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1、，龜 肌YⅢ1 洲9舢3 川3Ⅲ4 ㈣5 Ⅲ5 河北科技大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 ， 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)’F，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的 成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中以明確方式標(biāo)明。除文中已經(jīng)注 明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。本人完 全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 緣奄江 ：· 017／。年艘月，g日 死口年∥月f羅R 河北科技大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全

2、了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有 關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)河北科技人學(xué)可 以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù) 制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 口保密，在一年解密后適用本授權(quán)書。 本學(xué)位論文屬于 口不保密。 (請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√") 學(xué)位論文作者簽名：嘏 指導(dǎo)教師簽名： 彩習(xí)見 幾 、．、 齜f口年他旯f呂日 功咖年，≯月／羅閂 摘要 摘 要 現(xiàn)在的煤礦開采，已經(jīng)由原有的炮采方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合

3、機(jī)械化開采，液壓支架在綜合 機(jī)械化采煤作業(yè)中具有非常重要的作用，是機(jī)械化采煤必不可少的支護(hù)設(shè)備。液壓支架 的活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置，作為支架的輔助結(jié)構(gòu)件，對提高支架的掩護(hù)和防矸性能具有重要作 用。 論文分析了國內(nèi)外液壓支架設(shè)計(jì)、制作、使用現(xiàn)狀，指出了液壓支架發(fā)展趨勢。介 紹了液壓支架的分類、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和常見結(jié)構(gòu)形式，并依據(jù)原始給定條件設(shè)計(jì)出了 ZY3000／lO／20掩護(hù)式液壓支架。對該型支架在井下使用中發(fā)生的損壞情況進(jìn)行了分析闡 述，通過井下使用情況調(diào)研j實(shí)物與設(shè)計(jì)要求符合性驗(yàn)證、設(shè)計(jì)校核的結(jié)果，確定了該 型支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置大量損壞的原因。根據(jù)損壞原因明確了設(shè)計(jì)改進(jìn)的方向，確定了 優(yōu)化目標(biāo)。

4、然后利用Solidworks軟件建立了頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板的實(shí)體模型，結(jié)合活動(dòng)側(cè)護(hù) 板的使用工況及損壞情況，利用Solidworks軟件的COSMOSXpressI具確定了對活動(dòng)側(cè)護(hù) 板進(jìn)行約束和加載的三種方式，即選擇模擬活動(dòng)側(cè)護(hù)板正常使用狀態(tài)進(jìn)行約束和加載、 模擬支架利用側(cè)推千斤頂進(jìn)行調(diào)架時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行約束和加載、模擬升架過程中相鄰支架 發(fā)生咬架現(xiàn)象進(jìn)行約束和加載三種方式分別對活動(dòng)側(cè)護(hù)板進(jìn)行加載分析，根據(jù)加載結(jié)果 對活動(dòng)側(cè)護(hù)板進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化后的活動(dòng)側(cè)護(hù)板滿足了目標(biāo)要求，能更好的適應(yīng)實(shí)際使 用工況。 論文還對原側(cè)推千斤頂進(jìn)、回液管路布置情況進(jìn)行了改進(jìn)，縮短了接頭座長度，加 長了相應(yīng)膠管的長度，達(dá)到

5、了接頭座不露出頂梁體的目的，減少了接頭座損壞現(xiàn)象。增 加了雙向鎖，避免了側(cè)推千斤項(xiàng)活塞桿在浮動(dòng)狀態(tài)下自由伸縮。最后，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制 定了ZY3000支架大修方案。 關(guān)鍵詞支架設(shè)計(jì)要點(diǎn)；ZY3000支架結(jié)構(gòu)；支架損壞現(xiàn)象；ZY3000支架損壞原因；活 動(dòng)側(cè)護(hù)板；優(yōu)化設(shè)計(jì)；大修方案 河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 Abstract Now the coal mining，mining methods have changed from original shot to mechanized mining，hydraulic suppor

6、t in mechanized coal mining operations have a very important role，is essential to support mechanized mining equipment．The activities of hydraulic support device side guard，as the auxiliary support structure，to improve support performance of the cover and has an important role in anti—gangue． This

7、 paper analysis the hydraulic design，production and use status．Pointed out the development tI．end of the．hydraulic support．it introduced the hydraulic classification， characteristics，design elements and the common structure，according the original conditions design of the ZY3000／1 0／20 cover hydrauli

8、c support．Analyzed and discussed this type support damaged underground，through the use of support underground survey, site physical inspection and design requirements compliance verification results，the original design of the check，then the analysis identified the activities of the support device s

9、ide plates to cause a lot of damage．a(chǎn)ccording the causes of damage to clear the design improvement direction，．a(chǎn)nd determine the optimization goal．Then use Solidworks software to build a entity solid model of top beam activities side plates，combined塒tll the use and damage condition of the activitie

10、s side plates，using Solidworks software COSMSXpress t001 to identified on the activities side plates three kinds of constraints and load way，choose the side plates to simulate the normal activities of the state of restraint use and loading，simulation support of frame when the jack to adjust the sta

11、te of constraint and loading，the process of the adjacent support rose frame phenomenon occurs bound to bite and loading activities，in three ways to load the side plates to analyze the results of the activities，under the load board to optimize side protection，after optimization of the activity side

12、plates to meet the objectives and requirements，it Can better adapt to the actual use conditions． In addition，improved the original side of the jack forward，back fluid pipeline layout，shorten the length of the connector block，extended the corresponding length of hose to make sure the connector bloc

13、k don’t exposed top beam，and reduce the connector block damage．Increase two—way lock，to avoid the side of the jack rod to push free stretch in the floating state．Finally,work out the ZY3000 hydraulic support overhaul scheme on the basis ofthe optimization results． II Abstract

14、 Key words support design‘。poim；ZY3000 support structure；support damage phenomenon； cause of ZY3000 support damage；activities side plate；optimization design；overhaul plan 。!j鬻；一 ●●一o ～． ．

15、 KI 河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 目 錄 摘要 一I Abstract II 第1章緒論 l 1．1液壓支架發(fā)展歷史 1 1．1．1 國外液壓支架發(fā)展歷史 ·l 1．1．2我國液壓支架發(fā)展歷程 ·2 液壓支架設(shè)計(jì)制作現(xiàn)狀及存在的問題 3 1．2．1 液壓支架設(shè)計(jì)制作現(xiàn)狀 ， 3 1．2．2 液壓支架設(shè)計(jì)制作存在的問題 ．．． -·6 1．3 液壓支架發(fā)展趨勢．． 7 1．4 本課題提出的目的以及應(yīng)用背景 8 1．5 論文主要工作及組織結(jié)構(gòu) 9 1．6 本章小節(jié) ·1 0 第2章

