支撐掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 前言 綜合機(jī)械化采煤是煤礦技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)效率、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。實(shí)踐證明大力發(fā)展綜合機(jī)械化采煤，研制和使用液壓支架是十分關(guān)鍵的。我國液壓支架經(jīng)過30多年的發(fā)展，取得顯著的成果，至今已能成批制造兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式液壓支架，這些系列化液壓支架一般用于緩傾斜中厚煤層及厚煤層分層開采。 我國煤礦中使用的支架類型很多，按照支架采煤工作面安裝位置來劃分有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在處工作面斷頭以外的采煤工作面上所有的位置的液壓支架。 目前使用的液

2、壓支架分為三類。即：支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、支撐掩護(hù)式液壓支架。從架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，由于直接類別和老頂級(jí)別的不同，所以為了在使用中合理地選擇架型，要對(duì)支架的支撐力承載力的關(guān)系進(jìn)行分析使支架能適應(yīng)頂板載荷的要求。 此次設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)所學(xué)的知識(shí)的綜合應(yīng)用，通過設(shè)計(jì)使所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，形成較為清晰的知識(shí)構(gòu)架，強(qiáng)化設(shè)計(jì)過程的規(guī)范性以及對(duì)計(jì)算機(jī)的使用的熟練性。通過此次設(shè)計(jì)，能夠更好的梳理所學(xué)的知識(shí)，基本掌握機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的工作方法，同時(shí)提高獨(dú)立為完成工作的能力，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 第1章 液壓支架的概述 1.1液壓支架的組成和用途 1.1

3、.1液壓支架的組成 液壓支架由頂梁、底座、掩護(hù)梁、立柱、推移裝置、操作控制系統(tǒng)等主要部分組成。 1.1.2液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項(xiàng)工作正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，而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 至呼和控制頂板的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實(shí)踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架可與彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人勞動(dòng)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施，

4、因此液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠、是實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。 1.2液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程，必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站提供的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來完成的，如圖1-1所示。 升柱：當(dāng)需要液壓支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的下活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，是與活塞桿相連的頂梁緊緊接觸頂板。 降柱：當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的上活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞下降，頂梁脫離接觸接觸頂板。 支架和輸送機(jī)前移：支架和輸送機(jī)的前移都是由底座上的推移千斤頂來完成。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先降

5、柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁；當(dāng)需要推移輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂下腔，另一腔回液，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。 圖1-1 液壓支架工作原理 1 輸送機(jī)；2 推移千斤頂；3 立柱；4 安全閥；5 液控單向閥；6 操縱閥 支架的支撐力與時(shí)間曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖1-2所示 圖1-2支架的工作特性曲線 支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化可分為三個(gè)階段：支架升柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力

6、時(shí)，泵站自動(dòng)卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階段為初承力階段t0；支架初撐后，隨著頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架安全閥的調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力，此階段為增阻階段t1；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，是立柱下腔壓力超過的安全閥調(diào)正壓力值時(shí)，安全閥打開溢流，立柱下縮，是頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下，壓力曲線隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。 1.3液壓支架設(shè)計(jì)目的、要求和設(shè)計(jì)支架的必要參數(shù) 1.3.1設(shè)計(jì)目的 采用綜合機(jī)械化采煤機(jī)械方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由

7、之路。為了滿足對(duì)煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化設(shè)備，機(jī)械化采煤工作面。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見對(duì)液壓支架的需要量是很大的。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)不同液壓支架的需求也不同。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)的工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 1.3.2液壓支架的基本要求 1．為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以使有效

8、地控制頂板，保證合理的下沉量。 2．液壓支架要有足夠的推溜力和移架力，推溜力一般為100KN左右，移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100KN～150KN，中厚煤層一般為150KN～250KN，后煤層一般為300KN～400KN。 3．防矸性能要好。 4．排矸性能好。 5．要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)面積，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6．為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 7．調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 8．支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9．要求支架有足夠的剛度，能承受事實(shí)上不均衡載荷和沖擊載荷。 10．滿足強(qiáng)度條

9、件下，盡可能減輕支架重量。 11．要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。 12．液壓元件要可靠。 1.3.3設(shè)計(jì)液壓支架必須的基本參數(shù) 1．頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，?duì)支架進(jìn)行選型。 2．最大和最小采高 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。 3．瓦斯等級(jí) 根據(jù)瓦斯等級(jí)，按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。 4．底板巖性及小時(shí)涌水量 根據(jù)底板巖性及小時(shí)涌水量驗(yàn)算地板比壓。 5．工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件決定是否用護(hù)幫裝置。 6．煤層傾角 根據(jù)煤層傾角決定是否選用防滑裝置。 7．井向罐籠尺寸 根據(jù)井向罐籠尺寸考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸

10、。 8．配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計(jì)算頂梁長度。 1.4液壓支架的發(fā)展趨勢 1.4.1新型適用特種條件下的液壓支架 為了安全高效的開采復(fù)雜地質(zhì)條件的煤炭資源，必須設(shè)計(jì)能適應(yīng)某種特殊地質(zhì)條件使用的液壓支架。 1．特厚煤層一次采全高液壓支架。2009年平頂山煤礦機(jī)械有限公司生產(chǎn)的ZY10800/28/63型電液控制掩護(hù)式液壓支架是為神華寧煤設(shè)計(jì)制造的，支護(hù)高度6.3米、工作阻力10800千牛、重量40.5噸的大采高高端支架（參數(shù)見表1-1）。該架型代表著國內(nèi)支架行業(yè)的先進(jìn)水平，技術(shù)含量高、生產(chǎn)難度大。 2．新型放頂煤支架。設(shè)計(jì)一種回采率高，夾矸少的放頂煤液壓支架。 3．水采

11、液壓支架。為了適應(yīng)水采工作面的支護(hù)需要，設(shè)計(jì)一種水采工作面。 表1-1 ZY10800/28/63型電液控制掩護(hù)式液壓支架參數(shù) 性能項(xiàng)目 數(shù)值 性能項(xiàng)目 數(shù)值 支架高度mm 2800-6300 工作阻力KN 10800 初撐力KN 7912 支架中心距mm 1750 支護(hù)強(qiáng)度MPa 1.06 立柱缸徑mm 400 4．重型支架。為適應(yīng)頂板壓力特別大的需要，可將液壓支架的工作阻力設(shè)計(jì)的較大。 5．新型端頭支架。為了加快綜采速度和無人采煤工作面的需要，設(shè)計(jì)一種能適應(yīng)井上操作且安全可靠的斷頭液壓支架。 6．大傾角工作面支架。為適應(yīng)煤層傾角小于等于45°的工作面

