵站MRB- 200 P 3115型 3 ZZ10000P 21P 35 型液压支架整机特性 在该支架的设计过程中, 总结国内外重型液压 支架的使用经验, 融汇液压支架技术发展最新成果, 克服了现有支架的诸多弊病。与现有同等高度类型 的支架相比, 该支架具有如下一些特点 1 支架的工作阻力大, 抗冲击能力强。 2 采用分式铰接顶梁, 2 个大缸径前梁千斤 顶, 前梁支撑力大, 对顶板适应性强。 3 采用新型悬浮式液压立柱, 结构简单、 可靠, 行程大, 生产成本低, 维修方便等。 4 立柱采用V 形布置, 抗水平冲击能力强; 后 立柱的位置靠近顶梁的后端, 提高支架后部的切顶 能力, 有利于坚硬顶板的及时垮落并减小块度, 实现 支架对顶板的有效管理。 5 结构件采用高强度钢板, 在保证高可靠性的 基础上, 尽量减轻了支架的整体重量。 6 通过对各部件进行参数优化设计, 支架结构 受力合理, 梁端距变化小; 由结构图可以看出, 该支 架结构紧凑, 掩护梁外露量小, 整个控顶距较小。 该支架能够满足及时支护工艺的要求, 保证采 场顶板的控制高度安全可靠, 能够保证支架与其配 套的采、 运设备相适应。总体设计参数满足 MTP T 556- 1996 液压支架设计规范和5综合机械化设备总 体配套设计方案6的要求。 4 结语 在设计中着重对支架的各结构件进行了受力分 析和强度校核, 并对各构件的焊缝进行了校核, 所校 核部分的安全系数均满足了设计要求 考虑冲击载 荷影响, 这里所取的安全系数比通常支架安全系数 高 20 。而支架在井下的实际工况是非常复杂 的, 不仅顶板压力的大小和作用位置, 而且支架的顶 梁和顶板的接触情况都是随机变化的, 所以还应该 对所设计的液压支架进行MT312- 2000型式试验和 工业性试验, 以求达到低成本、 高可靠性的要求。 参考文献 [ 1] 王国法. 液压支架技术[M] . 北京 煤炭工业出版社, 1999. [ 2] 丁绍南. 液压支架设计[M] . 北京 世界图书出版社, 1992. [ 3] 赵宏珠. 综采面矿压与液压支架设计[M] . 徐州 中国矿业学院出 版社, 1987. [ 4] 邢福康, 刘玉堂. 煤矿支护手册[ K] . 北京 煤炭工业出版社,1991. [ 5]5综采技术手册6编委会. 综采技术手册[ K] . 北京 煤炭工业出版 社,2000. 作者简介 王书蒙1982- , 江苏徐州人, 中国矿业大学机电学 院在读研究生, 研究方向为矿山机械、 工程机械设计理论及应用, 电 话 0516- 83885652, 电子信箱wangshumeng82163. com. 收稿日期 2007 -01 -23 15 第 28卷第 6期 ZZ10000 P 21 P 35 型支撑掩护式液压支架的设计 王书蒙, 等 Vol128No16