16、 液壓支架設(shè)計(jì)要求及ZY3000／10／20支架設(shè)計(jì) 11 2．1 液壓支架設(shè)計(jì)必需的基本參數(shù) ·11 2．2 ZY3000／lO／20支架設(shè)計(jì)初始條件 11 2．3 ZY3000／10／20支架總體設(shè)計(jì) 12 2．3．1 液壓支架設(shè)計(jì)基本要求 ．．． ·12 2．3．2液壓支架設(shè)計(jì)過程 ．．．． 14 2．3．3 ZY3000／10／20支架總體設(shè)計(jì) ··15 2．4 ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 2．4．1 底座 ·1 8 2．4．2推移桿 1 9 2．4．3 連桿 ．．20 2．4．4掩護(hù)梁 “21 2．4．5 頂梁 ．．．

17、 22 2．4．6伸縮梁 22 ZY3000／10／20支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置設(shè)計(jì) 23 2．5．1 側(cè)護(hù)板的作用 ．．． ·23 2．5．2活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式及側(cè)護(hù)板裝置控制方式 23 IV 目 錄 2．6 ZY3000／lO／20支架主要技術(shù)特征參數(shù) 26 2．7本章小結(jié) ．．． ¨ ”29 第3章ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架損壞現(xiàn)象分析 ．．． 30 3．1液壓支架樣機(jī)試驗(yàn)常見故障及損壞現(xiàn)象 ·30 3．2液壓支架井下使用過程中常見問題 32 3．3 ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架損壞情況統(tǒng)計(jì) 36 3

18、．3．1 液壓支架完好性標(biāo)準(zhǔn) 36 3．3．2 ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架損壞情況統(tǒng)計(jì) ·37 3．4 ZY3000／IO／20支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板損壞原因分析 _ 39 ．3．4．1 常見活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置損壞形式 ．．39 3．4．2 ZY3000支架井下使用情況調(diào)研 39 ‘3．4．3。．實(shí)物與設(shè)計(jì)要求符合性驗(yàn)證 “40 3．4．4 ZY3000支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置設(shè)計(jì)校核 42 3．4．5 ZY3000／lO／20支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置損壞原因 ·43 3．5本章小結(jié) 43 第4章ZY3000／10／20支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化 45 4．1活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置結(jié)構(gòu)分析 4

19、5 4．1．1活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置結(jié)構(gòu)形式 ”j 45 4．1．2活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置布置方式 47 4．2活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則 48 4．3優(yōu)化方案與原設(shè)計(jì)的對比分析及優(yōu)化方案的最后確定 49 4．3．1建模軟件的選用 ”49 4．3．2原活動(dòng)側(cè)護(hù)板模型的建立 ”49 4．3．3原頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板模型的分析 51 4．3．4新頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板模型的建立及分析 一55 4．3．5新頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板方案優(yōu)化 一56 4．3．6掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化 “57 4．4側(cè)推千斤頂進(jìn)回液管路布置改進(jìn) 60 4．5本章小結(jié) 62 第5章ZY3000／lO／20支架大修方案 63 5．

20、1 大修目標(biāo) ．．． 一63 5．2結(jié)構(gòu)件大修要求 63 5．3液壓件大修要求 63 5．4本章小結(jié) 64 V 河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 總結(jié)與展望 ．．． ．．二 65 參考文獻(xiàn) 67 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文 - - ¨ ·70 致 謝 ·： ”7l VI 第1章緒論

21、 。。：，。 第1章緒論 1．1液壓支架發(fā)展歷史 我國是世界第一產(chǎn)煤大國，煤炭在我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占主體地位，據(jù)1979年 世界能源會(huì)議估計(jì)，我國煤炭資源在15000億噸，在未來新能源大規(guī)模利用之前，煤 炭是支持我國能源供應(yīng)的重要品種。隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，能源需求持續(xù) 增長，對煤炭的需求也在不斷增長。據(jù)專家預(yù)測，未來20年，煤炭在我國一次性能 源消費(fèi)中占50％以上【11，2020年我國煤炭需求量將超過25億噸，煤炭工業(yè)將有一個(gè)很 。 大的發(fā)展【2J。 ： #一o； 一現(xiàn)在的煤礦開采，已經(jīng)由原有的炮采方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合機(jī)械化開采，如圖1-1所示， ，：

22、：三：臻合機(jī)械化采煤的主要設(shè)備有液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)。其中液壓支架在綜 合機(jī)械化采煤作業(yè)中具有非常重要的作用，是機(jī)械化采煤必不可少的支護(hù)設(shè)備，它 在綜合機(jī)械化采煤設(shè)備中所占的成本最高，一次性投資占綜采裝備總資金的70％以上 【31。液壓支架是以高壓液體作為動(dòng)力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板 的采煤工作面設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂i移架和推移輸送機(jī)等一整套工序，具有 強(qiáng)度高、移動(dòng)速度快、支護(hù)性能好、安全可靠等特點(diǎn)【4】。 1．采煤機(jī) 2．刮板輸送機(jī) 3．液壓支架 圖I-1綜合機(jī)械化采煤配套設(shè)

23、備 Fig卜1 Mechanized coal mining equipment 1．1．1 國外液壓支架發(fā)展歷史 大約在四五十年前回采工作面還是采用木支柱支撐。隨著刨煤機(jī)、采煤機(jī)的使 用，木支柱支護(hù)既不能對頂板提供足夠大的阻力，其支設(shè)和回收也很難滿足連續(xù)采 煤的要求，于是，剛性木支柱開始逐步被可壓縮性摩擦和液壓支柱所代替，回采工 1 河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 作面開始以支柱加鉸接頂梁的結(jié)構(gòu)形式支護(hù)【5】【6】。 1954年，英國研制出垛式支架【7J。它主要由安裝在矩形整體底座上的立柱和頂 梁組成。幾個(gè)月后，英國奧爾蒙

24、德煤礦裝備了這種支架，成為世界上首個(gè)裝備液壓 支架的煤礦。從此，開創(chuàng)了煤炭工業(yè)的新時(shí)代。 1958年法國試驗(yàn)成功了節(jié)式支架隅】。節(jié)式支架由2至4個(gè)框架組成，每個(gè)框架 裝有前后兩根立柱和窄面鉸接頂梁，其支撐能力雖然不如垛式支架大，但結(jié)構(gòu)靈活， 重量輕。 二十世紀(jì)五十年代末，前蘇聯(lián)為開采厚度超過2m的松散和破碎頂板條件下的煤 層，開始研制掩護(hù)式液壓支架，并于1961年在阿樂斯一科拖舉辦的貿(mào)易展覽會(huì)上展出 了其研制的OMKT型掩護(hù)式支架。這種支架頂梁只有0．8m，頂梁與掩護(hù)梁鉸接，單 根朝前傾斜的液壓支柱連接著掩護(hù)梁和底座。這種支架在其工作高度范圍內(nèi)升降時(shí)， 頂梁的頂點(diǎn)相對于煤壁作圓弧運(yùn)動(dòng)?！?/p>