12、，設(shè)計(jì)一種新型的大傾角工作面支架。 1.4.2液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方向 1．輕型化。對(duì)液壓支架各部件進(jìn)行受力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)緊湊，在滿足強(qiáng)度要求和配套的條件下，底座和頂梁盡量短，使支架輕型化。 2．標(biāo)準(zhǔn)化。為了減輕支架的重量，降低成本，提高對(duì)煤層厚度變化和頂?shù)装鍡l件的適應(yīng)性，使液壓支架的危險(xiǎn)性減小，對(duì)同一型號(hào)設(shè)計(jì)成系列化，適應(yīng)不同煤層厚度的要求。 3．材質(zhì)強(qiáng)化。提高結(jié)構(gòu)件鋼材強(qiáng)度，采用優(yōu)質(zhì)鋼材，減輕液壓支架的重量，設(shè)計(jì)師可先進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，再選合適的材料。 4．高壓化。各種閥類的壓力等級(jí)價(jià)高，相應(yīng)的強(qiáng)度增高，使閥和油缸的體積減小，使液壓支架的質(zhì)量減輕。 5．操作自動(dòng)化。能適應(yīng)

13、無人采煤工作面的需要，實(shí)際運(yùn)程操作的新型全自動(dòng)液壓支架。 1.4.3我國液壓支架與國外液壓支架存在的差距及今后的發(fā)展趨勢 我國的液壓支架經(jīng)過30多年的發(fā)展，盡管取得了顯著的成績，在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸甚至班產(chǎn)萬噸的記錄，但總體水平與世界先進(jìn)采煤國家仍存在一定的差距。在支架架型功能上我國與國外相差無幾，有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處，但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低，電液控制閥可靠性差，所用鋼材耐壓能力一般為16MPa，最好的屈服極限僅有700MPa，液壓系統(tǒng)壓力在35MPa以下，流量在200L/min以內(nèi)，供液管直徑25～32mm

14、，回液管直徑25～50mm，最快移架速度為10～12s/架（井下實(shí)際應(yīng)用又是在20s以上），工作阻力相對(duì)較低。 我國液壓支架的設(shè)計(jì)制造水平經(jīng)過30多年的發(fā)展，不斷提高，特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架反面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，架型也基本趨于成熟完善，在品種和質(zhì)量方面與國際相比還有較大的差距。所以，今后除應(yīng)繼續(xù)針對(duì)我國國情和煤層具體條件開發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)在設(shè)計(jì)支架控制系統(tǒng)和提高指甲的工作可靠性發(fā)面下功夫。 今后，我國的液壓支架的設(shè)計(jì)將朝技術(shù)含量高、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快（6～8 s/架）和電液控制閥的方向發(fā)展，對(duì)破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力，盡量采用整體可靠的推桿和抬底座機(jī)

15、構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。另外，將普遍采用額定壓力為40MPa、額定流量為400L/min的高壓大流量乳化液泵站，以適應(yīng)快速一家的需要；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。兩柱掩護(hù)式液壓支架的比重將大大增加，缸的直徑將增至360mm，端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。 第2章 液壓支架的架型特點(diǎn)及選型 2.1液壓支架的分類及特點(diǎn) 2.1.1液壓支架架型的分類 按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支

16、架。 目前使用的液壓支架分為三類，即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架。 1．支撐式液壓支架：支撐是液壓支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種形式。如圖2-1所示， 圖2-1 支撐式液壓支架的類型 前梁較長，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來保證。因此底座較堅(jiān)固，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面頂板，維護(hù)工作空間。頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。這類支架具有較大的支撐能力和良好的穩(wěn)定性能，適用于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，地板較硬的煤層。 2．掩護(hù)式液壓支架：掩護(hù)式液壓支架有插腿式和非插腿式兩種形式。如圖2-2所示，其頂梁較短，對(duì)頂班的作用力均勻；

17、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)；防護(hù)性能好，調(diào)高范圍大，對(duì)煤層厚度變化適應(yīng)性強(qiáng)；但整架工作阻力小，通風(fēng)阻力小，工作空間小。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。 3．支撐掩護(hù)式液壓支架：支撐掩護(hù)式液壓支架是在支撐是液壓支架和掩護(hù)式 圖2-2 掩護(hù)式液壓支架的類型 a 插腿式支架 b立柱在掩護(hù)梁上非插腿式支架 c立柱在頂梁上非插腿式支架 液壓支架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種架型。它保留了支撐式支架支撐力大、切頂性能好、工作空間寬敞等優(yōu)點(diǎn)，采用雙排立柱支撐；同時(shí)又吸取掩護(hù)式支架擋矸掩護(hù)性能好，抗水平力腔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等長處。而且，采用堅(jiān)實(shí)的掩護(hù)梁以及側(cè)護(hù)板，

18、將工作空間與采空區(qū)完全隔開；并采用前后連桿連接掩護(hù)梁和底座，組成四連桿機(jī)構(gòu)，使梁端距幾乎不變，防止了架前漏矸。 支撐掩護(hù)式液壓支架適用范圍很廣，可用于各種頂板條件，尤其用于中等穩(wěn)定以上的頂板條件。其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價(jià)格較貴。不同結(jié)構(gòu)形式的支撐掩護(hù)式液壓支架，其主要區(qū)別是立柱的布置方式不同。具體分類方法及及型式如圖2-3所示 圖2-3支撐掩護(hù)式液壓支架的類型 a．四柱平行支在頂梁上的支架 b．四柱交叉支在頂梁上的支架 c．兩支柱支在頂梁上，兩柱支在掩護(hù)梁上的支架 2.1.2頂板的組成 回采工作面的頂板，根據(jù)巖層和煤層的相對(duì)位置及特征，可以分三類： 1．偽

