整体下井运输受限条件两柱掩护式液压支架设计.pdf

第 1 9卷 第4期 总第 1 1 9期 2 0 1 4年 8月 煤 矿 开 采 C0AL MI NI NG TECHNOL OGY V o 1 ． 1 9 N o ． 4 S e r i e s N o ． 1 1 9 Au g us t 201 4 整体下井运输受限条件两柱掩护式液压支架设计 辛 家祥 天地科技股份 有限公 司 开采设计事业部 北京 1 0 0 0 1 3 [ 摘要] 针对景福煤矿具体情况，研制了z Y 6 8 0 o ／ 2 4 ／ 5 0 D型电液控液压支架，重点介绍 了通 过优化支架四连杆机构，合理选择顶梁形式及其长度，增大铰接前梁前端支顶力和护帮板挑起力矩， 结构件减重设计等措施，缩短了支架最小运输长度 ，减轻了支架重量，使支架不仅能满足整体下井矿 井提 升要求，还 能适应坚硬 顶板 条件下煤 层的开采。 [ 关键词] 整体下井运输；两柱掩护式液压支架；四连杆；铰接前梁 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 1 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 6 6 2 2 5 2 0 1 4 0 4 0 0 5 0 0 2 De s i g n o f Two- p r o p Sh i e l d Po we r e d S up p o r t f o rⅥ， l l O l e - s up p o rt Tr a n s p o rt Li mi t e d Co nd i t i o n XI N J i a x i a n g C o a l Mi n i n g＆D e s i g n i n g D e p a r t m e n t ，T i a n d i S c i e n c e＆T e c h n o l o g y C o ．， L t d ．， B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，C h i n a Ab s t r a c t F o r t h e c o n d i t i o n o f J i n g f u C o l l i e r y ，Z Y6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0 D e l e c t r o h y d r a u l i c c o n t r o l l e d p o we r e d s u p p o r t w a s d e v e l o p e d ． B y o p t i mi z i n g f o u r b a r l i n k a g e s t r u c t u r e ，r a t i o n a l l y s e l e c t i n g r o o f b e a m ma n n e r a n d l e n g t h，a d d i n g s u p p o r t i n g f o r c e o f a r t i c u l a t e d f r o n t b e a m a n d mo me n t o f f a c e g u a r d，r e d u c i n g s t r u c t u r a l p a r t s w e i g h t ，s u p p o rt mi n i mu m t r a n s p o rt a t i o n l e n gth w a s s h o r t e n e d a n d s u p p o rt we i g h t wa s r e d uc e d，wh i c h me t who l e s up po rt l i ft r e q u i r e me n t a n d wa s fit f o r mi ni n g un de r h a r d r o o f ． Ke y wo r d s wh o l e s u p p o rt t r a n s p o r t a t i o n ；t w o p r o p s h i e l d p o we r e d s u p p o rt；f o u r b a r l i n k a g e；a rt i c u l a t e d fr o n t b e a m 阳泉煤业寿 阳景福煤矿 1 5 1 0 7工作面煤层埋深 6 5 0 m，工作面倾斜 长度 1 8 0 m 实体 煤 ，走 向长 度 6 3 0 m，煤层赋存稳定 ，结构简单 ，煤质硬度 中 等 ；煤层最大厚度 5 ． 