掩护式液压支架液压系统的设计毕业论文

掩护式液压支架液压系统的设计毕业论文

目录

摘要 (3)

前言 (5)

第一章概述 (6)

1.1 液压支架的工作原理 (6)

1.2 液压支架的工作过程 (6)

1.3 支架组成 (8)

1.4 液压支架主要结构件及其作用 (8)

1.5 液压系统及其控制元件 (12)

1.6 支架的设计特点 (13)

第二章液压支架的总体设计 (14)

2.1主要原始设计参数 (14)

2.2 液压支架的选型 (14)

2.3 液压支架的各部件选择 (15)

2.4液压支架主要零部件设计 (17)

第三章液压支架的工况分析 (25)

3.1立柱液压缸的工况分析 (25)

3.2 推移千斤顶液压缸的工况分析 (25)

3.3平衡千斤顶液压缸的工况分析 (26)

第四章液压支架的液压系统图设计 (27)

4.1液压执行元件的类型 (27)

4.2液压回路设计 (27)

第五章液压元件的选择 (29)

5.1乳化液泵站参数确定 (29)

5.2阀类元件的选择 (31)

5.3辅助元件的选择 (31)

5.4 管道尺寸的确定 (32)

第六章验算液压系统 (33)

6.1压力损失的验算 (33)

6.2系统温升的验算 (34)

第七章工作图设计 (37)

7.1液压支架的整体结构尺寸的设计 (37)

7.2 液压支架的总体布置 (42)

第八章支架的受力分析与强度计算 (49)

8.1支架的受力分析 (49)

8.2主要部件的强度校核 (50)

8.3支护强度和底座接触比压 (53)

8.4立柱强度验算 (54)

结论 (58)

致谢 (59)

参考书目 (60)

前言

作为当代的大学生，特别是象我们这样实践性很强的工科专业——机械设计制造及其自动化的本科生，我想大家都深深理解这句话的含义。我们毕业设计的意义也在如此。

毕业设计是对我们大学四年所学知识的系统总结和综合运用，同时也是对我们分析问题和决绝问题的能力的检验。它是我们大学生活的最后一环，也是我们大学学习最为重要的一环。因此，认真的作好这次毕业设计，无论是对于我们步入社会，

投身于生产一线；还是以后继续深造都有着非常重要的意义。

我的毕业设计是关于掩护式液压支架的设计。液压支架是综合机械化采煤的关键设备，对于提高采煤效率，降低成本，改善作业环境，减少笨重的体力劳动具有举足轻重的作用。其中，掩护式液压支架是日本在引进英国垛式支架和苏联掩护式支架的基础上，结合我国特点于1968年首先研制成功的。它保留了垛式支架支撑力大，切顶性能好，工作空间宽敞的优点，采用单排立柱支撑顶梁（或顶梁于掩护梁）的结构；具有防护性能好，结构稳定的长处，采用坚固的掩护梁以及侧护板将支架于老塘完全隔开，并用双纽线连杆机构联结掩护梁和支架底座。因此，加深掩护式液压支架的设计和研究具有深远的意义。

第一章概述

液压支架作为煤矿长壁综采工作面的关键设备，近年来得了迅速地发展，它与综采系统中的“三机”（刮板输送机、机、带式输送机）配合使用，是煤矿开采技术现代化的重要标志。液压支架是综采工作面主要设备之一，近10年来主要的发展趋势是向两柱掩护式和四柱支撑掩护式架型发展，架型结构进一步完善，设计方法

更先进，参数向高工作阻力、大中心距(1．75m、2m)发展，结构件材料越来越多地采用高强度钢材，支架的寿命和可靠性大大提高。在综合机械化采煤过程中，液压支架担当着极其重要的角色，其主要功能不仅用于支撑管理顶板，隔离采空区，维护采煤作业空间，并能自行前移，推进采煤工作面输送机和采煤机。因此，液压支架的性能和可靠性是决定综采成败的关键因素之一。另外，合理的选用采煤设备并结合先进的采煤工艺，可解决采煤工作面的采煤支护运输等生产环节之间的矛盾，可有效地提高工效增加成本减少损耗保护生产人员和设备的安全，以及减轻笨重的体力劳动，可为煤矿获得很高的经济效益。

1.1 液压支架的工作原理

液压支架是由乳化液泵站提供高压乳化液（这里采用水包油型乳化液）作为动力，由液压操作系统，控制系统，液压油缸和金属构件组成。来自泵站的高压乳化液，经主进液管送到工作面，并与每架支架的进液截止阀相连导入支架，再经过组合操纵阀配液到各液压缸，以完成支架所需的各项动作。从支架回流的低压乳化液通过组合操纵阀与回液截止阀由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循环使用。