19、頂：直接位移煤層上方使極易垮落的一層巖石。它通常使灰質(zhì)頁巖和泥質(zhì)頁巖，厚度一般不大于0.3～0.5米，經(jīng)常隨采隨冒。有些巖層不出現(xiàn)偽頂。為頂對(duì)支護(hù)設(shè)備的使用一般沒影響。 2．直接頂：是指位于偽頂或直接位于煤層上方的一層或幾層巖層，厚度一般不大，不很堅(jiān)硬，常由泥質(zhì)頁巖、頁巖、沙質(zhì)頁巖等組成。一般隨回柱或移架而冒落。直接頂?shù)姆€(wěn)定性對(duì)支護(hù)方式及架型選擇由決定性的影響。 3．老頂：是指位于直接頂之上厚而堅(jiān)實(shí)、節(jié)理裂隙和層理都不發(fā)育的整體巖層。通常由砂巖、石灰?guī)r或砂礫巖等構(gòu)成。老頂常能在采空區(qū)維持很大懸露面積而不隨直接頂一起垮落，其垮落步距的長短對(duì)支護(hù)設(shè)備的載荷大小由決定性影響。 2.1.3液壓支

20、架的支撐力與承載關(guān)系 1．支撐式液壓支架的特點(diǎn)是頂梁較長，控頂距較大，立柱呈直立布置，而且一般都位于頂梁的后半部。因此，支撐力也相應(yīng)集中在控頂區(qū)的后半部分，以阻止上部巖層的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切頂。而在煤壁附近的主要工作空間的頂板則處于無立柱狀態(tài)，僅靠支護(hù)力較小的前梁來維護(hù)。股支架的工作阻力在控頂區(qū)范圍內(nèi)很不均勻，起預(yù)想的支撐力分布規(guī)律如圖 圖2-4 支撐式液壓支架支撐力分布圖 2．掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)和支撐力分布 掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)是頂梁較短，控頂距較小，支撐力主要集中在頂梁部位，且分布較均勻，頂梁端部的支撐能力比支撐是液壓支架大，其

21、支撐力的分布規(guī)律如圖2-5所示 掩護(hù)式液壓支架在不同頂板條件下的承載分析 1）掩護(hù)式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況： 頂梁受力：由于支架頂梁短，使支架重復(fù)支撐次數(shù)減少，所以頂板較完整。頂板作用在頂梁上的合力為Q3，載荷分布如圖2-6所示 掩護(hù)梁受力：由于頂板破碎，在頂梁后部自由冒落巖石的一部分作用在掩護(hù)梁上，對(duì)掩護(hù)梁的作用力可分解垂直分立和水平分力，如圖 掩護(hù)式液壓支架雖然立柱少，支撐力小，但由于頂梁短，單位面積支撐力大，載荷分布和支架支撐力的作用部位基本一致。所以，此種支架能在破碎不穩(wěn)定頂板下工作。 圖2-5掩護(hù)式液壓支架支撐力分布圖 圖2-6 掩護(hù)

22、式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況 2）掩護(hù)式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況。掩護(hù)式液壓支架由于立柱少，且呈傾斜布置，支撐力較小，切頂性較差，受力情況如圖2-7所示 直接頂冒落時(shí)，冒落巖石分別作用在頂梁上和掩護(hù)梁上。 周期來壓時(shí)，由于頂梁后部頂板不能充分切斷，基本頂壓力將由整個(gè)支架和采空區(qū)垮落巖石承擔(dān)或者有可能在切頂時(shí)，基本頂直接壓在掩護(hù)梁上，這就使掩護(hù)梁上載荷劇增，迫使頂梁支撐力減小，使支架難以承受頂板的壓力和控制頂板的冒落。所以，此種支架不能在中等穩(wěn)定以上頂板下工作。 圖2-7 掩護(hù)式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況 3．支撐掩護(hù)式液壓支架支撐力分布

23、與承載的關(guān)系及適用范圍 圖2-8 支撐掩護(hù)式液壓支架支撐力分布 支撐掩護(hù)式液壓支架是為了改善支撐式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架的性能和對(duì)頂板的適應(yīng)性而設(shè)計(jì)的，主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機(jī)構(gòu)和掩護(hù)梁，增強(qiáng)了支架的支撐力和承載能力。所以此種支架介于以上兩種支架之間，增強(qiáng)了適用范圍，適用于頂板較堅(jiān)硬 、頂板壓力較大頂板破碎的各種煤層，其受力狀況如圖2-8所示 2.2液壓支架的選型 2.2.1液壓支架的選型原則 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適合礦井和工作面的條件，投產(chǎn)后能夠做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管

24、理和最佳經(jīng)濟(jì)效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件進(jìn)行選擇。 1．液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板。一般情況下可根據(jù)頂板的級(jí)別直接選出架型。 2．當(dāng)煤層厚度超過2.5m時(shí)，頂板有側(cè)向推力和水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不宜選用支撐式支架。 3．當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.5～2.8m以上時(shí)，需要選擇有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架，煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大、帶有機(jī)械加長桿或雙伸縮立柱的掩護(hù)式支架。 4．應(yīng)使支架對(duì)地板的接觸比壓不超過地板允許的抗壓強(qiáng)度。在地板較軟條件下，應(yīng)選用抬地板裝置的支架或插腿掩護(hù)式支架?！? 5．煤層傾角小于10°時(shí)，液壓支架可

25、以不設(shè)防倒防滑裝置。傾角在10°～15°（支撐式液壓支架取下限，掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架取上限）以上時(shí)，應(yīng)選用帶有防滑裝置的液壓支架。傾角在18°以上時(shí)，應(yīng)選用同時(shí)帶有防滑防倒裝置的液壓支架。 6．對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》要求，并優(yōu)先選擇通風(fēng)面積大的支撐式或支撐掩護(hù)液壓支架。 7．當(dāng)煤層為軟煤時(shí)，支架最大高度一般應(yīng)≤2.5m；中硬煤時(shí)，支架最大高度一般≤3.5m；硬煤，支架最大高度＜5m。 8．同時(shí)允許選用幾種架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。支撐式液壓支架最便宜，其次是掩護(hù)式液壓支架，最貴為支撐掩護(hù)式液壓支架。 2.2.2液壓支架設(shè)計(jì)的原始條件 基本

