畢業(yè)設(shè)計71液壓支架設(shè)計

I 摘要： . 1 ABSTRACT： . 2 前言 . 3 第一章 液 壓 支 架 概 論 . 4 第一節(jié) 液壓支架的應(yīng)用及意義 . 4 第二節(jié) 綜采工作面的布置和循環(huán)工作過程 . 4 第三節(jié) 液壓支架的組成及工作原理 . 5 一 液壓支架的組成 . 5 二 液壓支架的工作原理 . 6 第四節(jié) 液壓支 架的分類 . 10 第五節(jié) 液壓支架的發(fā)展動向 . 11 第二章 液壓支架結(jié)參數(shù)和形式的確定 . 13 一 高度的確定 . 13 二 中心距和寬度的確定 . 13 三 梁端距和頂梁長度的確定 . 13 四 頂梁形式的選擇 . 14 五 支架側(cè)護(hù)板形式的選擇 . 15 六 底座形式的選擇 . 16 七 柱間距和筋板配置 . 17 八 推移裝置的形式選擇 . 18 第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 . 20 第一節(jié) 乳化液泵站主要參數(shù)的確定 . 20 一 泵站壓力的確定 . 20 二 泵站流量的確定 . 20 三 泵站電動機(jī)功率確定 . 21 四 乳化液箱 容積的確定 . 22 第二節(jié) 立柱缸主要尺寸的確定 . 23 一 液壓缸工作壓力的確定 . 23 二 液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑 d的確定 . 23 三 壓缸壁厚和外徑的計算 . 24 四 液壓缸工作行程的確定 . 25 五 缸蓋厚度的確定 . 25 六 最小導(dǎo)向長度的確定 . 26 七 缸體長度的確定 . 27 第三節(jié) 液壓元件的選擇 . 27 第四節(jié) 管道尺寸的確定 . 28 第四章 系統(tǒng)的驗算 . 29 第一節(jié) 壓力損失的驗算 . 29 一 驗算泵到液壓缸回路中的壓力損失 . 29 II 2 管路系統(tǒng)總壓力損失及壓力效率 . 30 第二節(jié) 系統(tǒng)溫升的驗算 . 30 第五章 液壓支架的使用和維護(hù) . 33 第一節(jié) 液壓支架的井下安裝 . 33 第二節(jié) 液壓支架的使用操作 . 34 第 三節(jié) 液壓支架的維修與管理 . 35 結(jié)論 . 38 致 謝 . 39 參考文獻(xiàn) . 40 附錄 1 : . 41 附錄 2 . 50 1 摘要 ： 綜合機(jī)械化采煤具有產(chǎn)量大 、效率高、成本低、改善作業(yè)環(huán)境、減輕笨重的體力勞動等優(yōu)點，是煤炭工業(yè)回采工作面生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。 隨著機(jī)械化采煤技術(shù)的高速發(fā)展，各種類型的液 壓支架正在我國各局、礦推廣使用，并已獲得了很好的效果。但是，液壓支架是一種新技術(shù)，為了更好的掌握液壓支架的結(jié)構(gòu)和性能特點，并能夠綜合運用所學(xué)過的知識，初步掌握工程技人員應(yīng)具備的查閱、設(shè)計計算、制圖和編寫技術(shù)文件等基本技能，本人以煤礦用二柱掩護(hù)式液壓支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計為對象進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計。 本設(shè)計主要針對液壓支架的選型、布局、液壓系統(tǒng)的負(fù)載、流量、功率、回路等的設(shè)計與計算以及多種標(biāo)準(zhǔn)件的選取等各方面展開工作，同時還對系統(tǒng)壓力損失、發(fā)熱、效率等性能進(jìn)行了驗算。 關(guān)鍵詞 ： 液壓支架；機(jī)械化；煤炭工業(yè)；液壓系 統(tǒng) 2 Abstract： Mechanized coalmining has its large output, high efficiency and low cost. It can improve the working environment and reduce the heavy manual labour. So integrating with all these advantages of mechanized coalmining is the development direction of production technology of coal industry stope. With the high development of mechanized coalmining technology, various types of hydraulic supports are widely used in China, and it has been get very good results. However, hydraulic support is a new technology. In order to be better in mastering the structure and the performance characteristics of hydraulic support, the author makes a relevant