支架的承载原理是：液压支架支撑在综采工作面的顶底板之间支撑顶板。顶板压力作用在顶梁上，并通过顶梁和底座间立柱将压力传递底板。为保证支架结构件的强度及撑在支架顶安全，在立柱的下腔装有安全阀。当顶板压力超过立柱安全阀限定压力时，安全阀开启释放出立柱中的液体进行让压，当顶板压力下降到立柱工作阻力时，安全阀关闭进行保压承载。

1.2 液压支架的工作过程

液压支架对顶的作用过程主要取决于流体静力学原理工作的立柱工作过程。现以图1-1所示的典型立柱控制系统来说明支架的工作过程。

支架操作的基本功作过程为：急增阻阶段，缓增阻阶段，恒阻阶段，无作用阶段四个阶段。

图1-1 立柱控制系统

１-立柱２－安全阀３－液控单向阀４－操纵阀

P－高压管路 O－回液管

（1）泵压撑顶，支架对顶板急增阻阶段

操纵阀手把置于A位，从泵站来的压力液经高压管路P，打开液控单向阀3进入立柱下腔，立柱上腔与回液管O连通，因而活柱伸出使支架升起接顶，对顶板产生支撑力。支架接顶后，泵压使下腔的液体压强迅速上升，支架对顶板支撑力急剧增加。这就是支架对顶板的急增阻阶段。

（2）闭锁承载，支架对顶板缓增阻阶段

操纵阀手把放回零位后，立柱下腔的压力液被液控单向阀闭锁，不能流出，从而使支架保持对顶板的支撑状态。随着顶板逐渐下沉，立柱下腔的液体受到进一步压缩，压强逐渐增高，使直接对顶板产生更大的支撑力，力图阻止或延缓顶板下沉，一般情况下，顶板下沉比较缓慢，支架对顶板的支撑力增长也就相应缓慢，所以这个阶段被称为支架对顶板缓增阻阶段。

（3）溢流承载，支架对顶恒阻阶段

顶板继续下沉，立柱下腔的压强继续升高，当达到立柱安全阀的调定值时，安全阀便开启溢流，使立柱下腔的压强保持定植，从而支架对顶板的支撑力不变，即支架处于对顶板恒阻阶段。

（4）解锁降柱，支架与顶板无作用阶段

采煤机截煤后，欲将支架移到新的位置，首先把操纵阀手把置于B让从泵站来的压力液进入立柱上腔，同时作用于液控单向阀的顶杆活塞，迫使液控单向阀开启，解除对立柱下腔液体的闭锁，允许其回到回液管。这时，活柱缩回，支架降落离开顶板，支架对顶板无压力。在这一阶段如要保证顶梁平行下降需协调操纵平衡千斤顶操纵阀。

1.3 支架组成

液压支架主要由金属结构件、油缸和液压控制元件三大部分组成。

（1）金属结构件主要有顶梁、掩护梁、前连杆、后连杆、底座、侧护板等。（2）油缸主要有立柱、推移千斤顶、平衡千斤顶、侧护千斤顶等。

（3）液压控制元件主要有液压控制阀、操纵阀、双向锁、安全阀、截止阀等及液压辅助元件等。

1.4 液压支架主要结构件及其作用

1.4.1 顶梁

顶梁采用整体顶梁直接与顶板接触，支撑顶板负荷，是支架的主要承载部件之一，由钢板焊接而成的箱形结构，以满足强度和刚度要求。结构如图1-2所示：

图1－2 顶梁

其主要作用是：

（l）承接顶板岩石及煤的载荷；

（2）反复支撑顶煤，可对比较坚硬的顶煤起破碎作用；

（3）隔离顶板，为回采工作面提供足够的安全空间。

本支架采用刚性顶梁结构，强度高，对顶板维护较好；另外，在顶梁前部还布置有起吊耳，可方便吊挂较小的机件。

1.4.2 掩护梁

掩护梁结构如图1-3所示：

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图1－3 掩护梁

1－煤尘控制装置 2－侧护板 3－前连杆耳座

4－后连杆耳座 5－侧推千斤顶

掩护梁分别与顶梁和前、后连杆连接，其主要作用有：

(1) 承受上部顶板传给的水平分力和侧向力，增强支架的抗扭性能；

(2) 掩护梁与前后连杆、底座形成四连杆机构，保证支架的稳定性；

(3) 阻挡后部落煤，维护工作空间。

1.4.3 底座

底座是将顶板承受的压力通过立柱传递到底板并稳定支架的主要结构件。该支架设计为整体刚性底座，底座接底面积大，有利于减小对底板的比压。该型底座的缺点是在推移机构外易积存浮煤碎矸，要求及时清理。

底座结构如图1-4所示，其主要作用是：

(1) 将上方载荷传递给底板，为立柱、推移装置及其他辅助装置提供安装空间；

(2) 给工作人员创造良好的工作环境；

(3) 保证支架的稳定性。