25、梁頂點(diǎn)的這種運(yùn)動(dòng)軌跡，不但影響支架的承 載能力，而且梁端距變化很大，不利于頂板的維護(hù)。但同垛式和節(jié)式支架相比，這 種掩護(hù)式支架能有效的控制頂板，防止開采過程中矸石進(jìn)入工作面，工作能力很好。 二十世紀(jì)60年代末和70年代初，隨著液壓支架在歐洲使用經(jīng)驗(yàn)的增加，支架 結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化。長頂梁、二柱、四柱以及多柱四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架相繼問 世。同時(shí)，為適應(yīng)底板不平，底座開始采用分體鉸接式結(jié)構(gòu)，對于松軟底板，采用 接觸面積較大的底座以減小底板比壓。為防止碎矸石竄入采區(qū)，采用了各種防竄矸 的掩護(hù)裝置。 進(jìn)入二十世紀(jì)七、八十年代，液壓支架又有了新的發(fā)展。頂梁實(shí)現(xiàn)了“立即前 移支護(hù)’’，整個(gè)支架安裝了電

26、液控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)控制與操作。如美國、澳大利 亞的大部分長壁工作面都采用了電液控制技術(shù)。90％以上的美國長壁綜采工作面使 用了電液控制兩柱掩護(hù)式液壓支架，額定工作阻力最高可達(dá)9800 kN。到了二十一世 紀(jì)，隨著優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真、虛擬樣機(jī)技術(shù)、有限元分析方法及CAD、CAE、CAM 等各種新技術(shù)的推廣應(yīng)用，液壓支架從設(shè)計(jì)水平到制造質(zhì)量都有了非常大的進(jìn)步。 1．1．2我國液壓支架發(fā)展歷程 我國液壓支架的發(fā)展歷程經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 學(xué)習(xí)起步階段：我國于20世紀(jì)70年代初開始支架的研制工作，先后研制出垛 式、節(jié)式和掩護(hù)式支架。1970年在山西大同首次全工作面裝備了TZ—140型

27、垛式液 壓支架【9】o 20世紀(jì)70年代中期，研制出q"Qy型掩護(hù)式支架和ZY35型支撐掩護(hù)式 支架【10】。盡管早期研制的支架性能及可靠性都較差，但為我國液壓支架的發(fā)展奠定 了基礎(chǔ)，為以后液壓支架的研制積累了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 發(fā)展階段：20世紀(jì)70年代末80年代初，分三次大規(guī)模引進(jìn)國外支架，通過消 2 第1章緒論 化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，。我國科研人員自主研發(fā)了多種用途的液壓支架。20世紀(jì)80年 代以來，開發(fā)出了適用于堅(jiān)硬頂板的大噸位TZ一720型支架【111，QY3l和ZY35型支 架、分層開采自動(dòng)鋪聯(lián)網(wǎng)支架、放頂煤液壓支架，并研制出了大流量

28、安全閥和操縱 閥等。這一階段開發(fā)出的支架重量普遍較輕，工作阻力偏小，支架的可靠性較差， 試驗(yàn)壽命僅8000次，與國外支架的差距較大。 完善提高階段：自20世紀(jì)90年代中期開始，我國液壓支架進(jìn)入了快速發(fā)展階 段，液壓支架的可靠性及性能、參數(shù)有了明顯的提高，支架的架型不斷豐富，各種 特征參數(shù)的大采高液壓支架、大傾角液壓支架、薄煤層液壓支架以及鋪網(wǎng)液壓支架 和端頭液壓支架紛紛研制成功，全國綜掘綜采工作面數(shù)量大幅度提高。到目前為止， 適于我國高產(chǎn)高效工作面的液壓支架有20余種架型[21。 高速發(fā)展階段：近幾年來，國內(nèi)對高端液壓支架的需求量不斷增加，隨著液壓 支架國產(chǎn)化進(jìn)程的發(fā)展，‘國產(chǎn)液壓支架進(jìn)入

29、了高速發(fā)展階段。支護(hù)高強(qiáng)、支護(hù)強(qiáng)度、 移架速度都有了較大提高，液壓支架的設(shè)計(jì)和制造水平逐步接近國際先進(jìn)水平。 1．2液壓支架設(shè)計(jì)制作現(xiàn)狀及存在的問題 1．2．1液壓支架設(shè)計(jì)制作現(xiàn)狀 ‘ 十一五期間，我國計(jì)劃建立13個(gè)億噸級(jí)超級(jí)煤炭基地。為此，國家煤炭工業(yè)“十 一五’’規(guī)劃技術(shù)進(jìn)步的主要目標(biāo)是：采用高新技術(shù)和先進(jìn)實(shí)用技術(shù)，加快安全高效 大型現(xiàn)代化煤礦建設(shè)。煤炭要振興，煤機(jī)要先行。在國家振興裝備制造業(yè)政策指導(dǎo) 下，極大的促進(jìn)了綜合機(jī)械化采煤裝備制造業(yè)的發(fā)展。 最近幾年來，我國煤機(jī)裝備制造業(yè)發(fā)展迅速。其中的液壓支架產(chǎn)品，正在向著 高可靠性、大工作阻力、大采高、電液控制等方向發(fā)展。如2

30、007年在北京舉辦的第 十二屆中國國際煤炭采礦技術(shù)交流及設(shè)備展覽會(huì)上，展出的液壓支架工作阻力最大 為10800KN，高度最高為6．3m。而在2009年在北京舉辦的第十三屆中國國際煤炭采 礦技術(shù)交流及設(shè)備展覽會(huì)上，許多廠家設(shè)計(jì)制作的液壓支架的工作阻力已經(jīng)達(dá)到 17000KN，支架高度最高已經(jīng)達(dá)到7．5m。在掩護(hù)支架方面，北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任 公司展出了ZYl7000／33／75D型電液控制掩護(hù)式液壓支架，如圖1．2所示，支架工作阻 力達(dá)17000KN，最大支護(hù)高度達(dá)7．5米。鄭州四維展出了ZYl7000／33／73D支架，而鄭 煤機(jī)集團(tuán)展出的ZYl6800／32／70D型掩護(hù)式液壓支架已經(jīng)代表當(dāng)

