大工阻支撑掩护式液压支架设计.pdf

第 3 1卷第 O 8期 2 0 1 0年O 8月 煤 矿 机 械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 1 ． 3 1 NO ．O 8 Au g ．2 01 0 设计 计算 c 大工阻支撑掩护式液压支架设计 张 小 燕 中国矿业大学 ． 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 摘要 阐述设计大工阻支撑掩护式液压支架的必要性 ． 结合现有技术． 设计 出了工作阻力为 1 0 0 o 0 k N． 采高为 2 6 0 0 4 8 0 0 mm的大工阻支撑掩护式液压支架。 关键 词 深部 开 采 ；大 工 阻；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1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 80 0 2 70 2 De s i g n o f Bi g S u p p o r t Ca p a c i t y Ch o c k - s h i e l d Hy d r a u l i c S u p p o r t ZHANG Xi a o - y a n C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ， C h i n a Ab s t r a c t De s c r i b e s t h e n e e e s s i t y f o r d e s i g n o f t h e b i g s u p p o r t c a p a c i t y c h o c k- s h i e l d h y d r a u l i c s u p p o r t ． rnl e b i g s u p p o rt c a p a c i t y c h o c k - s h i e l d h y d r a u l i c s u p p o rt． Wi t h 1 0 0 0 0 k N s u p p o rt c a p a c i t y a n d 2 6 0 0 - 4 8 0 0 mm mi n i n g h e i g h t i s d e s i g n e d b y t h e p r e s e n t t e c h n o l o g y ． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g ； b i g s u p p o rt c a p a c i t y ； c h o c k s h i e l d h y d r a u l i c s u p p o rt 1 支 架选型 在采煤工作面的煤炭生产过程 中． 有些煤埋藏 得 比较深 ． 需要进行深部开采 ， 对 于这些需要深部 开采 ． 其顶板压力均较大的工作面 ． 普通 的液压支 架是无法有效地支撑顶板 的． 因此有必要设计出一 种适合此种情况的支架 ． 即为大工阻液压支架。首 先进行支架选型 ．在 国内外已取得经验 的基础上 ． 针对煤层厚度 、 顶底板岩性及运动规律 ． 可 以初步 从表 1中可以得到以下结论 交一 交和交一 直一 交变频调速系统都是先进 的 、性 能 良好 的调速方 式 。 都能满足技术性能上的要求。但在技术性能上 ． 2个方案有一定的差别 1 交一 交变频技术 。 过载能 力大 、 效率高、 简单可靠。而交一 交变频频率低 、 速度 低、 功率因数低 。 需无功补偿等是主要缺点。交一 直一 交变频频率高、 速度高 、 功率因数高 ， 不需无功补偿 过载 ； 2 交一 交变频器方案对主 电机制造要求 比较 苛刻 ； 3 对 电网造成的影响 交一 交变频方案要安 装 S V C补偿装置， 并且必须是先 生有害的无功冲 击之后 ， S V C装置才能投人工作 ．对无功 冲击进行 补偿 。 死区时间为 2 0 ms 。 交一 直一 交变频方案由于采 用有功前端结构 ， 无论 是对电网的无 功冲击 、 功率 因数 ， 还是产生的谐 波电流值 ． 