基于proe液压支架的掩护梁及四杆机构的设计说明书

河南理工大学学士学位论文一·绪论1.1 研究背景及意义综合机械化采煤是煤矿技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。因此，世界上主要产煤国家综合机械化采煤技术和装备发展很快，建设安全高效矿井已是目前的世界煤炭发展的方向。采煤方法及工艺是煤矿生产及采矿学科发展的主题和中心，同时也是安全高产高效矿井的核心。运用现代高新技术改造传统生产技术，提高工作面单产，实现矿井的高度集中化生产，将带动煤矿各个环节的变革，实现煤矿的高安全、高产、高效和高可靠性。我国从1992年开展高产高效矿井以来，高产高效矿井逐年增加，工作面装备日益更新。随着我国煤矿机械制造技术和测试手段的提高，同时对国外先进设备的引进、消化、吸收，国产电牵引大功率采煤机、大运量重型刮板输送机、软起动带式输送机及液压支架等成套设备相继研制成功。这标志着我国综采成套设备技术水平已经能满足我国建设安全高产高效矿井发展的需要。安全高产高效现代化的采煤工作面的落煤、装煤、运煤、支护等生产过程是一个系统工程，整个系统的先进和可靠，不仅取决于单机设备的先进性和可靠性，设备的合理选型和配套也是至关重要的。“设备、选型、配套”三者缺一不可，相辅相成，否则，不能实现综采工作面安全高产高效现代化的成果。因此，研制适用于安全高产高效现代化矿井的综采设备，并按照国家建设安全高产高效现代化矿井的条件和要求，合理进行设备配套选型是实现安全高产高效现代化矿井的关键。随着综合机械化采煤的发展，我国已经取得了丰富的经验和教训。要实现安全高产高效，矿井必须配备成套设备，特别是工作面的“三机”采煤机、刮板输送机和液压支架必须合理配套。然而在工作面“三机”配套与选型中，液压支架是核心。实践证明，回采工作面适用液压支架后控顶能力大大加强，但若选型不当，管理措施不完善，则顶板控制问题仍会影响工作面产量和企业效益。然而综采工作面的顶板控制问题突出的表现在支架于围岩的适应性上，当适应性好时，顶板事故率低，工作面安全、高产、高效。并且液压支架的架型与技术参数是其主要表现方面。近年来，随着数学和力学的发展，对采场围岩控制研究也取得了新发展，在综放采场直接顶跨落高度、基本顶结构形式及稳定性研究的基础上，研究了综放采场矿山压力显现规律及其控制特点，顶煤变形规律、顶煤冒放性、架型选择及其支架参数确定等；在大采高综采支架及围岩控制方面，高架倾倒的力学模型，高架倾倒、高架顶梁仰俯的控制及支架围岩系统控制的智能软件，工作面快速推进下矿压规律及显现特征等研究，均有力的促进了生产的发展。研究发现，综采设备的每一种设备都有严格限定的适用条件。比如：煤层厚度、倾角、局部构造情况（包括断层、煤层厚度变化和含矸情况）、顶底板岩性等，对采煤机和液压支架选型都有决定性的影响，选型不当会导致设备不配套，生产效率低，经济效益差。正确的选型配套是安全、高产、高效、经济的前提和保证。因此综采工作面“三机”配套的合适与否直接影响整个矿井的生产和效益的好坏。实践证明，工作面顶板事故中，80%左右的都是由于架型的选择不当和支架工作阻力的不足所引起的，所以液压支架的选择合适与否直接影响整个“三机”配套的选型的合适与否。通过研究“三机”配套选型的研究，可以很好的减少顶板事故的发生率，提高三机的使用寿命和效率，同时也可以更好为矿井生产提供更合理的支持，为矿井产生更好的经济效益。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。 1.2 国内外研究状况1.2.1 国外概况80年代以来，世界上主要采煤国家高产高效综采技术迅速发展，特别是在美国，大利亚，德国，英国和南非发展最快。