31、前世界最先進(jìn)水平。 該支架為鄭煤機(jī)集團(tuán)最新研發(fā)的強(qiáng)力大采高高可靠性兩柱掩護(hù)式支架，支架采用電 液自動(dòng)化控制，缸徑達(dá)500mm，首創(chuàng)三級(jí)護(hù)幫裝置，護(hù)幫高度達(dá)3．0m以上，采用2．05m 中心距，增強(qiáng)了大采高支架穩(wěn)定性。該支架是當(dāng)時(shí)世界上投入使用的高度最高、工 作阻力最大的液壓支架，現(xiàn)使用于中國神華神東煤炭集團(tuán)上灣礦、大柳塔礦。在放 頂煤液壓支架方面國產(chǎn)支架也有很大進(jìn)步，在第十三屆中國國際煤炭采礦技術(shù)交流 3 河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 及設(shè)備展覽會(huì)上，北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司展出了在大同煤業(yè)集團(tuán)塔山礦使用的 如圖1．3所示的ZFl5000／28／52型放頂

32、煤液壓支架，支架工作阻力達(dá)15000KN。在薄煤 層支架方面，鄭州四維展出了電液控制極薄煤層ZY2400／05／1 1D型掩護(hù)式支架。 圖1-2 ZYl7000／33／75D型液壓支架 Fig 1—2 ZYl 7000／33／75D Hydraulic support 圖1-3 ZF 1 5000／28／52型放頂煤液壓支架 Fig 1-3 ZF 1 5000／28／52

33、 Caving hydraulic support 4 ／ ) 第1章緒論 隨著液壓支架技術(shù)的不斷發(fā)展，我國逐步形成了以煤炭科學(xué)研究總院、鄭州煤 礦機(jī)械廠、北京煤礦機(jī)械廠、沈陽煤機(jī)所等單位為主的支架研究設(shè)計(jì)隊(duì)伍。在液壓 支架設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)在液壓支架的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用， 使用CAD軟件作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上組織設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)骨干進(jìn)行二次開 發(fā)，構(gòu)建了液壓支架及液壓零部件設(shè)計(jì)的專用平臺(tái)。在此平臺(tái)上可以快速有效地進(jìn) 行液壓支架的設(shè)計(jì)與計(jì)算，實(shí)現(xiàn)液壓支架相關(guān)數(shù)據(jù)的自由交換，能實(shí)現(xiàn)部分零部件 的參數(shù)化設(shè)計(jì)，開發(fā)出強(qiáng)度計(jì)算軟件

34、，可以模擬支架在井下的各種使用工況并進(jìn)行 強(qiáng)度分析計(jì)算，三維動(dòng)畫模擬可以對支架進(jìn)行全方位的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，龐大的液壓支 架零部件數(shù)據(jù)庫為設(shè)計(jì)提供了極大方便，可以迅速地從幾百個(gè)方案中確定最優(yōu)化的 設(shè)計(jì)方案【12】。 ：‘． 伺時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)在液壓支架設(shè)計(jì)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用．總體來看，目前虛 擬樣機(jī)技術(shù)在液壓支架設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在靜力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)仿真、 含鉸接間隙液壓支架梁端軌跡曲線研究以及結(jié)構(gòu)有限元優(yōu)化等方面【l引。如：天地科 技股份的徐亞軍、王國法等人經(jīng)分析認(rèn)為用Cosmos／Works，DesignSpace和 耄 Visual Nant ran DeskTop作為液壓支架模

35、擬樣機(jī)的靜強(qiáng)度分析模塊【14】可以滿足支架 設(shè)計(jì)的要求。北京開采研究所和兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司綜采設(shè)備租賃中心針對液壓支 架柱帽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，就其載荷加載方式進(jìn)行了研究，應(yīng)用接觸力學(xué)方法來確定接觸面 并進(jìn)行載荷加載，采用Cosmos／M軟件對液壓支架柱帽的受力情況進(jìn)行了靜力學(xué)分 析，并在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化【l 51。煤炭科學(xué)研究總院檢測研究分院的趙忠輝 應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對液壓支架立柱與柱窩的接觸部位進(jìn)行接觸分析，得到 爹 了柱窩、立柱柱頭的應(yīng)力分布狀況，明確了最大應(yīng)力的發(fā)生位置，為立柱與柱窩的 設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)【16】。中國礦業(yè)大學(xué)的蔡文書等用SolidWorks軟件中的 COS

36、MOSMotion模塊對ZF720放頂煤液壓支架進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真【17】。中國礦業(yè)大學(xué)的 臧峰、趙啦啦等人利用Pro／E軟件的Mechanism(機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析)模塊和Analysis模 塊，對ZY3600／25／50型掩護(hù)式液壓支架進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真和干涉檢驗(yàn)【l引。張緩緩、周 新建等人就Pro／Engineer中動(dòng)態(tài)干涉檢查的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究【19】。．天地科技股份有 限公司的徐亞軍、朱永戰(zhàn)等人采用虛擬樣機(jī)技術(shù)構(gòu)建了液壓支架動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，利 用該系統(tǒng)研究了液壓支架在整個(gè)調(diào)高范圍內(nèi)重心軌跡曲線的特點(diǎn)，為該類問題的最 ‘ 終解決奠定了基礎(chǔ)【2川。 鄭州輕工業(yè)學(xué)院的何文斌等人基于ANSYS平臺(tái)

37、對ZFS6200／18／35液壓支架頂梁 進(jìn)行了參數(shù)化建模，利用ANSYS優(yōu)化模塊，在外形和連接尺寸一定的前提下，對頂 梁截面參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過調(diào)整梁體頂板、蓋板及主筋板分布位置與厚度、改善應(yīng) 力分布、完成了頂梁的減重設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案較原設(shè)計(jì)方案最大等效應(yīng)力降1'96．5％， 重量減少11％，減重效果十分顯著【2I】。山東科技大學(xué)的曾慶良等人利用先進(jìn)的 5 河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ADAMS軟件不僅實(shí)現(xiàn)了某大傾角放頂煤液壓支架的四連桿的參數(shù)化建模、運(yùn)動(dòng)軌跡 仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且還借助其運(yùn)動(dòng)仿真對相關(guān)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了分析， 驗(yàn)證了基于ADAM

38、S軟件的大傾角液壓支架四連桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行【z21。 由于高可靠性設(shè)計(jì)、有限元分析、虛擬樣機(jī)技術(shù)等理論得到了普遍應(yīng)用，使支 架的設(shè)計(jì)強(qiáng)度有了充分的保障Il引。 1．2．2液壓支架設(shè)計(jì)制作存在的問題 +在液壓支架設(shè)計(jì)方面，我們雖取得了一些進(jìn)步，但由于起步較晚，在某些方面 還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些先進(jìn)國家【6】。尤其在大采高強(qiáng)力液壓支架的設(shè)計(jì)制造方面，還處于 初級(jí)階段。鄭煤機(jī)集團(tuán)研制的ZYl6800／32／70D型掩護(hù)式液壓支架雖然已經(jīng)達(dá)到當(dāng)前 ， 世界最先進(jìn)水平，但高端液壓支架的國產(chǎn)化還有許多難題要攻克，如：(1)支架的可 ，?●靠性同國外相比有較大差距。我國的支架平均產(chǎn)煤4~5MT就要大修

