1、青 島 科 技 大 學本科畢業設計（論文）開題報告題 目 大傾角綜放液壓支架技術研究學 院 名 稱 機電學院 專業班級 機械設計及其自動化2009-3班 學生姓名 孟德山 學 號 2009142390 指 導 教 師 李新凱 填表時間： 年 月 日填表說明1.開題報告作為畢業設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。2.此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業設計（論文）工作前期完成，經指導教師簽署意見、相關系主任審查后生效。3.學生應按照學校統一設計的電子文檔標準格式，用A4紙打印。4.參考文獻不少于8篇，其中應有適當的外文資料（一般不少于2篇）。5.開題報告作為畢業設計（論文）

2、資料，與畢業設計（論文）一同存檔。設計（論文）題目大傾角綜放液壓支架技術研究設計（論文）類型（劃“”）工程設計應用研究開發研究基礎研究其它一、 本課題的研究目的和意義通過本次畢業設計，培養學生綜合運用液壓傳動、機械設計、理論力學、材料力學等課程中所學理論知識的能力；強調設計的獨創性和實用性，培養和提高設計者獨立分析問題和解決實際問題的能力，為今后適應工作崗位和創造性地開展工作打下堅實基礎。 由于不同采煤工作面的頂底板條件，煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機械性質等的不同，對液壓支架的要求也不同，為了有效的支護和控制頂板，必須設計出不同類型和不同結構尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設計工作是很重要

3、的。由于液壓支架的類型很多，因此其設計工作量是很大的，由此可見，研制和開發新型液壓支架是必不可少的一個環節。 在過去的半個多世紀中，煤礦井下開采支護設備的設計和使用發生了巨大變化。其中，最引人矚目的是世界范圍內廣泛采用液壓支架作為長臂開采支護工程的主要設備。從采煤設備的發展過程來看，采用液壓支架管理頂板是當代采煤技術史上一次重要的變革，也是煤礦現代化的主要標志。液壓支架作為綜合機械化采煤的關鍵設備之一，其重量約占綜合采煤設備總重量的80%90%，其費用約占綜合采煤設備總費用的 60%70%。因此，為了降低成本提高采煤的經濟效益，世界各主要產煤大國都一直在積極地開展液壓支架的研究。二、 本課題的

4、主要研究內容（提綱）（1）進行了液壓支架的整體結構設計，主要包括支架主要尺寸的確定，頂梁、掩護梁結構設計及參數確定，底座、立柱及液壓千斤頂的選擇。其中重點進行了支架四連桿機構的設計及計算，由此得到支架各部分的設計參數。（2）對支架重要部件進行了受力分析，主要包括頂梁、掩護梁及底座的受力分析，由于這些構件在工況下的受力較為復雜，在對其受力分析時采用分離式的分析方法，這樣就簡化了分析過程，式分析過程更為清晰。（3）對液壓支架承載較大的構件進行強度校核，包括頂梁強度校核，底座強度校核及前后連桿強度校核。在對其進行校核的過程中，通過Pro/E進行三維建模，然后得到其應力應變圖，使分析結果一目了然。（4

5、）設計了整個支架的液壓系統，以保證液壓支架的正常工作。主要進行了各類閥體的選擇使用，以及立柱千斤頂的布局及選型。三、 文獻綜述（國內外研究情況及其發展）國內液壓支架技術現狀 我國在1964 年由太原分院和鄭州煤機廠設計70 型邁步式自移支架，從此開始了液壓支架的國產化道路。1984 年，北京開采所、沈陽所、鄭州煤機廠在沈陽蒲河礦進行我國第一套放頂煤液壓支架的工業性試驗，繼而研制了多種低位、中位和高位放頂煤支架，成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水平分層工作面使用。1990 年后，國產液壓支架得到了全面的發展，到1998 年止，全國己建成 88 處高產高效礦井，其中 14 處礦單個工作面的單產達

6、 15.72 萬噸/月，原煤生產人員效率達 9.16 噸/工，綜采機械化水平達 49.32%，達到了世界先進水平。 30 多年來在液壓支架技術不斷發展中，形成了以煤科總院專業研究所和骨干支架制造廠設計所為主的支架研究設計隊伍，采用計算機CAD 進行各種類型支架的設計，用有限元計算軟件等進行計算，并普及計算機繪圖。我國制訂的緩傾斜工 作面頂板分類及其它研究成果為支架設計、選型和使用提供了有力的指導依據。制造方面形成以原部屬專業制造廠為主、機械工業部及船舶制造總公司等專業廠為輔的制造體系，以及以國家煤礦支護設備質量檢測中心為骨干的檢測隊伍。制定有關支架檢測標準n 項，建立了各項支架檢測手段，造就了