design with “the research of the tow-setted hydraulic shield support in coal mine”. According to this, it can help the author to grasp the basic skills on consulting, counting, mapping and compiling preliminarily, which should be known by the engineers and technicians. This project is mainly aimed at the design and calculation of sample and layout on hydraulic support, and the load, flow, power and loops on hydraulic system. Then, in accordance with the selection of many standard parts and others, the author sets off his work. At the same time, the performances of systematic loss, fever and efficiency are checked carefully. Key words: hydraulic support； mechanized； coal industry； hydraulic system 3 前言 綜合機(jī)械化采煤具有產(chǎn)量大 、效率高、成本低、改善作業(yè)環(huán)境、減輕笨重的體力勞動等優(yōu)點，是煤炭工業(yè)回采工作面生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。 隨著機(jī)械化采煤技術(shù)的高速發(fā)展，各種類型的液壓支架正在我國各局、礦推廣使用，并已獲得了很好的效果。但是，液壓支架是一種新技術(shù)，為了更好的掌 握液壓支架的結(jié)構(gòu)和性能特點，并能夠綜合運用所學(xué)過的知識，初步掌握工程技人員應(yīng)具備的查閱、設(shè)計計算、制圖和編寫技術(shù)文件等基本技能，本人以煤礦用二柱掩護(hù)式液壓支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計為對象進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計。 本設(shè)計主要針對液壓支架的選型、布局、液壓系統(tǒng)的負(fù)載、流量、功率、回路等的設(shè)計與計算以及多種標(biāo)準(zhǔn)件的選取等各方面展開工作，同時還對系統(tǒng)壓力損失、發(fā)熱、效率等性能進(jìn)行了驗算。 在設(shè)計過程中，由于水平有限，本設(shè)計也必然存在諸多不足與漏洞，希望各位老師及讀者提出寶貴意見。 編者 2007年 5月 21日 4 第一章 液 壓 支 架 概 論 第一節(jié) 液壓支架的應(yīng)用及意義 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)對煤炭需要量的日益增加，煤礦開采，特別是采媒工作面的生產(chǎn)技術(shù)面貌發(fā)生了巨大變化。自 1945 年英國裝備了世界上第一個液壓裝置開始，采煤技術(shù)實現(xiàn)了綜合機(jī)械化。綜合機(jī)械化采煤，就是工作面采煤、運輸和支護(hù)三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)都實現(xiàn)機(jī)械化。也就是說，采用滾筒式或刨消式等采煤機(jī)械落媒與裝媒；工作面重型可彎曲運輸機(jī)，以及與之適應(yīng)的順槽傳載機(jī)和可伸縮皮帶運輸機(jī)等運煤；自移式液壓支架支護(hù)和管理頂板。這幾 種設(shè)備相互配合，組成了綜合機(jī)械化采煤設(shè)備。 液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實現(xiàn)支撐、降落移架和推移運輸機(jī)等一整套工序。液壓支架技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，安全上可靠，當(dāng)前世界各國都在不斷的提高采煤工作面的機(jī)械化水平。 我國于 1964 年開始研制液壓支架，已先后試制了 MZ-1928 型、 TZ 型、 BZZC 型、WKM-400 型、 DM-400 型、 YZ 型、 ZYZ 型、 ZY 型等多種形式的液壓支架，并在開灤、大同、陽泉、鶴壁、徐州、銅川、義馬、淮 北等局礦進(jìn)行了試驗和使用，取得了較好的效果。 1974 年以來以德國、英國蘇聯(lián)和波蘭等國引進(jìn)了許多不同類型的液壓支架。實踐證明，液壓支架具有強(qiáng)度高、支護(hù)性能好、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點，能使采煤工作面得到高采量、高回采率和高工效，能大大減輕勞動強(qiáng)度，降低成本和掘進(jìn)率，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。 