39、，而神華集團(tuán)進(jìn) ==習(xí)的支架，-大修周期為產(chǎn)煤15MT以上，是國產(chǎn)支架的三倍多。國產(chǎn)支架產(chǎn)品總體 上都存在著生產(chǎn)能力低、壽命短的問題，遠(yuǎn)達(dá)不到國外產(chǎn)品的高可靠性。(2)材料的 使用上同國外相比還有一定差距，目前國外普遍使用屈服強(qiáng)度在700MP a以上的鋼 板，而我國普遍使用的是屈服強(qiáng)度在450MPa以下的鋼板。立柱大直徑油缸材料和 柱窩等關(guān)鍵部位的專用材料同國外材料相比在性能方面也有較大差距。由于受材料 限制，相同工作阻力的國產(chǎn)支架要比進(jìn)口支架重10％~20％pj。(3)液壓元件的研發(fā)滯 后。國外目前已經(jīng)研制出密封性能好、靈敏度高、抗沖擊載荷強(qiáng)、流量大、可靠性 高、壽命長的各類液壓元件。

40、而我國目前仍沿用20世紀(jì)80年代的液壓元件產(chǎn)品， 在液壓元件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、可靠性方面還有很大差距。如德國的操縱 閥壽命可達(dá)5萬次，而我國的只有5000次。國外安全閥的流量可達(dá)1000L／min，而 我國的安全閥流量在125L／min-400L／min之間。(4)電液控制系統(tǒng)方面的研發(fā)和應(yīng)用 差距較大。目前國外發(fā)達(dá)國家的控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛采用電液控制·。支架的移架速度 非?？欤_(dá)到6～8秒／架。而我國目前絕大部分支架仍為手動(dòng)控制，移架速度在15～20 秒／架。同時(shí)在我國的工業(yè)領(lǐng)域中，液壓支架的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平相對落后于其他 行業(yè)，各種工序中工作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作和工況轉(zhuǎn)換的控制還是以手動(dòng)為主

41、，最先進(jìn)的微 電子控制技術(shù)少采用；工作過程中線動(dòng)態(tài)監(jiān)測的技術(shù)還比較落后， 對許多綜采工作 面而言還是空白【l引。 ． 由于煤礦井下條件的特殊性，不同的頂板和底板情況、不同的采煤工作面以及 不同的配套刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)對相配套的液壓支架具有不對的要求，加之液壓支 架產(chǎn)品本身工況復(fù)雜，這就使得液壓支架不僅具有普遍性的要求，更具有特殊性要 求，因此液壓支架的設(shè)計(jì)和制作很難形成大批量生產(chǎn)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)方法更多的 是考慮產(chǎn)品的普遍性，往往導(dǎo)致液壓支架在某些特殊場合無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為了解決 這一問題，傳統(tǒng)的液壓支架制作方式都是先制作樣機(jī)，然后對樣機(jī)進(jìn)行各種檢驗(yàn)， 6 第1

42、章緒論 針對樣機(jī)存在的問題，修改設(shè)計(jì)，更改制作，然后再次試驗(yàn)，如此反復(fù)直到樣機(jī)沒 有問題，然后確定最后的設(shè)計(jì)方案。這樣設(shè)計(jì)出來的液壓支架，一方面周期長、成 本高，另一方面往往由于對樣機(jī)的檢驗(yàn)不夠充分使一些問題沒有發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致批量生 產(chǎn)出來的產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)問題。隨著世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，市場 全球化和競爭日益激烈。企業(yè)為了提高競爭力，必須不斷縮短新產(chǎn)品的研制和開發(fā) 周期，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，只有這樣 才能滿足市場不斷變化的需求。而采用傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)出來的液壓支架，不但設(shè)計(jì)開 發(fā)成本高，而且存在著設(shè)計(jì)周期長；設(shè)計(jì)制造企業(yè)由于急于優(yōu)先搶占

43、市場，樣機(jī)試 驗(yàn)不充分使得投放市場的產(chǎn)品不夠完善，不能完全滿足井下復(fù)雜多變的使用條件的 需求等缺點(diǎn)，這些問題都嚴(yán)重阻礙了我國煤礦機(jī)械事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)在液壓支架的設(shè)計(jì)中雖然開始得到廣泛應(yīng)用，但起 步時(shí)間還不長，應(yīng)用還不普遍，還存在一些問題，主要表現(xiàn)在：(1)現(xiàn)在液壓支架三 維建模工具的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)基本上為國外產(chǎn)品所占有，還沒有開發(fā)出完全具有自主 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)液壓支架建模系統(tǒng)。(2)用CAD軟件對支架進(jìn)行三維實(shí)體建模時(shí)，做 了一定程度的簡化，缺少對支架三維精細(xì)建模的研究。(3)在液壓支架靜力學(xué)分析方 面的研究基本上還局限于對局部結(jié)構(gòu)和零件的應(yīng)力分析。局部結(jié)構(gòu)和零件的

44、應(yīng)力分 析主要集中在受力較大的底座、連桿、頂梁等關(guān)鍵部件和柱窩、柱帽等主要零件上。 對整架的應(yīng)力分析尚處于起步階段，而針對頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板和掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板等 輔助構(gòu)件的受力分析研究還很少。(4)還只是仿真支架的運(yùn)動(dòng)過程，只能進(jìn)行動(dòng)態(tài)干 涉檢查，缺少對支架動(dòng)力學(xué)方面的研究。 1．3液壓支架發(fā)展趨勢 液壓支架目前發(fā)展的主要趨勢是：大力發(fā)展二柱掩護(hù)式架型；高工作阻力，高可 靠性：材料不斷更新?lián)Q代，支架強(qiáng)度不斷提高；移架速度提高；改進(jìn)個(gè)別部件的結(jié) 構(gòu)(整體頂梁、寬中心距等)；液壓閥件系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；用微電子技術(shù) 實(shí)現(xiàn)機(jī)電液一體化的數(shù)字采集、工況監(jiān)測、故障診斷和自動(dòng)控制12J。 兩柱掩

45、護(hù)式液壓支架經(jīng)過30多年的發(fā)展，取得了顯著成績。未來幾年，我國兩 柱掩護(hù)式液壓支架的比重將大大增加。一次采全高普通支架將繼續(xù)向著兩柱掩護(hù)式 發(fā)展，并將進(jìn)一步擴(kuò)大適用范圍【231。同四柱支架相比，二柱支架具有支護(hù)強(qiáng)度高、 結(jié)構(gòu)簡單、受力均衡、操作方便、重量輕、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因此二柱掩護(hù)式支架將 是今后的發(fā)展方向【24】。 隨著高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的不斷發(fā)展，對長壁綜采設(shè)備生產(chǎn)能力和可靠性的要求 越來越高，支架向大工作阻力、高可靠性方向發(fā)展。要求支架試驗(yàn)壽命達(dá)到5萬次 以上，井下大修周期5年以上或產(chǎn)煤8MT以上。 7 河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 煤礦開