7、一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊伍;形成了研制液壓支架的雄厚基礎。不僅能滿足國內的需要，還向美國、俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架或成套綜采設備。國外液壓支架研究現狀 80 年代以來，世界主要采煤國家一直圍繞減面提產、減人提效、降低成本、實現礦井集中生產做努力，人們積極開發和應用新技術，致力于高性能、高可靠性的新一代液壓支架的研制。新型液壓支架普遍具有微型電機或電磁鐵驅動的電液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機裝有紅外線傳感裝置，立柱缸徑超過 400mm。為減少割煤時間，一般采用 0.81m 的截深。支架還采用屈服強度 8001000MPa 的鋼板，既有較高的強度、硬度和韌性，

8、又具有良好的冷焊性能。隨著長壁工作面長度的不斷增加，為適應快速移架的需要，國外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為 4050 M Pa，額定流量 400500L/min，并實現工作面支架的單架程控或分組程控操作，其移架速度可達到68s/架。澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產，使用兩柱掩護式支架，支架的平均工作阻力為7640kN。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護式支架，在1995 年8 月8 日創下澳大利亞有史以來日產3.41 萬噸的最高記錄，班產一直保持在50006000 噸。國產液壓支架與國外差距：目前國產液壓支架與世界上先進國家的差距主要表現在支架的整體可靠性、材料結構、控制

9、系統和液壓元件等幾個方面。 (1) 可靠性的差距 我國目前的大部分支架的可靠性與國外差距比較大。例如神華進口的支架，工作面的開機率達到90%以上，年產達到10MT，支架大修周期為產煤15MT以上。而我國目前綜采工作面開機率平均為50%左右。支架大修周期平均產煤量在4 5MT左右。但最近我國自主開發的ZFS6800/18/35放頂煤支架年產煤量已達到 8MT。 (2) 控制系統方面 目前世界上一些發達國家支架的控制系統已廣泛采用電液控制系統，例如美國、澳大利亞、德國已普遍采用。電液控制系統技術在這些國家中已經非常成熟，支架的移架速度非常快，可達8s/架，可以跟上采煤機13m/min的速度。我國目

10、前液壓支架采用電液控制系統的數量很少，絕大部分為手動。目前我國共有17套支架采用電液控制系統，絕大部分為進口設備，其中神華神東公司9套，晉城、鐵法各2套全部為引進設備，開灤2套為國內天瑪公司生產的。在控制系統方面我國與國外的差距較大。我國目前絕大部分液壓支架仍采用手動控制，移架速度一般為1520s/架，可以跟上采煤機67m/s的速度。手動控制與電液控制相比，工人勞動強度大，自動化程度低，速度慢、支護效果差。 (3) 液壓元件方面 我國液壓元件的研發速度遠遠滯后于液壓支架發展的需要。液壓支架的可靠性主要依賴于液壓元件的可靠性，液壓支架在煤礦生產中應用是否成功，關鍵在干液壓元件的技術性能是否達到要

11、求。國外目前多采用大流量安全閥、液控單向閥、截止閥、初撐力保持閥及立柱快速回液閥，對液壓元件的結構形式、幾何尺寸、材料選擇、熱處理方法和表面處理等各方面進行了深入的研究與開發，研制出一批密封性能好、靈敏度高、進排液能力大、抗沖擊載荷強的各類液壓元件，以適應液壓支架工作性能的要求。而我國對此類液壓元件研發較為滯后，目前仍沿用上個世紀80年代的產品，沒有形成液壓元件通用化、系列化、標準化。 國產與進口控制閥的差距也是很明顯的，主要表現在操縱閥和安全閥。目前我國支架上用的操縱閥的流量為200400L/min，與國外相差不大，但壽命和可靠性方面相差較大。德國的操縱閥壽命可達5萬次，而我國的只有5000

