液压支架总体设计分析.pdf

第 2 8卷第 2期 2 O 0 7年 2月 煤矿机 Co a l Mi n e Ma c Vo 【 ． 2 8 N o． 2 F e b．20 07 液压支架总体设计分析 房虎林 。曹连 民 1 ． 山东天晟煤矿装备有限公司，山东 淄博 2 5 5 1 2 9 ；2 ． 山东科技大学，山东 青岛 2 6 6 5 1 0 摘要 主要介绍了一种适合煤层厚度 3 ． 5 ～8 m， 煤层倾 角 8 。 的支撑掩护式液压支架的总体 设计方法， 包括架型选择、 基本参数确定、 四连杆机构设计、 整体受力分析和立柱参数确定等设计步 骤 。 ． 关键词 煤层 ；支撑掩护式；液压支架 中图分类号 T D 3 5 5 文献标志码 A文章编号 l 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 7 0 2 ． 0 0 0 8 - 0 3 S y s t e m De s i g n An a l y s i s o f Hy d r a u l i c Pr e s s u r e S u p p o r t F ANG Hul 血 I 。CAO L i a ni l l 2 【 1 ． S h a n d o n gT i a n s h e n gC o m p a n y L i m i t e d o f C o a l Mi n e E p n t ， Z i b o 255 1 2 9 ， C h i n a ； 2 ． S h a n d o n g U n i v e r s i t y of S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y - Q i n g d 2 6 6 5 1 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Ma i a y i n t r o d u c e s o n e k i n d s y s t e m d e s i g n me t h o d o f the s u p po r t a n d s hi e l d t y p e h y d r a u l i c p r e s s u r e s u p p o r t f o r the c o a l b e d o f t h i c k n e s s 3． 5 8 me t e r s ，i n c l i n a t i o n a ngl e 8 d e g r e e s ，i n c l u d i n g the d e s i gn p r o c e d u r e s o f the c h o i c e o f h y d rau l i c p r e s s u r e s u p po rt t y p e s ，the b a s i c p mmn e t e r d e t e r m i n a t i o n，the d e s i gn of f o u r h n k mo t i o n g e a r ，the o v e r a l l s t ress a n a l y s i s o f h y d r a uli c p res s u r e s u p po rt a n d the c o l u mn p a r a me t e r d e t e r mi n a t i o n an d S O o n． Ke y wo r d s c o a l b e d； s u p po rt an d s h i e l d t y p e； h y d r a u l i c p r e s s u r e s u p po rt 0 前言 液压支架是综合机械化采煤装备的关键设备， 其功用是有效地支撑和控制工作面顶板 ， 保证工 人 操作和机器运转所必须 的安全工作空间；随着工作 若考虑钢丝绳的 自重和运动阻力 ， 则 Fg Q 0 s i n 0 C O S 0 g q l l s i n 0 C OS 0 8 式 中 Z ， 绞车滚筒到容器的距离 以安全制 动 时的位置计算 ， m； 钢丝绳的运动阻力 系数 ， 取 0 ． 