综采工作面高产高效纪录不断刷新，综采装新技术层出不穷，尤其以德国和英国最为突出。现代科学技术的发展使得井下开采机械化和自动化水平不断提高，采用大功率、高可靠性、重型设备己经成为世界采方式的发展趋势，其中尤以美国、德国的高度集中化综采高产高效工作面为代表。着采掘技术的不断进步，大大提高了综采高产高效工作面的适应性。采煤机近年来，采煤机的截割速度一直在增加。目前采煤机的截割速度一般在每0.2米0.25米 。一些新研究开发出来的采煤机的截割速度达到了每秒0.4米0.6。采用计算机人工智能控制的采煤机以及具备超前防护功能液压支架的应用，使长工作面的生产能力和效率持续得到改善。 内置式多功能徽处理机和控制系统的使用，是近几年在采煤机控制技术方面取得重大进步。微处理机的应用功能的增加使采煤机生产能力和性能大为改进。另外，工智能装置的采用，使采煤机增加了动态控制与故障处理能力。安装在采煤机上的算机人工智能系统，可根据煤层地质条件的实际变化情况，自动地改变采煤机的运状态参数。采煤机截割速度、截割滚筒和挡煤板的位置等可通过程序来进行控制。 而今，在采煤机的控制技术方面，普遍要求实现红外线监控，并具有图像/数字输系统。目前市场的发展趋势正在朝着图像/数字传输系统方向发展，以实现在地自动控制工作面采煤机作业。工作面液压支架 一些高产高效工作面液压支架设计使用寿命要大于5万个循。在设计和制造支架时，应用有限元分析法、动态与静态加载测试等研究分析手段验证其可靠性和稳定性。支架形式普遍采用二柱式，立柱的直径也增加到400毫米以上，大型支架立柱的直径在掩护支点至立柱柱窝间的中心距达到1.75米时，必须具有足够的支护强度。为满足采煤机截割深度大于1000毫米的要求，不仅需要增加支架顶梁的长度，也要求增加支架的支护强度，于是就有必要增加支架立柱的直径，以满足增加支撑力的要求。工作面输送机 长壁工作面输送机不仅是运输煤炭的设备，也是采煤机运行的轨道。随着长壁采煤工作面长度的增加和煤炭产量的不断增长，工作面输送机的直径也不断增大。现阶段，高产长壁工作面输送机溜槽宽度通常为1342毫米，采用直径为423毫米双边链，总装机功率2220千瓦。这种输送机用于长度为300米的工作面，小时运输量可达到5000吨。为保证高产长壁工作面输送机达到这一运输能力，就必须满足输送机全载启动运行时有较高的启动电压和启动功率。高产高效矿井的重要标志反映为工作面产鱼、全员工效。由于地质条件和采煤方法不同，各主要采煤国家如美国、澳大利亚、德国、英国等国工作面产里不尽相同。然而，各国日产超过万t的工作面数里逐年增多，而且产盆纪录不断刷新。美国长壁综采工作面的产里一直处于世界领先地位。1994年，在美国现有的长壁综采工作面中，有15%的工作面平均班产超过6000吨，相当于年产400多万t水平，月产最高达到万to澳大利亚近十多年来综采技术发展很快，长壁工作面数I成倍增长，相当部分工作面产童达到了300400万t。英国和德国是世界上综采技术装备最先进的国家，由于受其煤层赋存条件的限制，其高产高效工作面纪录不如美国和澳大利亚，但日产万t以上的工作面也相当多，19%年德国friedrich heinrich4矿1.5m薄煤层工作面也曾实现日产1.6万t。近几年来，随着煤矿开采技术和设备的发展，各主要产煤发达国家工作面产鱼纪录不断刷新，煤矿生产高产高效的优势得到充分体现。有资料表明，美国、德国、澳大利亚等发达国家采用长壁综合机械化开采工艺，大功率、重型化采矿设备，工作面单产水平获得大幅度提高，平均月产已达到50万t。美国塞普路斯·二十英里矿1998年全矿井(一个综采面煤层厚度2.9-3m,埋藏深度335m，工作面尺寸259 X 5488m.)生产煤炭990万t.,月产商品煤 102万t，日产达到了43115t的水平。