第二節(jié) 綜采工作面的布置和循環(huán)工作過程 綜合機(jī)械化采煤設(shè)備在工作面的布置情況如 圖 1 1 所示，其中主要設(shè)備有：進(jìn)行落煤和裝煤工作的滾筒式采煤機(jī) 1（也可用刨煤機(jī)）；完成工作面用煤工序的可彎曲刮板運輸機(jī) 5 和順槽運輸設(shè)備（轉(zhuǎn)載機(jī) 4 與可 伸縮皮帶運輸機(jī) 3），用于支護(hù)頂板的工作面支架 2 和端頭支架 10、 11，設(shè)在下順槽的乳化液泵站（包括乳化液 8 和乳化液箱 9），以及由乳化液泵站引入工作面的主進(jìn)管 6 和回液管 7 等。各種綜采工作面的布置方式基本相同，只是設(shè)備和使用條件的不同略有差異。 上述各種設(shè)備在回采工作面中，按一定的生產(chǎn)工藝流程協(xié)調(diào)的進(jìn)行工作，發(fā)揮著各自的效能。綜采工作面的生產(chǎn)過程比較單一，只有采煤、移架、推溜三項主要工序，而這三項工序的組合，可以是采煤移架推溜也可以是采煤推溜移架。前者隨采煤機(jī)后緊接移架，及時支護(hù)頂板，稱及時支護(hù)方式。后者 推溜后在移架，稱滯后支護(hù)方式，現(xiàn)在以采用先移架，后推溜工作方式的總采面為例，說明他的循環(huán)工作過程（ 見圖 11）： 5 A-A 斷面表示采煤機(jī)截割前狀態(tài)，此時，運煤機(jī)緊靠煤壁，移架裝置處于伸出狀態(tài)，支架相對于運輸機(jī)退后一個步距。 B-B 斷面表示采煤機(jī)截割后狀態(tài)，這時支架頂梁端與煤壁之間的頂板裸露，需要及時支護(hù)。 C-C 斷面表示采移架后狀態(tài)，采煤機(jī)截割后接著把支架移至緊靠運輸機(jī)的位置，并升柱撐緊，以便及時支護(hù)新暴露的頂板，移架步距一般 600mm，它必須與采煤機(jī)的截割深度相配合。 D-D 斷面表示推移運輸機(jī)后狀態(tài)， 隨著采煤機(jī)的不斷截割前進(jìn)，滯后采煤機(jī)約 1012m 左右，把運輸機(jī)推至煤壁前的新機(jī)道上。 由此可知，這個綜采工作面的回采工藝流程是采煤、移架和推溜。沿工作面全長，每完成一個流程，即采煤機(jī) 割一刀，液壓支架和工作面運輸機(jī)前進(jìn)一次，稱為一個循環(huán)。綜采工作面的生產(chǎn)過程，就是按此循環(huán)工作不斷進(jìn)行的過程。 第三節(jié) 液壓支架的組成及工作原理 一 液壓支架的組成 圖 1 2 為液壓支架的一種典型結(jié)構(gòu)，它由頂梁（包括前梁 1 和主梁 2）、支柱 5、掩護(hù)梁 4、底座 8、推移裝置 9、閥件、管路系統(tǒng)、連接部件及各種附屬裝置等組成。頂梁和底座通過數(shù)根支柱支撐在頂?shù)装逯g，構(gòu)成一個可以活動的承載構(gòu)件，支護(hù)頂板，維護(hù)工作空間。綜合各種類型液壓支架的結(jié)構(gòu)它的組成可歸結(jié)為承載結(jié)構(gòu)件、動力油缸、控制操縱元件、輔助裝置和工作液體五部分。 （一）承載結(jié)構(gòu)件：包括頂梁、掩護(hù)梁和底座等。 1.頂梁：直接與頂板（包括鎂錠、分層假頂?shù)龋┫嘟佑|，并承受頂板巖石載荷的支架部件叫頂梁。它也為支柱、掩護(hù)梁和擋矸裝置等提供連接點。頂梁除整體結(jié)構(gòu)形式外，一般由若干段組成，接它對頂板的支護(hù)作用和位置，可分為主梁、前梁和尾梁。如果頂梁在前后支柱間鉸接也可稱為前梁和后梁。掩 護(hù)梁上部直接于頂梁鉸接，下部直接或簡接（通過連桿機(jī)構(gòu)）與底座鉸接。 3.底座：直接和底板（包括分層煤底等）相接觸，傳遞頂板壓力到底板的支架部件叫底座。底座除為支柱、掩護(hù)梁提供連接點外，還要安設(shè)千斤頂?shù)炔考?（二）動力油缸：包括支柱和各種千斤頂 1.支柱：支架上凡是支撐在頂梁（或掩護(hù)梁）和底座只間，直接和間接承受頂板載荷的主要油缸叫支柱。支柱是支架的主要承載部件，支架的支撐力和支撐高度，主要取決于支柱的結(jié)構(gòu)和性能。 2.千斤頂：支架上除支柱以外的各種油缸都叫千斤頂，如前梁千斤頂、推移千斤頂、調(diào)架千斤頂，還有 平衡、復(fù)位、側(cè)推和護(hù)幫千斤頂，完成著推移運輸機(jī)、移設(shè)支架和支架 6 的調(diào)整等各項動作。 （三）控制操縱元件：包括控制閥（即液控單向閥和安全閥）、操縱閥等各種閥件和管件。這些元件是保證支架獲得足夠的支撐力、良好的工作特性以及實現(xiàn)預(yù)定動作所需的液壓元件，它的種類和數(shù)量，隨支架結(jié)構(gòu)和動作要求的不同而異。 （四）輔助裝置：支架上除上述三項構(gòu)件以外的其它構(gòu)件，都可歸入輔助裝置，它包括推移裝置、復(fù)位裝置、擋矸裝置、護(hù)幫裝置、防倒防滑裝置、照明和其它附屬裝置等。 （五）工作液體：這時傳遞泵站能量，使液壓支架能有效工作 的工作介質(zhì)。液壓支架的工作液體是乳化液。 二 液壓支架的工作原理 （一）液壓支架自動移設(shè)的原理：液壓支架以高壓液體為動力，通過各種動力油缸的伸縮，使支架完成升起、降落、行走和推移運輸機(jī)等各種動作，以便支架隨工作面不斷推進(jìn)而反復(fù)支撐、前移和調(diào)整。 圖 1 3 是一個最簡單的液壓支架的工作系統(tǒng)示意圖。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作過程分別加以敘述。 