1 5 ～ 0． 2 0。 4 允许松绳长度[ h ] 的计算 将 由式 9 算得的 F值 、 由式 3 算得的 值及选 定的动荷安全系数 m 代人式 5 即可求得[ ] 值。 5 正常加速 、 减速提升时钢丝绳的动力计算 1 假设条件 ①将容器和钢丝绳都视为质点。 ②忽略立井提升时的运动阻力。 2 立井加速提升 F 1 g Q 。 q 1 。 Q 。 q t 1 a F 9 3 立井减速下放 和加速提升推导方法相同 F I 1 F 1 0 4 斜井加速提升 F d g Q 0 s i n C OS 0 g q l s i n 0 C O S a Q 0 q 1 Fa Q 0 q 1 1 1 5 斜井减速下放 F a g Q 0 s i n 0一 c o s 0 g q l s i n 0一 C OS 0 J Q 0 q 1 F J Q 0 q 1 1 2 参考文献 ‘ [ 1 ] 弗 ． 符 ． 弗洛林斯 基 ． 矿井提升钢绳 动力学 [ M J ． 杨福 新， 译 ． 北京 煤 炭工业 出版社 ， 1 9 5 7 ． [ 2 ] 中国矿业学 院 ． 矿井提升设备 [ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 8 0 ． [ 3 ] 孙训方， 方孝淑， 关来泰． 材料力学[ M ] ． 北京 人民教育出版社。 1 9 7 9． [ 4 ] 华东水利学院工程力学教研组 ． 理论力学 [ M] ． 北京 人民教育 出 版社 ， 1 979 ． [ 5 ] 国家安 全生产 监督管理局 ， 国家煤矿 安全监察 局 ． 煤矿 安全规程 [ S ] ． 北京 煤炭工 业出版社 ． 2 O 0 4． 作者简介 解启栋 1 9 6 4一 ， 山西万荣 人， 1 9 8 5年毕业于太原工 业大学， 学士学位， 高级工程师， 山西省煤矿节能监测中心副主任兼 主任 I 程 师， 现从事煤矿设备的节能监测和安全技术性能检测工作 ， 已发表论文6 篇， 电话 0 3 5 l 一 4 3 7 1 l o 4 ， 电子信箱 x i e q i d o n g s x m k j c ． c o i n 或 i e q i d 0 | lg ． s x mk t 6 3 ． c o in ． 维普资讯 第 2 8卷第 2 期 匿塞 堕签 盐坌堑二 虐 笠 墨 竺 面推进而实现推移工序的机械化 ， 并提供足够的通 风断面。液压支架设计的合理与否直接关系到工作 面的产量和其他各项经济技术指标， 对改善工作面 劳动条件 、 减轻工人体力劳动、 确保安全生产有很大 影响。 1 架型设计 液压支架选型设计 是液压支架设计的第 1 步 ， 它从根本上决定 了液压支架 的总体性能 和结 构外 观 ， 对液压支架的性能参 数和结构参数具有决定性 作用。 为了提高开采效率、 降低成本， 根据煤层厚度 3 ． 5 8 m； 老顶 Ⅱ级 、 直接顶 2级 ， 底板平整的煤层 条件 ， 选用放顶煤开采方法， 架型选用支撑掩护式低 位放顶煤支架 。由于煤层倾角 8 。 ， 不用设置 防滑装 置 。 2 液压支架基本参数确定 1 支护强度 液压支架支护强度与支架的整体重量和造价密 切相关 ， 其大小决定 了支架结构件截面形状 ， 是液压 支架设计的一个关键参量 。 确定液压支架支护强度的原则应考虑经济和技 术 2个方面， 过大则造成支架笨重 ， 造价上升 ， 过小 则造成压跨支架等顶板管理事故， 影响安全生产。 支护强度由于受井下地质条件变化和随机因素 的干扰， 无法用解析法确定， 目前仍靠经验方法确定 支护强度。