26、（老）頂級(jí)別:三級(jí) 直接頂級(jí)別:三級(jí) 采高:2.5m～3.2m 2.2.3液壓支架的選型過程 1．確定直接頂和基本頂類別 1)頂板分類 （1）直接頂分類 我國將緩傾斜煤層回采工作面的直接頂分為四類： 一．不穩(wěn)定頂板即破碎頂板，很容易冒落，冒落能基本充滿采空區(qū)。泥質(zhì)頁巖、再生頂板等屬于這一類。 二．中等穩(wěn)定頂板：這類頂板強(qiáng)度較高，但由大量節(jié)理裂隙，局部較完整，厚度不大，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般支護(hù)設(shè)備前移后隨即冒落。砂質(zhì)頁巖、粉砂巖等直接頂屬于這一類頂板。 三．穩(wěn)定頂板即完整頂板：不易發(fā)生局部冒落。砂巖頂板、堅(jiān)硬的砂質(zhì)頁巖頂板屬于這一類頂板。 四．堅(jiān)硬頂板：極難冒落的砂

27、巖、堅(jiān)硬砂質(zhì)頁巖等屬于這一類頂板。 表2-1 基本頂級(jí)別 基本頂級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 基本頂來壓 不明顯 明 顯 強(qiáng) 烈 極強(qiáng)烈 指 標(biāo) N=3～5 0.3＜N≤3～5 LP=25～50 0,3＜N≤3～5 LP＞50 N≤0.3 LP=25～50 N≤0.3 LP＞50 注：1.比值N應(yīng)根據(jù)采煤工作面所在位置的地質(zhì)柱狀圖中的M和h來計(jì)算。 2.基本頂初次來壓步距LP可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測或礦壓顯示特征確定。 （2）老頂分級(jí) 老頂根據(jù)周期來壓明顯與否分為四級(jí)： I級(jí)頂板，周期來壓不明顯；II級(jí)頂板，周期來

28、壓明顯；III級(jí)頂板，周期來壓強(qiáng)烈；IV級(jí)頂板，周期來壓極強(qiáng)烈。 老頂周期來壓越不明顯，作用于支架上的載荷就越小，而且穩(wěn)定。反之，周期來壓越強(qiáng)烈，作用于支護(hù)設(shè)備上的載荷就越小，且有沖擊。 表2-2 老頂級(jí)別 類 別 指 標(biāo) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 不穩(wěn)定頂板 中等穩(wěn)定頂板 穩(wěn)定頂板 堅(jiān)硬頂板 主要指標(biāo) 強(qiáng)度指數(shù)D1 l=3 l≤8 l=3.1～7 l=9～18 l=7.1～12 l=19～25 l＞12 l＞25 無直接頂，巖層厚度在2～5m以上 σ＞60～80 參照指標(biāo) 直接頂初次垮

29、落步距 l/m 表中按右式計(jì)算： D1=σc1c2 σ=巖石單向抗拉強(qiáng)度（Mpa） c1= 節(jié)理裂隙影響系數(shù)； c2=分層厚度影響系數(shù)。 表2-3 節(jié)理裂隙間距表 節(jié)理裂隙間距表 l/m 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 c1 0.3 0.32 0.34 0.37 0.39 0.41 0.43 0.46 0.48 0.50 0.52 0.55 表2-4分層厚度表 分層厚度表 Hx/m 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

30、 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 C2 0.24 0.25 0.27 0.29 0.3 0.32 0.33 0.35 0.36 0.38 0.39 0.41 表2-5 支架架型確定參數(shù) 支架架型確定參數(shù) 基本頂級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂級(jí)別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 液壓支架架型 掩護(hù) 掩護(hù) 支撐 掩護(hù) 掩護(hù)或支撐 支撐 支掩 支掩 支撐或支掩 支撐或支掩 支撐（采高小于2.5m） 或支掩（采高大于2.5m） 支架支護(hù)強(qiáng)度/(KN/m2) 采高1m 采高2m采

31、高3m采高4m 294 343（245） 441（343） 539（441） 1.3×295 1.3×343（245） 1.3×441（343） 1.3×539（441） 1.6×295 1.6×343 1.6×441 1.6×539 ＞2×295 ＞2×343 ＞2×441 ＞2×539 應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 注: (1)表中括號(hào)內(nèi)數(shù)字系掩護(hù)式支架頂梁上的支護(hù)強(qiáng)度 (2)1.3、1.6、2為增壓系數(shù) (3)表中采高為最大采高 2．液壓支架類型的確定 由給定的頂板條件參照表2-5可選取的液壓支架的選型為支撐掩護(hù)式液

32、壓支架。 第3章 支架各部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3.1支撐掩護(hù)式液壓支架的整體結(jié)構(gòu) 支撐掩護(hù)式液壓支架主要由護(hù)幫、防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。 圖3-1 支撐掩護(hù)式液壓支架 1-護(hù)幫；2-防片幫千斤頂；3-前梁；4-頂梁；5-掩護(hù)梁；6-四連桿機(jī)構(gòu)；7-底座；8-推移千斤頂；9-立柱；10-機(jī)械加長桿 10 8 1 6 9 7 5 4 3 2 3.2液壓支架的各部件結(jié)構(gòu) 3.2.1液壓支架的頂梁 1．支撐式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 2 1 支撐式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)形式如圖3-2所示。如圖a所示為整體剛性頂梁。頂

33、梁為一整體，剛性大，承載能力較好，但對(duì)頂板適應(yīng)性差。 圖3-2 支撐式液壓支架的頂梁類型 1-前梁；2-后梁；3-尾梁；4-前梁千斤頂；5-前梁伸縮千斤頂 3 5 1 1 4 2 1 2 4 2 1 2 如圖b，c所示為鉸接式頂梁，由前梁和后梁組成，分別由前、后排立柱支撐。其中，b為全鉸式，它能適應(yīng)支架頂梁上方前后頂板的變化，但當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時(shí)，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。半餃?zhǔn)巾斄喝鐖Dc所示，它克服了全鉸式的缺點(diǎn)，當(dāng)中部頂板出現(xiàn)凸起時(shí)，使前、后梁向上翹；當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時(shí)，由于鉸接點(diǎn)下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。 如