1.降柱：當(dāng)旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開供液閥時，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管，進(jìn)入支柱活塞桿腔，同時也進(jìn)入液控單向閥的控制管路，打開液控單向閥，支柱活塞 腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液管，支柱卸載下降。 2.移架：液壓支架卸載后，操縱閥轉(zhuǎn)到移架位置，打開供液閥時，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管進(jìn)入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，同時也進(jìn)入液控油路，打開液控單向閥，而活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥流回主回液管，推移千斤頂收縮， 7 以運輸機(jī)為支點，拉架前移。運輸機(jī)靠相鄰的推移千斤頂來固定，千斤頂由液控單項閥緊鎖。 3.升柱 :液壓支架移到新的位置后，應(yīng)及時升柱，以支撐新暴露的頂板。操縱閥轉(zhuǎn)到 升柱位置，打 開供液閥，高壓液體由主進(jìn)液管進(jìn)入，經(jīng)操縱閥到 液控單向閥， 進(jìn)入到推 移 千斤頂?shù)幕钊麠U腔，支柱活塞矸腔的油液，同時也進(jìn)入液控油路，經(jīng)油管和操縱閥流 回主回液管，活塞和頂梁升起，支撐頂板。 4.推移運輸機(jī) :當(dāng)液壓支架前移并重新支撐后，操縱閥轉(zhuǎn)到推移位置，打開供液閥時，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥、液控單向閥進(jìn)入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，活塞桿腔的油液經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，推移千斤頂?shù)幕钊麠U伸出，以液壓支架為支點，把運輸機(jī)推移到新的工作位置。 在實際生產(chǎn)中，對于具體支架的動作，根據(jù)該支架的結(jié)構(gòu)和需要來確定。 （二）液壓支架的支撐承載能力：液壓支架的支撐承載 能力是指液壓支架與頂板之間相互力學(xué)原理，它包括初撐增阻、承載增阻和恒阻三個工作階段。 1. 初撐增阻階段：在升柱過程中，從頂梁接觸頂板起，至支柱活塞腔的油液壓力達(dá)到泵站的工作壓力時，松開手把，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，閥球封閉了支柱活塞腔的油液，這就是支架的初撐階段。此時支柱和支架對頂板產(chǎn)生的支撐力稱為初撐力。 支柱初撐力： 2 ()4 1 0 0 0cbDfP 噸支架初撐力：c ()cF n f 噸bP泵 站的工作壓力（公斤 /l 厘米 2） 8 D支柱缸體徑經(jīng)（厘米） n每架支架的支柱數(shù) 支撐效率（垜式支架 1） 支架初撐力的大小，取決于泵站的工作壓力，支架支柱數(shù)和支柱缸體的內(nèi)徑以及架型等。實際上支柱初撐后，活塞腔的油液壓力由于阻力損失、操作情況和閥的靈敏度等原因，往往低于泵站工作壓力。 2. 承載增阻階段：支架初撐后，隨頂板的下沉，支柱活塞腔被封閉的油液受到壓縮，油液壓力繼續(xù)升高，呈現(xiàn)承載增阻狀態(tài)。這時 由于支柱缸徑增大，油液被壓縮而體積縮小，即使乳化液沒有任何漏損，安全閥并未動作卸載，支柱總長度也降縮短。這個縮短量可用下式計算： 22222d ( ) ( )dDl P l ED 厘 米 式中： P 支柱由初撐力起到達(dá)工作阻力時，支柱內(nèi)壓力得增值（公斤 /l 厘米 2） 乳化液的體積壓縮系數(shù)，近似取水的壓縮系數(shù) 0.0000475 l 支柱內(nèi)壁壓縮液柱的高度（厘米） E 鋼材的彈性系數(shù) 82.1 10E （公斤 /l 厘米 2） 剛才的泊松比 0.28 D支柱缸體外徑（厘米） d支柱缸體內(nèi)徑（厘米） 這個縮短量是有彈性的，如果作用在支柱上的載荷，反過來從工作阻力減小到初撐力時，支柱仍會恢復(fù)到原來的長度。因此，這個 支柱長度上的縮短量，稱為支柱的彈性可縮量。 根據(jù)開灤局井下實測，在各種不同的初撐力、工作阻力喝才高的情況下， MZ-1928型支柱的彈性可縮量在 6 10mm 范圍內(nèi)。這個彈性可縮量會使支柱工作還未達(dá)到工作阻力之前，就造成頂板的下沉，有可能使巖石離層，對頂板管理是不利的。經(jīng)試驗證明，減小支柱的彈性可縮量，對改善頂板管理起著重要的作用。具體措施是，使用高壓乳化液泵，提高支柱初撐力；改善單向閥的質(zhì)量，要能及時關(guān)閉也路；注意操作方法，使支柱下腔盡可能達(dá)到泵站的工作壓力。 3. 恒阻階段：支架承載后，如果完全支撐住頂板， 不允許頂板下沉，需要有強(qiáng)大的支撐力。在實際生產(chǎn)中，由于頂板壓力有時相當(dāng)巨大，想設(shè)計出能抗住巨大頂板壓力，而一點也不讓壓的支架是及困難的，實際上也沒有這種必要。 都使支架能隨頂板下沉?xí)r，有一定的可縮量，但又保持一定的支撐力不敢于使頂板任意下沉而造成破壞冒落。