由给定 的煤层条件 ， 查 手册可得支架支 护强度为 1 ． 3 0 ． 4 1 4 lV I P a 。 2 初撑力 初撑力的大小是相对于支架 工作阻力而言 的， 并与顶板 的性质有关。较大的初撑力可使支架较快 地达到工作阻力 ， 防止顶板过早地离层， 增加顶板的 稳定性 。老顶 Ⅱ级 、 直接顶 2级 ， 属于稳定顶板 ， 初 撑力不易过大 ， 一般应大于工作阻力的 7 0 ％。 3 支架调高范围 支架高度的确定应根据所采煤层的厚度、 采区 范围内地质条件的变化等 因素来确定。考虑到顶板 有伪顶冒落， 或可能局部冒落， 支架的最大高度 日 ～ ≥ |ll 一 S 1 3 ． 5 1 式 中| ll ～煤层最大采高， | ll 一 3 ． 3 m； ．s 伪顶 冒落最大厚度 ， 取 S l 0 ． 2 m。 支架最小高度 日 ≤| ll 一．sge 2 式 中|l l 煤层开采最小厚度； ．s 顶板下沉量 ， 应取周期来压时的最大 下沉量 ； g 顶梁上 、 底座下 的浮矸 厚度 ， g5 0 l “n l,n； e 移架时支架缩回量 ， e3 05 0 l “n l ,n 。 考虑到井下的允许运输高度 ， 取 支架最小高度 日 2． 5 m。 4 采煤机 、 液压支架和输送机的配套 采煤机选用 M X A一3 0 0 ／ 3 ． 5型， 刮板输 送机选 用 S G Z一7 6 4 ／ 5 0 0型 。从安 全角度考虑， 支架前柱到 煤壁的距离应越小越好 ， 由三机配套图册查得支架 前柱到煤壁的距离为2 9 4 0 m m， 前柱到梁端的距离 为 1 3 4 3 m i l l 。为避免输送机偏斜 时采煤机截割顶 梁， 取梁端距为 3 0 0 l“n l,n 。 3 四连杆结构的设计 1 四连杆作用 四连杆机构是液压支架最重要 的部件之一 。其 作用一是当支架由高到低变化时 ， 借助四连杆机构 使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双纽线 ， 从而 使支架顶梁前端点与煤壁 间的距离变化减小 ， 提高 了管理顶板的性能 ； 二是使支架受力状态最佳， 结构 上既满足工作空间要求 ， 又能承受足够的纵向 、 横 向 力和扭矩 。 2 四连杆动作时满足条件 支架在最高位置时 ， 卢≤5 26 2 。 ， ≤7 58 5 。 ， 支架在最低位置时， 为了有利于矸石下滑 ， 防止矸石 停留在掩护梁上 ， 要求 t g 卢W 摩擦系数 。同时为 了安全可靠， 最低工作位置应使 ≥2 5 。 为宜， 而 角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离 ， 防止 支架后部 冒落岩石卡住后连杆 ， 使支架不能下降 ， 一 般取 12 53 0 。 ， 在特殊情况下需要角度较 小时， 可提高后连杆下铰点的高度。 用解析法可确定掩护梁 的长度 2 5 5 0 l“n l,n ， 后连 杆长度 1 8 0 0 l “n l ,n ， 卢 t 4 5 。 ， 卢 22 6 。 ， 1 5 9 。 ， 2 2 9 o 。 用几何作图法可确定四连杆机构其他各部分的 尺寸。 4 顶梁尺寸 因初选支架类型为支撑掩护式 ， 立柱为双排布 置 ， 支撑力较大 ， 这类支架 的顶梁较长。 1 顶梁长度确定 顶梁全长 ． Z bnH4 6 5 9 l“ n l,n 3 一 9一 维普资讯 V o 1 ． 2 8 N o ． 2 液压支架总体设计分析房虎林 ， 等 第 2 8 卷第 2 期 ，b值的大小由铲煤板到煤壁的距离、 输送机宽度 、 采煤机滚筒的截深 、 底座前柱窝中心到底座前端的距 离、 立柱倾角和梁端距等参数确定， 由几何关系， 计算 得 b 2 0 0 5 n l n 。 n为前后排立柱上铰点距离 ， 其值与顶梁承载载 荷有关。