46、采的需要將促使液壓支架不斷將向技術(shù)含量高、鋼板強(qiáng)度高、移架速度 快(6～8 s／架)和研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電液控制系統(tǒng)方向努力。液壓支架將逐步采 用屈服強(qiáng)度800 MPa-1 000 MPa的鋼板，既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性，又具有良 好的冷焊性能。支架寬度普遍增大，中心距達(dá)到1．75 m，并向2 m以上寬度發(fā)展， 增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時(shí)間、增加有效工作時(shí)間和提高單產(chǎn)。 實(shí)現(xiàn)電液控制既是液壓支架發(fā)展的必然方向，也是實(shí)現(xiàn)全工作面自動(dòng)化的必由之路。 雖然我國目前電液控制工作面并不多，但隨著國產(chǎn)支架電液控制技術(shù)水平的不斷提 高和完善，電流控制系統(tǒng)在我國將不斷發(fā)展壯大。 一

47、、 另外，將普遍采用額定壓力為40 MPa、額定流量為400 L／min的高壓大流量乳 化液泵站，以適應(yīng)實(shí)現(xiàn)工作面成組或成排快速移架的需要。系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供 液，保證支架有足夠的壓力達(dá)到初撐力，保證支架接頂位置準(zhǔn)確。對有破碎帶和斷 層的工作面將加大支架的移架力，盡量采用整體可靠推桿和抬底座機(jī)構(gòu)，并減少千 斤頂?shù)臄?shù)量。缸徑將增至500mm，最大支護(hù)阻力超過16800 kN，最大支護(hù)高度 6．5～7．0m。目前，兩柱掩護(hù)式液壓支架正在向設(shè)計(jì)模塊化、操作自動(dòng)化、監(jiān)測可視化 的方向發(fā)展B31。 、 另外，新型液壓支架還將普遍具有微型電機(jī)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)的電液控制閥，推移 千斤頂裝有位移傳感器。

48、 1．4 本課題提出的目的以及應(yīng)用背景 為了提高液壓支架的掩護(hù)和防矸性能，一般情況下，支架頂梁和掩護(hù)梁設(shè)有側(cè) 護(hù)板。側(cè)護(hù)板通常分為固定側(cè)護(hù)板和活動(dòng)側(cè)護(hù)板兩種，比較常見的形式是一側(cè)為固 定側(cè)護(hù)板，另一側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。側(cè)護(hù)板裝置由側(cè)護(hù)板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo) 向桿和連接銷軸等組成【25】?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板一般都是由彈簧套筒和千斤頂控制。側(cè)護(hù)板 的主要作用有：①消除架間縫隙；②移架向?qū)?；③防止降架傾倒；④調(diào)整支架間距 [26】 o 液壓支架的活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置，作為支架的輔助結(jié)構(gòu)件，在各種液壓支架的設(shè)計(jì) 研究中涉及的比較少。本課題以ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架為研究對象，通過對 該

49、支架頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置、掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置損壞現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)分析，確定了 主要損壞現(xiàn)象；在對支架井下實(shí)際使用情況調(diào)查分析和對實(shí)際零部件同設(shè)計(jì)要求符 合性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，找出該型支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板大范圍損壞的原因；然后在對常見活 動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析對比的基礎(chǔ)上，確實(shí)優(yōu)化目標(biāo)，對ZY3000／10／20掩 護(hù)式液壓支架頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置和掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改進(jìn)設(shè) 計(jì)，制定出活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置的大修方案，提高ZY3000／lO／20掩護(hù)式液壓支架活動(dòng)側(cè) 護(hù)板裝置對井下使用情況的適應(yīng)性。通過本課題的研究，為液壓支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝 8 第1章緒論

50、 置的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化積累了經(jīng)驗(yàn)。 ． 1．5論文主要工作及組織結(jié)構(gòu) 論文分析了國內(nèi)外液壓支架設(shè)計(jì)、制作、使用現(xiàn)狀，指出了液壓支架發(fā)展趨勢。 依據(jù)原始給定條件設(shè)計(jì)出了ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架。對ZY3000／10／20掩護(hù)式液 壓支架在井下使用中發(fā)生的損壞情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，通過支架井下使用情況調(diào)查、 現(xiàn)場實(shí)物檢測與設(shè)計(jì)要求符合性驗(yàn)證結(jié)果、對原設(shè)計(jì)的校核等方式，經(jīng)分析確定了 該型支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置大量損壞的原因。針對損壞原因和實(shí)際需要，明確了 ZY3000／lO／20支架設(shè)計(jì)改進(jìn)的方向，確定了支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置優(yōu)化目標(biāo)。然后利 用Solidwor

51、ks軟件建立了頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板和掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板的實(shí)體模型，結(jié)合活動(dòng) 側(cè)護(hù)板的使用工況及損壞情況，利用Solidworks軟件的COSMOSXpress-l'_具選擇三種 方式分別對活動(dòng)側(cè)護(hù)板進(jìn)行加載分析，根據(jù)加載結(jié)果對活動(dòng)側(cè)護(hù)板進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)優(yōu) 化后的活動(dòng)側(cè)護(hù)板滿足了目標(biāo)要求。另外對原側(cè)推千斤項(xiàng)進(jìn)回液管路布置情況進(jìn)行 了改進(jìn)，縮短了接頭座長度，加長了相應(yīng)膠管的長度，達(dá)到了接頭座不露出頂梁體 的目的，以減少接頭座損壞現(xiàn)象。最后，制定了ZY3000支架大修方案，以指導(dǎo)支架 大修。 本課題要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問題主要有以下幾個(gè)方面： 論文組織結(jié)構(gòu)如下圖1．4所示： 第1章緒論

52、 第2章 第3章 第4章 第5章 液壓支架設(shè)計(jì)要 ZY3000／10120掩 ZY3000／1 0／2 41支 zr3 o o o／l o／20；L 求及Zy3000．，l O J『 護(hù)式液壓交榘損 架活動(dòng)側(cè)護(hù)扳蓑 絮大修方案 20支架設(shè)c爿r 壞現(xiàn)象分析 置結(jié)構(gòu)優(yōu)化 總結(jié)與展望 圖1．4論文組織結(jié)構(gòu)圖 Fig 1-4 Paper organization chart l、ZY3000／1 0／20掩護(hù)式液壓支架頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置、掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置 損壞原因分析。這部分的研究內(nèi)容主要包括損壞情況統(tǒng)計(jì)、使用情況調(diào)查、活動(dòng)側(cè) 護(hù)板裝置實(shí)物同設(shè)計(jì)要