要求支架即具有一定的支撐力，又具有可縮性。液壓支架的這種特性，是由支柱的安全閥來控制的。在頂板壓力增大時，支柱活塞腔被封閉的油液壓力就迅速升高，當(dāng)壓力值超過安全閥的動作壓力時，支柱活塞腔的高壓液體經(jīng)安全閥泄出，支柱降縮，支柱活塞 9 腔的液體壓力減小，這就是支 架的“讓壓” 特性；當(dāng)壓力小于安全閥的動作壓力時，安全閥又關(guān)閉，停止卸液，支柱活塞腔的液體又被封閉，支架恢復(fù)正常工作。由于安全閥動作壓力的限制，支柱呈現(xiàn)出恒阻特性，此時支柱和支架承受的最大載荷稱為工作阻力。 支柱工作阻力： 2za()4 1 0 0 0DfP 噸 支架工作阻力： zz()F n f 噸式中： aP安全閥的動作壓力（公斤 /厘米 2） 支架的工作阻力取決于安全閥的動作壓力、支架支柱數(shù)、支柱缸體內(nèi)徑和 架型等。 安全閥使支柱具有恒定的設(shè)計工作阻力，同時又使支柱在承受大于設(shè)計工作阻力的頂板壓力時，可隨頂板的下沉而下縮，這就是液壓支架的恒 阻性和可縮性。未防止安全閥頻繁動作而失效，應(yīng)使支架的工作阻力 大于正常的頂板壓力，也就是說，在工作生產(chǎn)過程中，支架還沒有達(dá)到設(shè)計工作阻力之前，就已前移到新的支撐位置。 工作阻力時液壓支架的一個基本參數(shù)，用來表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，并不能完全反應(yīng)支架對頂板的支撐力，因此常采用表示單位面積頂板上所受支架工作阻力值大小的支護(hù)強(qiáng)度參數(shù)，來比較支架的 支護(hù)性能。 支架支護(hù)強(qiáng)度： 22 (FW A 噸 米 ）式中： A支架的支護(hù)面積（米 2） 由上可知，支柱或支架工作時，其支撐力隨 時間的變化是，支架升起，頂梁開始接觸頂板至液控單向閥關(guān)閉時的初撐增阻階段 to，初撐結(jié)束至安全閥卸載前的承載增阻階段 t1 和安全閥出現(xiàn)重復(fù)卸載時的恒定階段 t2。這種變化過程反應(yīng)了支架的支撐力和時間之間的關(guān)系（圖 1 4）。 圖中虛線表示，有些支架的支柱并未達(dá)到額定的工作阻力值就已降柱前移，支架前移后按原過程重新支撐。 上述工作過程表明：液壓支架在額定工作阻力值 以下工作時，具有增阻性，以保證支架頂板的有效支撐作用；當(dāng)支架支撐力超過額定工作阻力值時，支架隨頂板下沉而下縮，使支架保持恒定的工作阻力，即具有可縮性和恒阻性。支架本身的增阻性取決于液控單向閥和支柱的密封性能，可縮性和恒阻性則由安全閥的溢流性能決定。因此，液控安全閥、單向閥、支柱這三個部件，是保證支架性能的關(guān)鍵元件。 通過上述，對液壓支架的工結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，可初步確定液壓支 架 10 附圖 -1 液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)的原理圖。祥見附圖 -1。 第四節(jié) 液壓支架的分類 一、按支架和圍巖的相互作用，液壓支架可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三類。 （一）支撐式支架： 圖 1 5 是一種典型的支撐式支架，它有較長的頂梁，較多的支柱，并呈垂直布置，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位機(jī)構(gòu)來保證，因此有堅固的箱式底座。它靠支柱與頂梁的支撐作用，控制工作面的頂板，維護(hù)工作空間，而頂板巖石則在頂梁后部切斷跨落。這種類型的支架具有交大的支撐能力和良好的切頂性能，因此適應(yīng)于頂板堅硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，底板也較硬的煤層中。 （二）掩護(hù)式支架： 圖 1 6 是掩護(hù)式支架的典型結(jié)構(gòu)之一，它的頂梁較短，支柱一排，一般僅 1 2 根，多呈傾斜布置與掩護(hù)梁連接或直接與頂梁相連接。它靠支柱和頂梁支撐頂板，而掩護(hù)梁只與冒落矸石相接觸，防止矸石涌入工作面，以維護(hù)一定的工作空間。這種類型的支架，有良好的防矸掩護(hù)性能，主要適用于頂板中等穩(wěn)定和破碎，底板也較軟的煤層中。 （三）支撐掩護(hù)式支架：支撐掩護(hù)式支架是介于支撐式和掩護(hù)式之間的一種架型。它的特點是，支柱兩排，每排 1 2 根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu) （見圖 1 2）。這類支架靠 支撐和掩護(hù)作用來維護(hù)工作空間，兼有支撐式和掩護(hù)式支架的優(yōu)點，適用于頂板穩(wěn)定和中等穩(wěn)定，有較明顯的周期壓力，底板中等穩(wěn)定 11 的煤層中。 支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式等三類支架中，對照采煤工藝對支架的要求來看，掩護(hù)式支架具有很多特點和較廣的適 用范圍。