2 1 m，最小厚度 2 ． 9 5 m，平均 厚度 3 ． 9 1 i n ，煤层倾角 6 ． 3 。 ，走 向倾角 3 。 。 工作 面进 风 巷 4 6 0 0 m m 4 0 0 0 m m 净 宽 净 高 ，回风巷 4 2 0 0 m m x 4 0 0 0 m m 净宽 净高 ；罐 笼提升最大运输尺寸为 5 9 1 0 mm 1 7 0 0 ram 3 2 0 0 mm 长 宽 高 ，最大提升重量 2 5 t 。由于井下无安装 硐室 ，要求液压支架整体下井运输 。这样液压支架 运输长度控制在 5 8 0 0 mm以内，重量不超过 2 4 t 。 工作面综采设备 MG 6 0 0 ／ 1 5 0 5 一 wD型电牵引采 煤机 S G Z 1 0 0 0 ／ 1 4 0 0型刮板 输送 机 、S G Z 1 0 0 0 ／ 4 0 0 型转载机 、Z Y 6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0 D型两 柱掩 护式 电液控 制液压支架 ，三机配套如图 1 所示。 1 液压支架设计 1 ． 1 架型及主要参数 为了满足支架下井要求 ，顶梁采用分体顶梁加 铰接前梁结构 ，铰接前梁带 6 0 0 m m行程伸缩梁 和 一 级护帮板。顶梁及掩护梁均为单侧 活动侧护板 ， 支架 中心距 1 5 0 0 m m，宽度 1 4 3 0～1 6 0 0 mm。 支架整体下井运输时 ，拆掉前梁千斤顶活塞杆 图 1 景福煤矿 1 5 1 0 7工作 面三机 配套 销轴 ，前梁 千 斤顶 及 铰接 前 梁垂 下 如 图 2所 示 ，并采取措施 与支架主体捆绑结实。支架设计 重量 2 3 ． 9 t ，运输 尺寸 5 7 4 0 m m1 4 3 0 m m 2 4 0 0 mm 长 宽 高 ，满足罐笼尺寸及提升能力要求 。 图2 Z Y 6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0 D液压支架最低位 置运 输尺寸 1 ． 2技术关键 1 ． 2 ． 1四连杆 机构设 计 [ 收稿日期】2 0 1 3 1 0 - 2 8 [ D O I ]1 0 ． 1 3 5 3 2 ／ j ． c n k i ． c n l 1 3 6 7 7 ／ t d ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 1 5 [ 基金项 目] 国家高科技研究发展计划 8 6 3计划 ；两柱 式超 强力放顶煤液压支架研制 2 0 1 2 A A 0 6 A 4 0 7 [ 作者简介]辛家祥 1 9 8 3 一 ，男，山东阳谷人，助理研究员，主要研究方向为采煤工作面液压支架设计。 [ 引用格式 ]辛家祥 ．整体下井运输 受限条件 两柱掩护式液压支架设计 [ J ]．煤矿开采 ，2 0 1 4 ，1 9 4 5 0 5 1 ． 5 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 辛家祥 整体 下井运输 受限条件两柱掩护式液压支架设计 2 0 1 4年第 4期 四连杆机构是液压支架设计的关键 ，不仅影响 顶梁运动轨迹 、连杆和掩护梁受力状况 ，还影响支 架外形尺寸的大小。因此 ，四连杆机构设计时 ，在 保证支架总体性能 良好的基础上 ，重点压缩支架后 部的结构及外形尺寸 ，力求使支架结构紧凑 。 1 支架高 位状 态 时，使后 连杆 尽 量直 立 ， 并使前 、后连杆的长度接近掩护梁的长度 ，减小结 构件长度 ，使结构紧凑。 2 使前 、后连杆下 铰点 的水平投影 位置尽 量接近通过掩护梁上铰点的垂线 。 以上两种措施不仅可以减小支架外形尺寸 ，还 可以减少连杆受力 ，改善连杆受力状况。 1 ． 2 ． 