53、求符合性驗(yàn)證。在對以上內(nèi)容充分調(diào)查和準(zhǔn)確校核的基礎(chǔ)上 分析,W,7X3000／10／20掩護(hù)式液壓支架頂粱活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置、掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置 9 河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 大量損壞的原因?！畂一。jt 2、ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置、掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。這部分的研究內(nèi)容包括：幾種活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置結(jié)構(gòu)形式和布置方式 比較、ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則、原頂梁活動(dòng)側(cè) 護(hù)板實(shí)體模型的建立及模型的分析、新頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板模型的建立、分析及優(yōu)化， 掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝置實(shí)體模

54、型的建立、掩護(hù)梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板模型的分析及優(yōu)化，側(cè) 推千斤頂進(jìn)回液管路布置改進(jìn)。 3、ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架大修方案的制定。方案制定的原則是在滿足大 修要求的前提下，盡量減少更換新件，以修復(fù)原件為主。 。： ’ 。。 1．6本章小節(jié)一 o■·j ：二．：二一_‘ ． _ ：j·· 一二一一～介紹了國內(nèi)外液壓支架的發(fā)展歷史、國產(chǎn)液壓支架設(shè)計(jì)制作現(xiàn)狀及存在的問題、 國產(chǎn)液壓支架發(fā)展趨勢、本課題提出的目的以及應(yīng)用背景、論文主要工作、要解決 的關(guān)鍵問題及論文的組織結(jié)構(gòu)。

55、 10 第2章 液壓支架設(shè)計(jì)要求及ZY3000／10／20支架設(shè)計(jì) 第2章 液壓支架設(shè)計(jì)要求及ZY3000／1 O／20支架設(shè)計(jì) 2．1 液壓支架設(shè)計(jì)必需的基本參數(shù) 由于煤礦井下地質(zhì)條件的特殊性，不同工作面對配套使用的液壓支架有著不同 的要求，因此液壓支架的設(shè)計(jì)具有一定的特殊性。要想使設(shè)計(jì)出的液壓支架產(chǎn)品能 夠滿足礦方的要求，很好的適應(yīng)井下工況，在設(shè)計(jì)之前，必須知道以下一些基本參 數(shù)。 l、頂、底板條件 液壓支架的架型和支架阻力等參數(shù)應(yīng)考慮采煤工作面的頂板類級(jí)和底板類別。

56、采煤工作面直接頂類別按其在開采過程中表現(xiàn)的穩(wěn)定程度共劃分為4類，根據(jù)基本 頂壓力顯現(xiàn)強(qiáng)度程度可將基本頂也分為四類【271。直接頂分類和基本頂分類對支架的 選型及參數(shù)選擇應(yīng)符合MT／T554的要求。工作面底板按其允許底板載荷強(qiáng)度由小 到大分為五個(gè)類別【28】，適應(yīng)底板類別的支護(hù)設(shè)備底座參數(shù)選擇及其設(shè)計(jì)要求應(yīng)符合 MT／T553的要求。 2、最大和最小采高 ． 根據(jù)最大和最小采高，來確定支架的最大和最小高度。 3、瓦斯等級(jí) 根據(jù)瓦斯等級(jí)，來驗(yàn)算通風(fēng)斷面是否滿足安全性要求。 4、工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否采用護(hù)幫裝置。 5、煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。 6

57、、罐籠尺寸 根據(jù)罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。 7、配套尺寸 根據(jù)配套尺寸和支護(hù)方式來計(jì)算定量長度。 2．2 ZY3000／1 0／20支架設(shè)計(jì)初始條件 ZY3000／10／20掩護(hù)式液壓支架是我廠按邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶二煤礦的委托為該礦 設(shè)計(jì)的，礦方提供的基本參數(shù)即設(shè)計(jì)初始條件如下： l、頂、底板條件：頂板中等穩(wěn)定以下，巖性和結(jié)構(gòu)特征為隨采隨冒的泥質(zhì)頁 巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、白砂巖等。底板堅(jiān)硬，為f>O．3的泥質(zhì)頁巖、粉砂巖、細(xì)砂 一 巖等。． 2、最大和最小采高：煤層厚度為1．2～2米，平均厚度為1．5米，落煤高度正常 11 河北科技大學(xué)碩士學(xué)

58、位論文 范圍為1．和1．8米。一：．·：、0 3、瓦斯等級(jí)：低瓦斯礦井。 4、工作面煤壁條件：煤壁堅(jiān)硬，不易跨落。 5、煤層傾角：工作面傾角60～70。 6、罐籠尺寸：1．45m。 7、配套尺寸：配套采煤機(jī)為無錫產(chǎn)MGl60／375．W型采煤機(jī)，截割滾筒直徑為 1400mm，滾筒截深600mm。配套用刮板輸送機(jī)為張家口產(chǎn)SGZ630／2×132型鑄焊 刮板輸送機(jī)，刮板機(jī)槽寬‘590mm，高208mm，每節(jié)中部槽長1500mm。 除以上基本參數(shù)，礦方對該支架的設(shè)計(jì)還提出了以下一些具體要求： 1、支架梁端距不大于560mm，可利用伸縮梁調(diào)整梁端距。 2、．支架頂梁采

59、用整體頂梁帶內(nèi)伸縮式伸縮梁結(jié)構(gòu)。 。 3、前部行人通道最小寬度空間不小于550mm。、 4、支架采用單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，活動(dòng)側(cè)護(hù)板布置在左側(cè)。 5、對底板平均比壓≤1．1。 。6、側(cè)推裝置采用千斤頂與彈簧一起的形式。 設(shè)計(jì)完成的液壓支架除滿足MT3 12．2000《液壓支架通用技術(shù)條件》、MT／T556 《液壓支架設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求之外，還需滿足礦方提出的上述各項(xiàng)具體要求。 2．3 ZY3000／1 O／20支架總體設(shè)計(jì) 2．3．1液壓支架設(shè)計(jì)基本要求 液壓支架的設(shè)計(jì)除需符合MT／T556《液壓支架設(shè)計(jì)規(guī)范》、MT312《液壓支架 通用技術(shù)條件》的要求外，不同類型