雖然掩護(hù)式支架單位工作面長度上的支撐能力不如其余兩種，但由于控頂距小單位面積上的支撐力較大，能對頂板進(jìn)行有效的支撐；還有有效的擋矸裝置，能更好的適應(yīng)破碎頂板的支護(hù)需要；支架本身為一定的運動機(jī)構(gòu)，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的結(jié)構(gòu)和液壓系數(shù)簡單，操作簡便，管理維修 容易；支架調(diào)高范圍較大，對煤層厚度變化的適應(yīng)性強(qiáng)。所以，掩護(hù)式支架在使用中已取的良好的經(jīng)濟(jì)效果，使用范圍正在擴(kuò)大。 二、按移動方式，液壓支架可分為整體自移式和邁進(jìn)式兩類。 （一）整體自移式：支架成整體結(jié)構(gòu)，因而整體移動。掩護(hù)式，和部分支撐式支架，均采用這種移架方式。 （二）邁進(jìn)式：邁進(jìn)式支架又可分為交互前移式和提步前移式兩種。 1.交互前移式支架，是利用主副架護(hù)為著力點交互推拉前移的方式，架間安裝推移千斤頂和導(dǎo)向裝置。一般節(jié)式支架常用這種移架方式。 2.提步前移式支架，是采取頂梁不大量下降，提腿跨步的方式。 例如，蘇 2M-81 型支撐掩護(hù)式支架，移架時沿著支撐柱頂板的臨架頂梁推移。還有一種是滑行頂梁式支架，移架時本架頂梁在內(nèi)部滑移。 三、根據(jù)使用地點的不同，液壓支架又可分為工作面支架和端頭支架兩類。 上述各類支架均為工作面支架，用來支護(hù)工作面的頂板。端頭支架，則用在工作面兩端與順槽的連接處，由于此處的機(jī)械設(shè)備較多，需要占有的工作空間大，同時又是人員的安全出口，要求端頭支架能很好的和各設(shè)備相配合，達(dá)到有效的支護(hù)懸露面積較大的頂板。因此，端頭支架在結(jié)構(gòu)上具有特殊性 。 第五節(jié) 液壓支架的發(fā)展動向 近幾年來，為適應(yīng)采煤綜合機(jī)械化的發(fā)展需要，液壓支架獲得了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了很多類型，據(jù)統(tǒng)計，它的結(jié)構(gòu)形勢已達(dá)數(shù)百種。每種支架的支柱從 1 根導(dǎo) 8 根，支撐力從 50 噸到 800 噸，支架適應(yīng)煤層厚度的范圍由 0.6 米到 5 米，也以至更厚的煤層， 12 適應(yīng)煤層傾角由 0到 45，甚至 70左右。在緩傾斜薄及中后煤層中，液壓支架已獲得廣泛的應(yīng)用，但是由于煤層賦存條件復(fù)雜，支架的結(jié)構(gòu)還不夠完善，設(shè)備需要管理和操作經(jīng)驗，所以液壓支架的使用范圍仍受到限制。 為了改進(jìn)支架的支護(hù)性能，提高它對不同礦山地質(zhì)條件的適應(yīng) 性，擴(kuò)大使用范圍，延長使用壽命，目前液壓支架有下列幾方面的發(fā)展動向： 1.大力發(fā)展掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，對其它形式的支架，應(yīng)用逐漸減少。 1976年國際采礦設(shè)備展覽會展出的 89種液壓支架中，有 80是掩護(hù)式支架，這些支架的主要特點是：采用四連桿機(jī)構(gòu)，使梁端和煤壁之間的距離基本保持恒定；支柱支在頂梁上，提高了支架的工作阻力；頂梁和掩護(hù)梁鉸接，取消了兩者間易被矸石堵賽的三角區(qū)；掩護(hù)梁和頂梁的主梁部分均裝設(shè)側(cè)護(hù)板，提高了支架的防護(hù)能力；采用整體自移式，便于支架操作和實現(xiàn)自動控制。 2.液壓支架的進(jìn)一步發(fā)展，是著重 解決擴(kuò)大使用范圍的問題。目前，各國正在研制大傾角、大采高、大截深和薄煤層支架，并使支架和采煤機(jī)更好地配合。近幾年來，國外正在研制一次截深 1.5米左右或一次采高 5.5 米的液壓支架。同時，為擴(kuò)大支架適應(yīng)的高度范圍，廣泛采用雙伸縮式支柱。 3.采用高壓乳化液泵，以提高支架的初撐力，很多國家使用的泵站壓力已達(dá)到 300公斤 /厘米 2以上。 4.為了簡化支架管路系統(tǒng)和便于安全操作，開始采用“多芯管”先導(dǎo)式鄰架控制的操縱方式。 5.為加快支架移設(shè)速度，進(jìn)一步改善操縱條件，支架控制正在向自動控制方向發(fā)展。目前，分組程序已開始 使用，全工作面的自動控制還處在研究階段。 13 第二章 液壓支架結(jié)參數(shù)和形式的確定 本 章介紹液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定和架型的選取，而 對 液壓支架受力分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性等內(nèi)容將不做介紹。 一 高度的確定 一般首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。支架的最大高度與最小高度的之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架的適用范圍越廣，但過大的調(diào)高范圍會給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計造成困難，可靠性降低。 該參數(shù)以給出，取支架高度（米）： 2.0 3.8 二 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用 1.5 m。