34、圖d所示為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接，在鉸接前梁處安裝有前梁千斤頂，用來支撐靠近煤壁處的頂板，同時(shí)還可以使前梁上下擺角適應(yīng)頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。 為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護(hù)擋矸簾，還可以增設(shè)尾梁，如圖e所示。 如圖f所示為不帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂式頂梁伸縮，由于前梁可以及時(shí)伸出支護(hù)暴露的頂板，從而允許固定頂梁減小長度，也可以用前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動(dòng)。 2．掩護(hù)式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 掩護(hù)式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)型式如圖3-3所示 如圖a所示為平衡頂梁頂梁較短，與其下部的的掩護(hù)梁鉸接。因?yàn)樗茉陧敯灏?/p>

35、凸變化時(shí)自取平衡，所以叫平衡式頂梁，頂梁鉸接點(diǎn)前、后側(cè)面的比例接近于2：1（按載荷分布近似三角形設(shè)計(jì)）。這種頂梁后部和掩護(hù)梁形成三角區(qū)，易被冒落矸石堵住，影響支護(hù)效果。為此，在頂梁后部加設(shè)擋矸板。ZYZ型掩護(hù)式液壓支架就采用此種結(jié)構(gòu)。 如圖b所示為潛入式頂梁，頂梁后端為扇形結(jié)構(gòu)，掩護(hù)梁可潛入扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)，消除三角區(qū)。 如圖c所示為鉸接式頂梁，頂梁為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護(hù)梁鉸接，取消三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上。平衡千斤頂調(diào)節(jié)頂梁的接觸面積。 圖3-3 掩護(hù)式液壓支架定量的類型 1-頂梁；2-前梁；3-后梁；4-掩護(hù)梁；5-立柱；6限位千斤頂；7前梁千斤頂 8-平衡千斤頂

36、 如圖d所示為帶前梁的鉸接式頂梁，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，可以提高前梁前端的支撐能力，改善前梁前端的支控效果。 如圖e所示為帶伸縮前梁的鉸接式頂梁，可及時(shí)支護(hù)頂板，減少頂板的暴露時(shí)間 鉸接式頂梁加伸縮和擺動(dòng)前梁，為如圖d、e所示兩種型式的結(jié)合型，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，并在前梁內(nèi)加伸縮前探梁。 3．支撐掩護(hù)式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 由于支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)介于支撐式和掩護(hù)式液壓支架之間，所以，支撐掩護(hù)式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)可采用前述諸種型式，但應(yīng)根據(jù)頂板條件來選取。 4．頂梁的斷面形狀 各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間

37、焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型頂梁。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，移減少移架阻力。支撐式液壓支架后焊接有掛簾板，作為掛擋矸簾用。在頂梁下面含有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，孔用鋼絲繩或銷軸不立柱和頂梁連接起來。掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。按頂梁的斷面形狀，還可以把頂梁分成如下結(jié)構(gòu)式： 1）閉式頂梁 頂梁上下蓋板與筋板焊接成封閉型，如圖(3-4)所示： 圖3-4 頂梁筋板焊接圖 2）開式頂梁 開式頂梁結(jié)構(gòu)如圖所示其特點(diǎn)為減輕頂梁重量，曾強(qiáng)頂梁抗彎強(qiáng)度。 對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，為便于側(cè)護(hù)板自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護(hù)板稍厚

38、的鋼板，稱為頂板，如圖（3-5）所示： 圖3-5 頂梁斷面 根據(jù)上述頂梁各種型式我選擇封閉焊頂板的型式，如圖上圖所示。 3.2.2掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu) 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座（有的支架在掩護(hù)梁上焊有立柱柱窩）。活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的兩側(cè)。 從側(cè)面看掩護(hù)梁，有直線型，折線型兩種。如圖3-6所示。其中，如圖a所示為折線型，圖b為直線型。 (a) (b) 圖3-6 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)型式 1 頂梁；2 掩護(hù)梁；3 立柱；4 前連桿；

39、5 后連桿；6 底座；7 限位千斤頂 折線型相對(duì)直線型支架斷面大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，但工藝性差，所以很少采用。 從掩護(hù)梁的寬度方向分，可分為整體式和相分式兩種。對(duì)分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運(yùn)輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差。 3.2.3側(cè)護(hù)板 1．側(cè)護(hù)板的種類 頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種： 一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動(dòng)的側(cè)護(hù)板。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。一般燕傾斜方向的上方為固定側(cè)護(hù)板，下方為活動(dòng)側(cè)護(hù)板?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與頂梁連接，以保證活動(dòng)側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。但當(dāng)改換工作面開采方向時(shí)，活動(dòng)側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，給調(diào)

40、架、防倒等帶來不便，所以很少采用。 另一種時(shí)兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。 2．側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)形式 d c b a 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。通常有兩種類型。 圖3-7側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 一種是側(cè)護(hù)板在頂梁外側(cè)。這種類型側(cè)護(hù)板又有三種形式，如圖3-7a所示，頂梁上無頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落的矸石卡住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；如圖3-7b、c所示，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點(diǎn)，但支架承受偏載時(shí)，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。 另一種時(shí)鉸接式側(cè)護(hù)板，如圖3-7d所示。他克服了以上兩種側(cè)護(hù)板的缺點(diǎn)，但由于架間側(cè)護(hù)板造成的三角帶容易填入矸

41、石，影響架間密封效果。 3.2.4底座 1．底座的結(jié)構(gòu)型式如圖3-8所示，通常有3種類型。 1）整體式。整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定向好，強(qiáng)度高，不易變形，與底座接觸面積大，比壓小。 如圖3-8a所示的底座用于支撐式液壓支架，箱體高度大便于安裝復(fù)位裝置。 如圖3-8b所示的底座高度低，占用空間小，一般用于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架。 2）對(duì)分式。為使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對(duì)分式。如圖3-8c、d所示為前、后兩個(gè)底座的對(duì)分式，兩者通過銷軸與彈簧鋼板鉸接而成。如圖3-8e所示為左、右兩個(gè)底座箱的對(duì)分式，兩者用彈簧鋼板和

42、銷軸連接。 3）底靴式。底靴式底座的特點(diǎn)是每根立柱支撐在一個(gè)底靴上，立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷軸連接，如圖3-8f所示。它的結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作靈活，對(duì)地板的不平整適應(yīng)性強(qiáng)，但剛性差，與地板接觸面積小，穩(wěn)定相差，一般用于節(jié)式支架上。 各種型式的底座前端都制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。同時(shí)底座后部的重力大于前部，避免移架時(shí)啃底。 圖3-8 底座的結(jié)構(gòu)型式 a、b 整體式底座；c、d、e 對(duì)分式底座；f底靴式底座 f e d c b a 底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。在整體