主要设备:EL3000型强力电牵引采煤机:截割电机2 X 600Kw，变频牵引电机2 X l00kw，总功率1426Kw;PF4型交叉侧卸重型刮板输送机:运输能力45oat/h,装机功率3 X 750kw，封底溜槽1750 X 1200 X 355mm, 42/46 X 146mm紧凑型圆环链，RB/CST软启动装置，中部槽过煤量预计15Mt;液压支架:DBT公司二柱掩护式支架，PM4红外线引动电液控制系统。工作面设备总功率达6400kw,设计生产能力达2500-3000t/ha 1998年，在德国费力特里西。海因里希矿区的杰兰德煤矿，工作面面长430m,煤层厚度2. 8m，用SL300艾柯夫采煤机、两柱掩护式支架，日产商品煤达20262t.1.2.2 国内概况 我国从1993年至今，己累计建成高产高效矿井超过120处2000年底统计)，原煤产量从16806万t提高到24246万t，在矿员1由318875人减到149246人，采面由平均 329.85个减少到230.46个，原煤全员工效从2. 509t/工提高到7. 736t/工，经济效益增长显著。目前，国内中厚煤层一次采全高工作面采用国产设备已实现年产300万t以上;充州矿区高产高效综采放顶煤工作面成套设备及工艺的研制成功，使我国放顶煤开采技术的发展跨上了一个新台阶，充州矿区放顶煤工作面年产已达600多万to一次采全高工作面要实现年产300万t以上目标，国内仍以进口设备为主。神华集团榆家梁矿2002年引进德国艾柯夫公司生产的SL500型采煤机，当年5月投入使用不久，平均日产就达到2.5苏t, 7月最高日产达3.6万t,最高月产近40万t。山西晋城无烟煤矿业集团寺河矿2002年引进SL500型采煤机，当年8月投入使用，最高日产达2.6万t。1.2.3 技术特点及最新发展1)技术特点高产高效矿井的核心就是工作面设备可靠性高、备用安全系数大，生产能力大。生产特征表现为生产高度集中化，形成一个矿井、一个采区、一个 (两个)采面的生产模式。矿井生产系统极大简化，矿井的开拓、掘进、运输、通风、排水、供电变得更加简单，提高了生产的安全性，减少了大量巷道的掘进和维护，大幅度降低了生产成本。同时，矿井生产管理也更加科学化合理化。 矿井辅助配套装备技术得到发展和提高，如工作面顺槽巷道实现快速掘进和支护;矿井原煤运输实现长距离皮带化;材料、设备、人员运输通过柴油机胶轮车、齿轨或卡轨车可从地面或井底直接到达工作面现场;工作面设备实现快谏搬迁。2)最断发展 为了适应生产能力和快速推进及减少搬家倒面的需要，工作面尺寸不断加大，工作面最大长度达400m以上，走向最大长度达4500m. 套设备趋于大功率、高可靠性的方向发展，并广泛应用新技术。主要表现有以下几个方面:a)采煤机的模块化设计技术使机器的维护和监测更加简便，可靠性更高。交流变频调速或直流调速电牵引，牵引速度不断提高，最大牵引速度已达到35m/min;大功率、高电压、大截深。采煤机总装机功率可达1500V2004kw。现行1100v工作电压已不适应大功率采煤机的要求，美国目前常用电压为2300v，部分工作面开始使用4160v电压;英国、澳大利亚使用3300v电压;法国使用5000、电压:波兰使用6000v电压。采煤机截深达到1-1.2m;多电机驱动，横向布置，积木式结构，各单元之间没有机械动力传动，简单可靠;采用光电和传感技术，可实现自动识别，滚筒自动导向，其实质是煤岩界面探测技术，它能自动识别煤岩界面，并据此自动调节滚筒截割高度;煤尘控制和故障诊断系统。b)工作面刮板输送机最大工作长度可达到430m，最大槽宽达1200rnm,最大输送能力达5000tlb，最大功率超过2000kw.结构上采用交叉侧卸式机头、整体铸造或组合焊接封底溜槽，减少了螺栓联接，提高了可靠性，使用