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般家的要求，中心距可采用 1.25m。 本設(shè)計中也取中心距（米）： 1.5m 支架寬度是指，頂梁的最大和最小寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板一般行程為 170 200mm。當(dāng)支架中心距為 1.5m時，最小寬度 一般取 1400 1430mm，最大寬度一般取 1570 1600mm。 若取側(cè)護(hù)板行程為 180mm，則可選支架寬度為： 最小寬度： 1410mm； 最大寬度： 1590mm。 三 梁端距和頂梁長度的確定 所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離（nL），如 圖 2-1所示。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成的運輸機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距也應(yīng)越大。 當(dāng) 采用即時支護(hù)時，一般大采高支架梁端距應(yīng)取 350 480mm，中厚煤層支架梁端距應(yīng)取 280 340mm；薄煤層支架梁端距應(yīng)取 200 300mm。 現(xiàn)取梁端距： mmln 300圖 2-1 液壓支架尺寸關(guān)系 14 頂梁長度受支架形式、配套采煤截深、刮板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護(hù)形式等的制約。 )(01513 dmEA Cllxlll 當(dāng)采用及時支護(hù)方式時：dC=0 現(xiàn)根據(jù) 支護(hù)面積、支架最大寬度得： ml 767.259.1 4.413 四 頂梁形式的選擇 支架常用頂梁形式有三種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。鉸接頂梁的前段稱為前梁，后段稱為主梁，一般簡稱頂梁。 1. 整體頂梁 整體頂梁（ 圖 2-2）的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、 可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；可以設(shè)置全長側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護(hù)效果，減少架間漏矸。為改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前端（ 800 100mm） , 一般上翹 1 3 。 2. 鉸接式頂梁 圖 2-2 整體頂梁 鉸接式頂梁如圖 2-3 所示。在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動，對不平頂板 的適應(yīng)性較強(qiáng)。運輸時可以將前梁放下與頂梁垂直，以減少運輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力的聯(lián)接強(qiáng)度。前 梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。為了順 圖 2-3 鉸接頂梁 利 移架，前梁間 一般要留有 1. 前梁； 2. 前梁千斤頂； 3. 頂梁 100 500mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 3. 楔形頂梁 楔形結(jié)構(gòu)梁如圖 2-4 所示。楔形梁 1 和后梁 4 通過銷軸鉸接，而千斤頂鉸接 于頂梁上。 楔形結(jié)構(gòu) 梁利用構(gòu)件間摩擦自鎖原理，通過楔塊 2 與楔形梁 1和頂梁 4 之間的摩擦作用，使楔形梁 1、楔塊 2 和后梁 4 在受載時保持為一個 整體，如同整體剛性頂梁，這樣，該 圖 2-4 楔形結(jié)構(gòu)梁 梁 宜 具有整體剛性頂梁前端支護(hù)力 1. 楔形梁； 2. 楔塊； 3. 楔形梁千斤頂； 4. 后梁 大的優(yōu)點。由于楔形梁 1 與后梁 4 為鉸接結(jié)構(gòu)，當(dāng)操作楔形梁千斤頂伸出或縮回時帶動楔形塊前后移動，從而使楔形梁 1 繞鉸軸上下擺動，其擺動范圍取決于楔形塊的行程和 15 楔角的大小。由于擺動范圍較鉸接頂梁小，因而該梁不具有鉸接頂梁的靈活性。此外，在運輸時楔形梁 1 可以放到下垂位置，縮短了運輸尺寸，從而方便運輸和安裝。 現(xiàn)根據(jù)常用液壓支架頂梁形式各自特點，本設(shè)計采用整體頂梁。 五 支架側(cè)護(hù)板形式的選擇 支架側(cè)護(hù)板裝置 一般由側(cè)護(hù)板、彈簧筒、側(cè)護(hù)板千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。 支架常用的活側(cè)護(hù)板的形式有三種 , 即直角式單側(cè)活動式側(cè)護(hù)板，直角式雙側(cè)可活動側(cè)護(hù)板和折頁式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板。 1. 