60、的液壓支架還需符合相關(guān)類型支架技術(shù)條件的 要求。如大采高支架需符合MT550《大采高液壓支架技術(shù)條件》、大傾角液壓支架 需符合MT555《大傾角液壓支架技術(shù)條件》、放頂煤支架需符合MT／T815《放頂煤 液壓支架技術(shù)條件》的要求?？傮w來說，各種類型的液壓支架的設(shè)計(jì)都要滿足主要 參數(shù)、安全性和適應(yīng)性的要求，基本要求如下： 1、高度： 支架最大結(jié)構(gòu)高度Hm戕=Mmax+S l ， 支架最小結(jié)構(gòu)高度Hmin=Mmin-S2 Mm艤、Mmi。分別為煤層最大、最小截高，單位為mm。 Sl為考慮偽頂冒落的最大厚度，S2為考慮周期來壓時(shí)頂板的下沉量、移架時(shí)支 架的下降量和頂梁上、底板下的浮矸之和。最大

61、高度與最小高度的取值應(yīng)符合 MT／T169的規(guī)定。對大采高支架：最大高度應(yīng)等于支架的最大使用高度加 200--,400mm，最小高度應(yīng)等于或小于最小使用高度減500,--900mm。對中厚煤層支 12 第2章 液壓支架設(shè)計(jì)要求及ZY3000／10／20支架設(shè)計(jì) 架：最大高度應(yīng)等于支架的最大使用高度加200～300mm，最小高度應(yīng)等于或小于最 小使用高度減300～400mm。對薄煤層支架：最大高度應(yīng)等于支架的最大使用高度加 100～200mm，最小高度應(yīng)等于或小于最小使用高度減150～250mm[291。 2、支架中心距： 支架中心距一般等于工

62、作面一節(jié)溜槽長度。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分 采用1．5m，大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用1．75m，輕型支架為適應(yīng)中小煤 礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1．25m。隨著大采高支架的發(fā)展，為了提 高支架的穩(wěn)定性；2,05m中心距的支架也開始出現(xiàn)。 3、支護(hù)強(qiáng)度 * 支架對單位面積頂板提供的工作阻力稱為支護(hù)強(qiáng)度【25】。支架的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)滿足 礦區(qū)煤層地質(zhì)條件的要求，在總圖和技術(shù)文件中應(yīng)標(biāo)明支架使用高度范圍內(nèi)支護(hù)強(qiáng) 度的范圍。在計(jì)算支護(hù)強(qiáng)度時(shí)頂板對項(xiàng)梁的摩擦系數(shù)選0．2，摩擦力指向采空區(qū)[29J。 4、初撐力及工作阻力 當(dāng)支架的全部支柱下腔內(nèi)的壓力都達(dá)到泵站額定工作壓力時(shí)，支

63、架對頂板的支 撐力稱為支架的初撐力。支架對頂板的最大支撐力稱為支架的工作阻力。支架要有 足夠的初撐力和工作阻力，以有效控制頂板、保證合理的下沉量。初撐力一般為額 定工作阻力的60％85％。 5、底座對底板比壓 底座對底板比壓是指支架底座對底板接觸面積的載荷強(qiáng)度[251。底座前端對底板 比壓的最大值應(yīng)小于底板允許的比壓值，在總圖和技術(shù)文件中應(yīng)標(biāo)明使用高度范圍 內(nèi)前端比壓范圍。在計(jì)算比壓時(shí)頂板對頂梁的摩擦系數(shù)選O．2，摩擦力指向采空區(qū)； 底座的計(jì)算面積為底座與底板的接觸面積。 6、梁端距 支架的梁端距應(yīng)合理【4們，在總圖和技術(shù)文件中應(yīng)標(biāo)明使用高度范圍內(nèi)梁端距的 范圍。大采高支架梁端距應(yīng)

64、取350～480mm，中厚煤層支架梁端距應(yīng)取280～400mm， 薄煤層支架梁端距應(yīng)取200～350mm。 7、頂梁 整體頂梁：支架最大高度時(shí)頂梁應(yīng)能下俯100~150，最小使用高度時(shí)應(yīng)能上仰 50~lOo；前端上翹30,--,50mm，使頂梁接頂性能良好【25I(291。 鉸接前梁：應(yīng)能上擺150，下擺200；梁端支撐力應(yīng)不小于100KN；運(yùn)輸高度時(shí) 按需要可向下轉(zhuǎn)動(dòng)900t25]1291。 8、伸縮梁 整體頂梁內(nèi)伸縮梁未伸出時(shí)其梁端高度應(yīng)與項(xiàng)梁上板面一致，伸出過程中逐漸 上抬，全伸出后應(yīng)高于頂梁30～50mm(291。 13 河北科技大學(xué)碩士學(xué)

65、位論文 9、護(hù)幫裝置’．一一．o ， 采高大于2．5m時(shí)一般宣設(shè)護(hù)幫裝置，當(dāng)采高超過3m或片幫嚴(yán)重時(shí)，必須設(shè)有 護(hù)幫板，防止片幫傷人【461。翻轉(zhuǎn)護(hù)幫板應(yīng)能翻轉(zhuǎn)到高于頂梁平面并成不小于30的位 置【29】。 一 10、推移裝置 支架推力應(yīng)不大于輸送機(jī)可承受的設(shè)計(jì)推力，移架時(shí)間應(yīng)滿足配套采煤機(jī)割煤 速度的要求。 ’ 1 l、防倒防滑裝置。．：_． 煤層傾角大于150時(shí)需設(shè)防倒裝置，平拉防倒裝置在移架時(shí)應(yīng)允許被移架下降 150～200mm，斜拉防倒裝置被防倒架與支撐架相隔不少于1～2架，斜拉千斤項(xiàng)的缸 徑應(yīng)等于或大于100mmi‘’錨鏈的安全系數(shù)應(yīng)大于5。煤層傾角

66、大于l 50時(shí)工作面支 架宣設(shè)防滑裝置，底推式防滑裝置的液壓控制系統(tǒng)必需保證不使用時(shí)底推千斤頂處 于收縮狀態(tài)(29】。 12、液壓系統(tǒng) 支架上的液壓元件應(yīng)設(shè)在頂梁和掩護(hù)梁的防護(hù)區(qū)內(nèi)，選用的液壓元件要符合相 關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并穩(wěn)定可靠。 13、通風(fēng)斷面 液壓支架應(yīng)保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，滿足工作面通風(fēng)量的要求。 14、人行通道 支架要有足夠?qū)挼娜诵型ǖ?，人行道?nèi)不得有妨礙人員通行和可能傷害人員的 凸出物。 、 2．3．2液壓支架設(shè)計(jì)過程 液壓支架的設(shè)計(jì)流程如下圖2．1如示： 圖2-1液壓支架設(shè)計(jì)流程圖 ． Fig 2-1 Hydraulic support design flow chart 一、總體設(shè)計(jì)部分主要包括以下內(nèi)容： 1、選型：正確選擇液壓支架的架型，對于綜采工作面的產(chǎn)量和其它各項(xiàng)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)的提高，充分發(fā)揮綜采設(shè)計(jì)的效能，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，是一個(gè)很重要的因素。支 架選型要綜合考慮煤層的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度和傾