支撑掩护式支架结构要求立柱轴线与顶梁的 垂线夹角小于l ， 取前立柱与顶梁垂线夹角为 ， 后立 柱与顶梁垂线夹角为 ， 经计算得 n l 8 7 9 I li a 。 u为顶梁上后柱窝 中心到顶梁与掩护梁铰接点 的距离 ， 长度由结构而定 ， 取 u7 7 5 m m。 5 受力分析 掩护梁上没有负载， 摩擦系数 “ 0 ． 3 ， 支架在 最高位置时， 每根立柱的工作支撑力为9 7 3 ． 4 k N 。 1 支架工作阻力及作用位置确定 支架的工作阻力 式中P 。 每根立柱的工作支撑力； n 立柱的根数。 支撑掩护式支架 9 5 ％≤ ≤1 0 5 ％， 满足要求。 6 立柱参数确定 1 立柱 的布置 支撑掩护式低位放顶煤 液压支架 ， 立柱共有 4 根 ， 前排 2根 ， 后排 2根 ， 支护时 ， 前柱 向前倾斜， 后 柱向后倾斜。前排立柱倾角较大， 取 8 。 ， 后排立柱较 小 ， 取 4 Q ， 为便于人员操作 ， 立柱间距取 1 1 0 0 m i l l 。 2 立柱缸体内径确定 立柱横截面积 F A 亡 0 0 3 1 4 m 2 10 式中F l 支架理论支护阻力， F l 3 7 4 7 ． 9 k N ； p 立柱内部乳化液的压强 ， P2 5 ． 5 M P a 。 P [ P c 0 s口 l P b c 0 s 口 P s l 立柱内径 D l 2、 ／／ A ／ 7 c l 9 4 m m 。 、 按标准选取立柱缸体 内径 D2 0 0 l n n l 。 P b s 口 2 t g ] 3 9 8 6 ． 6 l 【N 4 3 立柱壁厚确定 顶 梁 集 中 受 力 点 距 顶 梁 后 铰 点 的 距 离 -≥ 躺 1 1 s 击 z l P c 0 s 口 l z2 P b c 0 s 口 2 5 式 中 p ， 试 验 压 力 ， ] p y 3 1 ．4 M P a ； 将 数 据 得s l 3 6 6 ． 3 姗 三 许 用 应 力 ， [ a ] 1 0 5 M P a 。 2 前后连杆受力 计算得 - ≥3 8 9 m i l l ， 取整为 4 0 m i l l 。 前后连杆受力 4 立柱柱窝位置确定 P c [ P a c 0 s 口 - 一口 立柱的倾角 ，可得 出前后立柱上 1 铰 1 0 点 0 之 l nn 间 l的距离为 ， 立柱 F 铰点之间的距离为 ， 再由前后 、P b c 0 s 口 2 口 d 一P ．， ． s i n口 d c 0 s 口 d ] 1 8 3 0 ln n l 。 一 2 7 2 5 ． 9 k N 6 取顶梁为分离体， 进行受力分析， 确定顶梁与掩 负号表示前连杆受拉力。 护梁的交点 A， 便可求出后排立柱上交点至 A点的 P d [ P a 0 o s 口 l 一 口 c l l 1 2 l l 7 8 7 3 5 0 m i l 2 l 6 04 l I l I I l 。 ， 距离 z ， 则前排立柱上交点至 A点 的距离 P c o s a a 一P ， s in口 c 0 s 口 ] 根据前后立柱的倾角， 便可确定立柱下柱窝的 一2 0 9 6 ． 8 9 k N 7 位置。 负号表示后连杆受压力。 7 结语 3 支护强度计算 液压支架 的总体设计是液压支架设计中最重要 支架的外载荷已经确定， 支架的实际支护强度 的部分， 设计的合理与否直接关系到液压支架设计 P ． 的成败， 本文设计的液压支架， 经在矿区使用， 符合 g { 1 0 3 0 ． 5 3 6 M P a 8 工 程 技 术 要 求， 满 足 现 场 采 煤 需 要。 误差 g 一q ／ q0 ． 3 ％， 满足误差要求 c 苎 护 效 率 确 定 限 公 支 护 效 率 ⋯ 一 。 ⋯ 一 ⋯ ⋯ ⋯ 一 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯一 ⋯ ～ PJ P, n 1 0 2 ． 3 9 ％ 9 收稿日期 2 0 l l 2 维普资讯