2 合理选择顶梁形式 分体顶梁设计的关键是如何根据煤层及顶板的 性质确定其合理长度。为增加顶梁前端支顶力 ，可 适当加大分体顶梁长度 ，但在配套确定 的条件下 ， 会造成铰接前梁 、伸缩梁及护帮板长度减小 ，这时 要综合考虑铰接前梁长度 、伸缩梁行程 、移架步距 及护帮长度关系，以满足安全生产的要求。 1 ． 2 ． 3 增 大铰接前 梁的前端支顶力 铰接前梁的特点是前端支顶力小 ，通常只有整 顶梁支架 的 1 ／ 6～1 ／ 8 ，可采取 以下措施增大 铰接 前梁前端支顶力 1 适 当增加前梁千斤顶的数量 由 2根增 加到 3根或加大千斤顶缸径。 2 合理布置前梁千斤顶铰接点的位置 。 3 在保证护 帮长度要求 的前 提下 ，尽 量缩 短前梁的长度。 设计采用 2根 b l 8 0 m m ／ 1 0 5 m m的前梁千斤顶 ， 通过优化前梁的结构尺寸，铰接前梁的前端支顶力 可达到 5 6 0 k N，为同等配套条件下整顶梁支架前端 支顶力的 1 ／ 4 。 1 ． 2 ． 4增 大护 帮板 的挑起 力 矩 支架在设计时 ，为增加顶梁前端支顶力 ，缩短 了铰接 前梁 长度 ，使得 伸缩 梁行程 只有 6 0 0 mm， 而采煤机截深 为 8 0 0 m m，支架推移千斤 顶设计行 程为 9 6 0 m m，由于伸缩梁行程小 于推移 千斤顶行 程 ，这就造成推溜后 ，在伸缩梁全部伸出状态下 ， 梁端距理论值 支架 4 ． 5 m高度时 由 4 6 5 m m增 加到 8 2 5 m m，无 支 护 空 间较 大。设 计 采 用 1根 1 2 5 mm ／ 7 0 m m的护帮千斤顶 ，设计护帮板能够完 全挑平 ，不但能护煤壁 ，还能作临时前梁用 ，起到 临时支顶的作用 。 1 ． 2 ． 5底座 及抬底 机 构设 计 支架采用刚性分体底座 ，底座 中档的浮煤、浮 矸易于排到采空区侧 ，不需人工清理 ，满足矿井高 效开采需要 ，但减少 了底座接底面积 ，增大了底座 前端 比压。由于底板较松软 ，为此在底座过桥前端 设置抬底装置 ，抬底千斤 顶规格 b 1 2 5 m m／ 9 0 m m， 底座前端最大抬底量可达 8 0 ra m。 1 ． 2 ． 6配 套尺 寸优 化 为减小整体配套尺寸 ，采取如下优化措施 1 配套时 ，尽量选 择窄机身 的采煤 机和刮 板输送机 ，选择合适的铲间距 ，既减小配套尺寸 ， 又能避免采煤机在输送机弯曲段滚筒割铲板 ，保证 采煤机最佳装煤效果。 2 在保证 支架 良好适 应性能 的前 提下 ，将 刮板输送机与十字头连接耳板伸到支架底座内，缩 小了配套尺寸。 3 适当减小 刮板输送 机与十字头连接斜长 孔的水平距离，减小配套尺寸。 1 ． 2 ． 7 支架结构件减重措施 1 支架主体结构选用 Q 5 5 o高强度钢板 ，主 要销轴材料选用 3 5 C r Mn S i A，减轻支架重量。 2 在保 证 结构 件箱 体高度 足够 的情 况下 ， 尽量减小板厚。 3 采用等强度设计 ，优化支架结构件外形 尺寸及结构断面 ，减轻支架重量。 4 对支架结构件薄弱环节采取局部加 强措 施 ，在保证强度的前提下 ，减小加强板 的高度。 5 在保 证推移机构 、立 柱、连杆等结 构布 置 的前提下 ，尽量增加底座中档宽度 ，减小连杆档 宽度 ，不仅可以减轻支架重量 ，还可满足电液控制 主阀安装的尺寸需要 ，同时也利于支架排矸 。 2结束语 设计中充分考虑了景福煤矿实际情况 ，优化三 机配套尺寸；优选支架 四连杆机构并采用分体顶梁 加铰接前梁的顶梁结构 ；加大前梁千斤顶缸径 、缩 短铰接前梁长度 ，增大了铰接前梁前端支顶力 ；采 用能完全挑平 的护帮装置和大缸径护帮千斤顶 ，增 大了护帮板挑起力矩 ，超前护顶 ；结构设计时采取 等强度设计及局部补强等措施 ，减小 了支架外形尺 寸和支架重量，满足了整体下井 的需要。 [ 参考文献] [ 1 ]王 国 法 ．液 压 支 架 技 术 [ M] ．北 京 煤 炭 工 业 出版 社 ， 1 9 9 9 ． [ 2]邱开坤 ．轻型支撑 掩护式 液压 支架 的研 制 [ J ]．煤 矿开 采 ， 1 9 9 3 4 2 1 2 5 ． [ 责任编辑 徐亚军 ] 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m