43、式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少底座后部與底板的接觸面積，增加底座后部的比壓，同時(shí)有利于排矸。 2．底座立柱柱窩上要開槽的原因：由于底座立柱柱窩的形狀為半球體，為防止底座立柱柱窩內(nèi)存有煤粉和積水，所以在柱窩上開一個(gè)槽或鉆一個(gè)孔，便于消除積水和煤粉。 3.2.5立柱 1．立柱的結(jié)構(gòu) 立柱按動(dòng)作方式分為單作用和雙作用立柱；按結(jié)構(gòu)分為活塞式和柱塞式立柱；按伸縮方式分為單伸縮和雙伸縮式立柱，如圖3-9所示。 圖3-9 立柱類型 a-單作用活塞式；b-單作用柱塞式；c-雙作用活塞式；d、e、f-雙伸縮式 2．幾種立柱的動(dòng)作原理 1）單伸縮立柱的動(dòng)作原理 單伸縮單作用活塞

44、式或柱塞式立柱，靠液壓力伸柱，靠自重或彈簧力降柱。單伸縮雙作用活塞式立柱，靠液壓力伸柱和降柱。當(dāng)下腔進(jìn)液上腔回液時(shí)伸柱，反之為降柱。 2）雙伸縮立柱的動(dòng)作原理 雙伸縮立柱動(dòng)作原理如圖3-10所示 當(dāng)高壓液進(jìn)入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，如圖3-10a所示。 當(dāng)中缸全部伸出后中缸下腔壓力增加，當(dāng)壓力增加至超過底閥彈簧調(diào)正壓力時(shí)，底閥打開，高壓液進(jìn)入上柱下腔，上柱上腔液體經(jīng)中腔上部小孔排出，使上柱伸出，如圖3-10b所示。降柱時(shí)如圖3-10c、d所示。 當(dāng)高壓液進(jìn)入中缸上腔，下腔回液，中缸下降；當(dāng)中缸降到底時(shí)，一方面底閥被缸底頂開，另一方面中缸上孔正對(duì)立柱上部進(jìn)液孔，如圖3-10c所

45、示。 立柱上部進(jìn)液孔經(jīng)中缸小孔進(jìn)入上柱上腔，下腔液體經(jīng)底閥從立柱下部孔回液，上柱下降，如圖3-10d所示 圖3-10 雙伸縮立柱動(dòng)作原理 3．機(jī)械加長桿的結(jié)構(gòu)原理 由于雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，為了降低成本，在單伸縮立柱上安裝機(jī)械加長桿，滿足支撐高度的變化要求。 需要增加支架到最大高度時(shí)（在井上），可以拆下4根立柱中對(duì)角線上的2根立柱上機(jī)械加長桿卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動(dòng)機(jī)械加長桿從立柱中拔出，當(dāng)達(dá)到所調(diào)高度時(shí)，再把這兩根機(jī)械加長桿的卡環(huán)固定。把支架降至原來高度，拆下另兩根機(jī)械加長桿的卡環(huán)，用同樣的方法使這兩根機(jī)械加長桿達(dá)到與前兩根相同的高度為止。 4．

46、立柱上、下端頭設(shè)計(jì)成半球形的原因 第一個(gè)原因，由于支架在伸縮過程中，頂梁不可能同步造成立柱與頂梁和立柱與底座之間轉(zhuǎn)動(dòng)，所以立柱的上、下端頭用半球形，形成鉸接，就可以適應(yīng)這種轉(zhuǎn)動(dòng)。 第二個(gè)原因，當(dāng)立柱為傾斜布置時(shí)，在支架升降過程中，立柱一方面要伸縮，一方面要傾斜，立柱與頂梁和立柱與底座之間依靠立柱上、下端半球形發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而增大了支架的調(diào)高范圍。 3.2.6輔助裝置 1．推移裝置：推移裝置是液壓支架必備的重要輔助結(jié)構(gòu)件，由推移千斤頂和其它附屬裝置組成。移架和推溜的動(dòng)作就是通過推移千斤頂及其附屬裝置來完成的，但隨著礦山地質(zhì)條件、液壓支架結(jié)構(gòu)和工作過程不同，推移方式和推移千斤頂?shù)牟贾靡膊灰粯?/p>

47、。 由于液壓支架的工作過程的不同，推移方式有兩種：先移架后推溜，先推溜后移架兩種。 2．護(hù)幫裝置：液壓支架的護(hù)幫裝置時(shí)為了開采厚煤層或煤質(zhì)松軟的一些中厚煤層時(shí)防止煤壁片幫而設(shè)計(jì)的。 護(hù)幫裝置一般由液壓千斤頂和護(hù)幫板構(gòu)成，安裝在前梁下部。正常情況下，護(hù)幫板伸出緊貼煤壁，防止片幫，或在片幫時(shí)起緩沖作用，防止硬傷工作人員。當(dāng)采煤機(jī)割到液壓支架前面時(shí)，需要將護(hù)幫收回，讓采煤機(jī)通過，然后，隨支架移到新的工作位置后重新伸出以支護(hù)新暴露的煤壁。 3．擋矸裝置：矸石涌入支架內(nèi)會(huì)造成行人不便，移架困難，有時(shí)甚至?xí)褡〔倏v閥把手，損壞高壓軟管，嚴(yán)重影響支架的正常工作，架內(nèi)矸石的清理也需要繁重的體力勞動(dòng)。為

48、此，需要良好的擋矸裝置。 4．防滑防倒裝置：液壓支架在移架過程中，由于支架自重在傾斜方向的分力會(huì)使支架沿傾斜下滑，所以煤層傾角越大，下滑力也越大。支架的后部因重量大，離固定點(diǎn)較遠(yuǎn)，所以下滑程度比前部嚴(yán)重，造成支架的傾斜。當(dāng)煤層傾角增大至使支架失去橫向穩(wěn)定性時(shí)，支架會(huì)向下傾倒，因此，為了保證支架的正常工作，必須采用相應(yīng)的防滑、 第4章 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 4.1液壓支架基本參數(shù)確定 4.1.1液壓支架的高度確定 支架的高度確定應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大與最小最小高度為 Hm≥hm ＋ S1