在不采用任何治理 措施 的情况下 ，均满足 国标要求。特别是取消 了 S V C，不但彻底改变了人们一提到热带轧机就联想 到对电网的无功冲击和谐波污染的观念 ． 还可 以对 电网进行 无功 补偿 4结 语 通过交一 交变频器和交一 直一 交变频器在原理和 性能的比较可以看出。 交一 直一 交变频器在很多方面 优于交一 交变频器 。但依托了中国多年积累的晶闸 选型。一般液压支架的选型原则如表 1 。 表 1 选型原 则 顶板分类 顶板性质 初垮步距 L i ra 可参考使用的架型 不稳定 破碎顶板极易冒落 ≤1 0 1 2 中等稳定 完整顶板随采随落 1 2 2 0 稳 定 耋 臻 砉 兰 墨 盒 蠢 2 0 儡 整 顶 板 有 一 定 悬 顶 距 坚 硬 顶 鬈 妻 銮 羞 襄 冒 3o 或 需 强 迫 放 顶 落 或 需 强 迫 放 顶 ’⋯v ， ～●一 ～ 二柱支撑掩护式 二柱或四柱支撑掩护式 四柱支撑掩护式 强力四柱支撑短掩护 式或支撑式 管技术基础 ， 国内交一 交变频调速技术上十分成熟 ． 已成 功地解决 了主传 动调速 系统 很多关 键技术 ． 如 交一 交变频 同步 电机设计与制造 交一 交变频对 电网的动态无功 、 谐波计算与谐波治理等。但应当 指出的是交一 交系统产生大量谐波对电网造成一定 程度的污染．为此在电网质量要求较高的线路上要 额外增加滤波及无功补偿装置．这项缺陷 目前还不 能完全克服 。因此 ， 交一 直一 交变频器将是今后众多 变频调速系统的发展方向 参考文献 [ 1 ] 张宗桐． 变频器应用与配套技术[ M] ． 北京 中国电力出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 冯垛生 ， 张淼． 变频器 的应 用与维护 [ M] ． 广州 华南理工大学 出 版社 ． 2 0 0 1 ． [ 3] 王仁祥 ， 王小曼． 通用变频器选型 、 应用与维护 [ M] ． 北京 人 民邮 电出版社 ． 2 0 0 5 ． [ 4 】 韩安荣． 通用变频器及其应 用[ M] ． 北京 机械工业出版社 。 2 0 0 0 ． [ 5 ] 辛伊波． N P C电压型变频器的控制分析与研究[ J ] ． 电工技术 ， 2 0 0 3 9 3 3 3 7 ． [ 6 ] 陈伯时． 交流调速系统[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 作者简介 于治福 1 9 5 4 一 ， 山东 日照人 ， 东北大学硕 士研究生 毕业 ， 河北工程 大学机 电学院教授 ． 主持研究 多项原煤 炭部和河北 省科技厅 科学研究计 划项 目， 发 表论文 3 0余 篇 。 电子信 箱 y u y o n g - b 0 O 6 O 6 1 6 3 ．． C O m ～ 2 7一 责任编辑 于 淑清收稿 13期 2 0 1 0 - - 0 4 - 0 7 V o 1 ． 3 1 N o ． 0 8 大工阻支撑掩护式液压支架设计张小燕 第 3 1 卷第 0 8 期 由表 l 可知 ．四柱支撑掩护式支架的适用范围 较广 ， 故本次设计大工阻四柱支撑掩护式液压支架。 2大工 阻 液压支 架 参数的 确定 2 ． 1 支顶 支撑掩 护 式液压 支架的特 点 1 支顶支撑掩护式支架前排立柱支撑顶梁 ． 后排立柱支撑掩护梁 2 支架结构单一 ， 前排立柱向前倾斜 ， 后排立 柱 向后倾斜且工作阻力多小 于前排 ． 工作 中有时承 受拉力 ， 故 活柱腔使用液压 闭锁控制 柱头与柱底 用直接销轴联接于掩护梁与底座之 间 3 结构较紧凑 、 整体刚性好 ， 支撑合力更靠近 顶梁后部 ； 底座前端 比压小 ， 便于移架 ， 更适用于较 软的底板 由于矿底板较软 ．故选用支撑掩护式液压支 架 。 2 ． 2主要参 数 的确 定 1 支护强度 q KMpx1 0 1 ． 2 MPa 式 中 一作用于支 架上 的顶板岩石厚度系数 ． 取 K 1 0； 胁一截割高度 。 取最大截割高度 M 4 ． 8 m； p 岩石密度 ， 一般取 p 2 ． 5 1 0 3 k g ／ m 2 ／ - 作 阻力 Rq r F 1 0 。 9 3 4 5 kN 式 中 支架 的 支护 面积 ． C D 7 ． 