12、次。安全閥與國外無論是流量還是壽命差距都很大。國外安全閥流量可達1000L/min，壽命是我國的45倍。此外，目前我國支架上的立柱千斤頂的密封圈大部分仍為橡膠件，聚胺酯密封件使用量較少，而國外的密封圈已全部采用聚胺酯材料，橡膠件與聚胺酷相比壽命相差45倍。液壓閥國外一直使用銅合金閥殼和高強度不銹鋼閥芯，我國則是45鋼加表面熱處理。在加工工藝上：國外油缸內壁是復鍍，國產則為不鍍，導致立柱在使用過程中過早出現斑點，劃傷等密封漏液現象，影響支護效果。 (4) 制造工藝方面 深孔液壓缸加工工藝 缸徑國外已達到400500mm，而國內剛完成最大為400mm缸徑的液壓支架。國外對200以下深孔實現10m長

13、一次性加工，并根據需要切割，國內最長為3m。國外多采用熱墩技術加工液壓缸，即把金屬加熱至比流動狀態低50100 時，用萬噸水壓機沿軸向反復墩沖加工，成型的缸筒即有完整的缸底(不需再焊)，同時對缸口一般擴孔成型，給缸口加工創造條件。國內基本上采用推鏜 ,珩磨或滾壓加工缸筒后焊接缸底的工藝方法。在加工精度方面，國外一般比國內高一至二級。 結構件加工工藝 國外液壓支架的結構件選材已普遍使用優質板材，其屈服強度 s =7001000Mpa。因此，采用預熱后用高強度氬弧焊接施焊，焊后再進行回火工序。為了減少數控鋼板的下料變形，多采用水下切割技術。同時，鋼板本身的綜合性能也高于國內。國內目前選用鋼板的屈服

14、強度最高為 s =800Mpa，而大部分仍采用 s =400600MpaMPa級別板材。在焊接工藝中采用CO 2 氣體保護焊接.。國外對大批量定型結構采用機器人焊接，提高效率，保證質量，減少人的體力勞動 四、 擬解決的關鍵問題1、整體結構設計 2、受力分析 3、強度計算 4、液壓系統設計五、 研究思路和方法首先根據設計題目明確設計任務，了解液壓支架的工作原理原理、功能、工作環境以及國內外發展現狀，理清設計思路和確定方向，擬定初步設計方案。 其次根據設計任務書給定參數和技術要求對支架整體結構設計、支架液壓系統設計等要合理，滿足生產要求，制造過程不易復雜，生產成本低廉，制造過程安全，便于廣泛應用批

15、量生產。對于支架各部分的結構，要經過嚴格的設計、計算和校核。要滿足可靠性設計，使用周期長等要求。 在設計過程中要按照制定的工作流程，運用各種方法和多門學科知識。在支架本體各部件設計時，擬定詳細方案，認真分析其功能，明確個部分的結構。通過本次設計把所學各學科充分融會貫通在一起，最終完成設計任務。六、 本課題的進度安排1、第1周明確設計任務，收集相關設計資料。 2、23 周查閱相關資料，完成方案設計。3、45 周完成開題報告。 4、611 周對設計任務進行設計實現。5、1215 周撰寫學位論文。 6、16 周熟悉答辯流程，進行論文答辯。七、 參考文獻1 張家鑒陳享文伊長德編著，液壓支架，煤炭工業出

16、版社。1985 年 2 蔣國安郭福君羅大炎編著，液壓支架，山東科學技術出版社。1980 年 3 邢福康劉唐編著，煤礦支護手冊，煤炭工業出版社。1991 年 4 徐濪編著，機械設計手冊，機械工業出版社。1992 年 5 王國彪饒明杰編著，液壓支架優化設計與計算機模擬分析，機械工業出版社。1994 年 6 雷天覺編著，液壓工程手冊，機械工業出版社。1990 年 7 高秀華鄧洪超等編著，機械三維動態設計仿真技術，化學工業出版社。 2003 年3 月 8 王國法等編著，液壓支架技術，煤炭工業出版社。1999 年 9 煤炭部煤炭科學研究院編著，綜采設備配套圖側。1983 年 10 宋錦春等編著，液壓與氣壓傳動，科學出版社。2006 年 11 Shi Yuanwei, Research on the Interaction Between Roof Strata and Shield Suppons, 16th Conference on Ground Control in Mining 1997 12 Wang Gu