49、 （4-1） Hn≤hn－S2－α－σα （4-2） 式中 Hm——支架最大高度； Hn——支架最小高度； hm——煤層最大厚度（最大采高）；hm=3.2m hn——煤層最小厚度（最小采高）；hn=2.5m S1——考慮偽頂、煤皮冒落以后仍有可靠初撐力的支撐高度，一般取200～300mm； S2——頂板最大下沉量，一般取100～200mm； σα——移架時(shí)支架的最小可伸縮量，一般取50mm； α——浮矸、浮煤厚度，一般取50mm。 根據(jù)式4-1可得：

50、 Hm≥3200 mm＋200mm=3400mm 根據(jù)式4-2可得： Hn≤2500mm－100mm－50mm－50mm=2300mm 所以初步選定： Hm=3400mm Hn=2300mm 4.1.1支架伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： （3-3） 代入數(shù)據(jù)得m=1.48。立柱結(jié)構(gòu)可以采用單伸縮液壓缸加加長桿。 4.1.3支架間距 支架間距就是相鄰兩支架中心線的距離。 支架間距bc要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)中部槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)中部

51、槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定。我國刮板輸送機(jī)中部槽每節(jié)長度為1.5m，千斤頂連接塊位置在中部槽中間位置，所以除節(jié)式和邁步式液壓支架，支架間距一般為1.5m。 4.1.4底座長度 底座是將頂板壓力傳遞到頂板和穩(wěn)固支架的部件。在支架底座長度設(shè)計(jì)時(shí)要考慮以下幾方面：支架度底座的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其它輔助裝置；便于人員操縱和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護(hù)式液壓支架的底座長度取移架步距的3.5倍（一個(gè)移架步距為0.6m），及2.1m左右；支撐掩護(hù)式液壓支架的底座長度取移架步距的4倍，即2.4m。 4.2 液壓支架四連桿

52、機(jī)構(gòu)確定 4.2.1四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是支撐掩護(hù)式支架最重要的部件之一。其作用概括起來有兩個(gè)，其一是當(dāng)支架又高到低變化時(shí)，借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁的取端點(diǎn)與煤壁間的距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使頂板承受較大的水平力。 1．支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)最大軌跡的最大寬度E應(yīng)小于或等于70毫米，最好為30毫米以下。如圖4-1所示： 2．支架在最高和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角為P和后連桿與低平面的夾角為Q，如圖4-1所示，應(yīng)滿足如下要求: 支架在最高位置時(shí)，P≤52°～62°，Q≤75°

53、～85°;支架在最低位置時(shí)有利于矸石的下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求tanP〉w,如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)W=0.3，則P=16.7°。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)是P≥25°。而Q一般取Q≥25°～30°。 3．從圖4-1可知，掩護(hù)梁與頂梁的餃點(diǎn)e’和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線夾角為θ其范圍要為tgθ<0.35 圖4-1 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 4．應(yīng)取頂端梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖4-1的h段。其原因是當(dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓下縮使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移動(dòng)， 圖4-2 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

54、有可以時(shí)作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時(shí)底板阻止底座向后移，使整個(gè)支架產(chǎn)生向順時(shí)針轉(zhuǎn)到的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端底板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底。水平的合力也相應(yīng)的減小，所以減小了掩護(hù)梁的外載荷。 以上可知當(dāng)知道掩護(hù)梁和后連桿的長度后，只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就可以了，如圖4-2所示： 4.4.2四連桿機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 1．確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離。一般同一類型的支架采用歐冠類比法來確定。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，掩護(hù)式液壓支架盡量取大些，支撐掩護(hù)式液壓支架盡量取小些。 因此，由類比法取鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離為

55、280mm，后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離為500mm（類比支架為中煤北京煤機(jī)廠生產(chǎn)的ZZ4400/22/45支撐掩護(hù)式液壓支架）。 2．掩護(hù)梁和后連桿距離的確定。用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如圖4-3所示。 圖4-3 掩護(hù)梁和后連桿長度的確定 設(shè)： G——掩護(hù)梁的長度； A——后連桿的長度； L2——e’點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)的距離； H1——支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； H2——支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度。 從幾何關(guān)系出發(fā)可以列出如下公式： GcosP1-AcosQ1=L2

56、 (4-3) GcosP2-AcosQ2=L2 (4-4) 聯(lián)立兩式可得： AG=cosP2-cosP1cosQ2-cosQ1 (4-5) 按四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，選定P1、P2、Q1、Q2代入式4-5可以求得AG的比值，由于支架形式不同，一般AG的比值按以下范圍來取。 掩護(hù)式液壓支架： AG =0.45～0.61 支撐掩護(hù)式液壓支架： AG

57、=0.61～0.82 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度為： H1=GsinP1+AsinQ1 (4-6) 根據(jù)AG的比值和式4-6可以求得掩護(hù)梁的長度G和后連桿長度A，經(jīng)過取整后計(jì)算出P1、P2、Q1、Q2的角度，確定這幾個(gè)參數(shù)。 由已知參數(shù)計(jì)算： H1=Hm-280-500=3400-280-500=2620mm H2=Hn-280-500=2300-280-500=1520mm 設(shè)定： P1=50° P2=30° Q1=60° Q2=35° 由式4-5可得

58、： AG=cos30°-cos50°cos35°-cos60°=0.6995≈0.7 將H1、P1、Q1、A=0.7G 代入式4-6可得： 2620=Gsin50°+0.7Gsin60° G=2620sin50°+0.7sin60°=1909.3mm A=0.7G=1336.5mm 對(duì)G、A進(jìn)行圓整，?。? G=1950mm A=1350mm 3．幾何作圖作圖過程。用幾何做圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸，具體作圖如

59、圖4-4所示。 作圖步驟如下： d 圖4-4 采用幾何作圖法設(shè)計(jì)的四連桿機(jī)構(gòu) 1) 確定支架后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，與中煤北京煤機(jī)廠生產(chǎn)的ZZ4400/22/45類比確定該距離為500mm。 2) 過O點(diǎn)作于底座地面平行的水平線H-H線。 3) 過O點(diǎn)作與H-H線夾角為Q1的斜線。 4) 在此斜線上截取線段oa,oa長度等于A（1350mm），a點(diǎn)即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 5) 過a點(diǎn)作與H-H線有夾角α1（即P1=50°）的斜線，以a點(diǎn)為圓心，以G（1950mm）為半徑作圓弧交此斜線于一點(diǎn)e‘，此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 6) 過e‘點(diǎn)作H-H線的平行線