7 8 7 5 i n ￡ 支架 顶梁 长度 ． L 4 ． 0 5 i n 梁端距 ， C 0 ． 4 5 m 曰 支架顶梁宽度 ， B - 1 ． 6 5 m 架 间距 ． D 0 ． 1 m。 3 支架高度 支架高度一般根据采高来确定 最大高度原则 上为最大采高加上 1 0 0 ～ 2 0 0 m m． 最小高度为最小采 高减去 1 5 0 2 5 0 mm 因而有 日一 T r日 【 1 0 0 - 2 0 0 5 0 0 0 m m d n - _ 1 5 0 - 2 5 0 2 4 0 0 m m 根据此计算． 将支架高度设计为 2 4 O 0 5 0 0 0 m m。 由于支架高度影响通风断面 ． 为此必须校核工作 面 风速是否满足要求 3工作面风速验算 采煤工作 面的过风量 与采 煤工作面 的通风断 面积相关 ． 采煤工作面的通风断面积不应过小 。但 在工作面 中安装液压支架后 。通风断面积明显减 小。因此必须验算通风断面积。一般按工作面允许 风速进行验算 。根据保安规程规定 ． 工作 面风速应 小 于 5 m ／ s 采煤工作面风速 z， 击 4 ． 3 3 m ／s 式 中A 支架在采煤 工作 面的有效通风 断面 积 。 A 1 2 i n Q - 3 1 2 0m ／ m i n L q K 通 风 不均 系数 ． 一般 取 1 ． 5 C ． 一 保安规程允许的沼气含量 ．一般取 Cq 1 ％ ； p 厂一 沼气 涌 出量 所需 要 的风量 ， 0_ 8 m3 ／ mi n 13产量 ， 3 0 0 0 t 口 产 生 1 t ／ rai n煤 沼气 涌 出量 ，一 般取 q 1 0 m3 ／ mi n。 v 5 m／ s ． 这样支架在工作面的通风断面积满足 要求。 4支架其他参数 1 本支架采用刚性整体顶梁 ， 为箱式结构 ， 一 般 由钢板 焊 接 而成 为加 强 结构 的刚 度 ． 在 上下 盖 板之间焊有加强肋板 。 构成封 闭式棋盘形 。顶梁前 端呈滑撬式或 圆弧形 。 以减小移架阻力 在顶梁下 面焊有铸钢柱窝 ． 柱 窝两侧有孑 L ． 用钢丝绳或销轴 把立柱和顶梁联接起来 2 为了适应巷道宽度 ， 顶梁宽度取 1 5 0 0 m m， 为了提高顶梁柱窝最危险截面的抗弯强度 ． 设计 中 尽可 能减小 了顶梁柱 窝 的横 向开 口尺 寸 3 推移结构。推移结构设有推移框架 ， 采用千 斤顶推移。推移步距为 6 0 0 mm， 推移千斤顶的行程 为 7 5 0 m m。 4 底座 。本设计选用 了整体式刚性底座 ， 并在 底座之间下部加焊了 2块钢板 ． 以增强底座的适应 性 。 5 液控单向阀采用 K D F 1型 ， 其性能 良好 ， 寿 命较长 。 最大工作压力为 4 2 MP a 。 6 安全 阀采用 Y F 1型 ， 其平面橡胶密封式安 全阀的动作灵敏 、 工作稳定 、 寿命较长 ， 最大工作压 力 为 4 2 MP a 。 7 操纵 阀采取往复式锥形 阀 ； 仅密封元 件为 锥形 ， 由多片构成组合式结构 。操作省力 ， 适用于工 作压力较高的系统 8 采用双伸缩立柱。 其一级缸／ 柱径 2 8 5 ／ 2 3 0 m m； 二 级缸／ 柱径 2 3 0 ／ 2 1 0 m m。 5结语 本文针对深部采煤 的特点 ． 对大工阻液压支架 进行 了选型结构设计 ．确定了支架的支护强度 、 工 作阻力和支护强度等主要参数 ． 验算了工作面的风 速 ． 同时 ． 还确定了支架的其他参数。本支架也为煤 矿的安全高效生产提供 了条件 参考文献 [ 1 ] 陈汉章， [-- 1 永明． 液压支架 架型 、 参数及其元件的设计与选择 [ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 9 ， 3 0 5 2 4 2 6 ． [ 2 ] ] _ 缉 ． 选压支 ￡ 粤 皇 矿堕出 l 鳗曼 ～一 作者简 介张小燕 1 9 8 6 一 ， 女 ， 山西运城人， 现 为中国矿业大学 机电工程学院硕士研究生 ． 电子信箱 3 7 6 3 0 4 9 0 0 1 6 3 ． c o rn． 采煤工作面所需风量， ～ 一 ～ 海 稿日 期 2 0 1 0 0 ； _ 0 9 ～ 2 8