60、F-F線,則H-H線與F-F線的距離為H1（設(shè)計(jì)要求為2620mm，實(shí)際作圖得2663mm），為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 7) 以a為圓心，以0.25G（480mm）長度為半徑作?。ɡ碚撘驡取0.22～0.3之間），在掩護(hù)梁上交與一點(diǎn)b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 圖4-5 幾何作圖法設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)個(gè)位置相關(guān)尺寸 P1=50° P2=26° Q1=60° Q2=29° G=1950mm A=1350mm H1=2663mm H2= 1520mm 8) 過e’點(diǎn)作F-F線的垂線（認(rèn)為液壓支架由高到低變化時(shí)，e’帶你在辭職線上滑動(dòng)）。

61、 9) 在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)（距H-H1520mm），頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)e’’’。 10) 取e’e’’’線中間某點(diǎn)e’’，為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)（液壓支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，中間這一點(diǎn)的位置直接影響頂梁前端活動(dòng)軌跡的形狀、變化寬度等）。 11) 以O(shè)點(diǎn)為圓心，Oa（1350mm）為半徑作弧。 12) 以e’’為圓心，掩護(hù)梁長ae’（即G得長度為1950mm）為半徑作弧，交與前面圓弧上一點(diǎn)a’，此點(diǎn)為液壓支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 13) 以e’’’為圓心，掩護(hù)梁長ae’為半徑作弧，交與最前面圓弧上一點(diǎn)a’’，

62、此點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 14) 連接e’’a’ 、e’’’a’’，并以a’點(diǎn)位圓心，ab長為半徑作圓弧，交a’’e’’’上于b’點(diǎn)；以a’’點(diǎn)位圓心，ab長為半徑作弧，交與a’’e’’’上于b’’點(diǎn)。則b、b’ 、b’’三點(diǎn)為液壓支架三個(gè)位置時(shí)，前連桿上的鉸點(diǎn)。 15) 連接a’O、a’’O，為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時(shí)后連桿的位置。 16) 分別作bb’和b’b’’的垂直平分線，其交點(diǎn)c即為前連桿下鉸點(diǎn)，bc為前連桿長度（作圖后測得長度為1717mm）。 17) 過c點(diǎn)向H-H作垂線，交與點(diǎn)d，則線段Oa、ab、bc、cd和dO為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)

63、（cd長度為380mm）。  第5章 液壓支架頂梁設(shè)計(jì) 5.1頂梁長度的確定 5.1.1工作方式對(duì)支架頂梁長度的影響 支架的工作方式對(duì)頂梁長度影響很大，如圖5-1所示的工作方式： 600 圖5-1 支架工作方式比較 從圖5-1可以看出先移架后推溜的方式（又稱及時(shí)防護(hù)措施）要求有較大長度；先推溜后移架的方式（有稱滯后支護(hù)方式）要求頂梁長度較短。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸埔频姆绞綍r(shí)支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過后，支架能及時(shí)前移，支控新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)。所以前一個(gè)要比后一個(gè)步距多一個(gè)（一般為600毫米）。 設(shè)計(jì)中采用及時(shí)

64、支護(hù)方式。 5.1.2配套尺寸對(duì)頂梁的影響 設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長度有直接關(guān)系，為了防止采煤機(jī)想內(nèi)部傾斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，同時(shí)考慮到采煤機(jī)截割時(shí)不一定把煤壁割成一個(gè)垂直面，所以我在設(shè)計(jì)時(shí)頂梁前端距煤壁最小距離為300毫米，這個(gè)距離叫做空頂距。另外在輸送機(jī)鏟煤板前也要留有一定距離。一般為130~150毫米。也是為防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定距離。除此之外所有配套設(shè)備均要在頂梁掩護(hù)下工作。以此來計(jì)算頂梁長度。 5.1.3長度的計(jì)算 掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式頂梁長度的計(jì)算公式為 頂梁長度=(配套尺寸+底座長度+AcosQ1)-（GcosP1+300+e）+掩護(hù)

65、梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距 式中： 底座長度—底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距； e—支架又高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離； Q1、P1—支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿與掩護(hù)梁與水平面的夾角。 采煤機(jī)選用MLS3-170型；輸送機(jī)采用DGWD-180型；配套尺寸為1972mm， 底座長度=2500mm，e =30mm，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距=100mm 其它參數(shù)可從上述中得： 頂梁長度=(1972+2500+1350cos60°)-（1950cos50°+300+e）+100=3693.56-e 綜上所述圓整得到頂梁長度=3700mm. 5.1.4頂梁其它有關(guān)尺寸的確定

66、 采用類比法，確定頂梁上立柱柱窩位置，底座上立柱柱窩位置，進(jìn)而確定支架結(jié)構(gòu)尺寸如圖5-2所示 圖5-2支架的結(jié)構(gòu)尺寸 5.2液壓支架支護(hù)技術(shù)參數(shù) 5.2.1支護(hù)面積的確定 Fc = bc( Lg +Δ) （5-1） 式中 Fc-支護(hù)面積，m2； bc-頂梁寬度，m； Lg-定量長度，m； Δ-移架后頂梁前端到煤壁的距離，一般取Δ=0.3+e，m。 bc = 1.5m Lg = 3.7m Δ= 0.33m 所以 Fc = 1.5×（3.7＋0.33）＝6.45 m2 5.2.2支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)公式 qx = q1 + (q2 – q1)Hm – hq1hq2 – hq1 (5-2) qx-支架最大采高Hm時(shí)支架支護(hù)強(qiáng)度，KN/m2； q1-在表（2-5）中低于Hm有與之相近的支護(hù)強(qiáng)度KN/m2； q2-在表（2-5）中高于Hm有與之相近的支護(hù)強(qiáng)度KN/m2； hq1-q1對(duì)應(yīng)的采高； Hq2-q2對(duì)應(yīng)的采高； 將數(shù)值代入式