直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板 直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板如 圖 2-5 所示，一側(cè)為固定側(cè)護(hù)板，一側(cè)為活動側(cè)護(hù)板。固定側(cè)護(hù)板即是梁的邊筋板，可以增加梁體強(qiáng)度，減輕支架重量。直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板適用于工作面傾角較小（ 15 度以下）的緩傾斜煤層或水平煤層，具有擋矸密封性好和導(dǎo)向性好的特點。 2. 直角雙側(cè)可調(diào)的活動側(cè)護(hù)板 直 角 雙 側(cè) 可 調(diào)的 活動 側(cè) 護(hù) 板 如 圖 2-6 圖 2 -5 直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板 所示，可以根據(jù)工作面傾角方向，調(diào)整 一側(cè)固定，另一側(cè)活動，適應(yīng)性強(qiáng)，可以用于各種支架。 3. 折頁式活動側(cè)護(hù)板 折頁式活動側(cè)護(hù)板如 圖 2-7所示，它的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，千斤頂可以布 置在梁體的外側(cè)，便于拆裝和維修。但擋矸、密封 性差，易形成矸石漏泄，且移架時導(dǎo)向性差。主要用于頂板比較穩(wěn)定或堅硬條件的支撐掩護(hù)式支架， 且只能安裝于頂梁。 頂梁側(cè)護(hù)板高度一般選取 250mm 500mm，薄煤層支架取下限，大采高支架取上 圖 2-7 折頁式活動側(cè)護(hù)板 圖 2-6 直角式雙側(cè)可調(diào)的活動側(cè)護(hù)板 1. 活動上側(cè)護(hù)板； 2. 活動下側(cè)護(hù)板； 3. 頂桿； 4. 頂板； 5. 固定側(cè)護(hù)板 限。掩護(hù)梁 側(cè)護(hù)板的后連桿高度一般根據(jù)支架最大高度時，側(cè)護(hù)板水平尺寸等于移架步距加 100 200mm 搭接量的尺寸確定。 支架的側(cè)板易損壞，其主要的損壞形 圖 2-8 側(cè)護(hù)板機(jī)構(gòu) 式有： 1. 側(cè)護(hù)板導(dǎo)向桿耳座與彈簧筒耳座 16 易脫落； 2. 導(dǎo)向桿和彈簧筒彎曲變形； 3. 側(cè)護(hù)板的側(cè)板彎曲變形； 4. 側(cè)護(hù)板和上板焊縫開裂。為此，要求側(cè)護(hù)板的耳座結(jié)構(gòu)采用嵌入式，并使導(dǎo)向桿和彈簧筒能插入側(cè)板內(nèi)。另外，可在上板的側(cè)板間焊加強(qiáng)筋，如 圖 2-8 所示。 現(xiàn)根據(jù)常用側(cè)護(hù)板形式各自特點，本設(shè)計選 用直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板。 六 底座形式的選擇 支架底座常用形式 3 種，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座。 a) 整體剛性底座 整體剛性底座如 圖 2-9 所示，中擋前部一般有一 高度 50100mm 小箱形結(jié)構(gòu)，中擋 后部上方為箱形結(jié)構(gòu)、推移千斤頂 一般安裝在箱形體之下。整體剛性 底座立柱柱窩前一般要設(shè)計一過 橋，以提高底座的整體剛性和抗扭 能力。整體剛性底座的整體剛度和 強(qiáng)度好，底座接底面積大，有利于 減小對底 板的比壓，但中擋推移機(jī) 構(gòu)處易積存浮煤碎矸，清理較困難， 一般用于軟底板條 件下工作面支架。 圖 2-9 整體剛性底座 b) 底分式剛性底座 底分式剛性底座如 圖 2-10 所示。底座底板是中分式的，中檔推移機(jī)構(gòu)直接落 在煤層底板上，前立柱柱窩前有過橋，中檔后部上方為箱形結(jié)構(gòu)。由于底分式剛性底座中檔底板分體，推移裝置處的浮煤、碎矸可以隨支架移架從后端排到采空區(qū)，不需要人工清理，適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，但是減少了底座接底面積，增大了對 頂板的比壓。 圖 2-10 底分式剛性底座 圖 2-11 鉸接分體底座 目前高產(chǎn)高效工作面液壓 支架一般均采用分體剛性底座。 c) 鉸接分體式底座 如 圖 2-11 所示，鉸接分體式底座分為左右相對獨立的兩部分，從中擋處 17 鉸接，左右底座在垂直方向可以相對錯動，無剛性約束。這種底座對底板不平的適應(yīng)性好，減少了底座的扭轉(zhuǎn)和偏載載荷，但是支架的整體剛性有所降低。波蘭支架采用鉸接分體底座的較多，我國 ZY3600/17/35K 支架等也是采用這種鉸接分體式底座。目前這種底座結(jié)構(gòu)以較少采用。 根據(jù)常用底座的各自特點，本設(shè)計中選用整體剛性底座。 七 柱間距和筋板配置 支架柱間距是指，兩排立柱間的距離。柱間距和筋板配置要考慮支 架的中心距、立柱缸徑、推移裝置的寬度等因素。合理確定柱間距和筋板配置，是支架結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要任務(wù)。柱間距和各部件筋板配置關(guān)系如 圖 2-12 所示。根據(jù)經(jīng)驗， 推薦五種柱間距和筋板配置方案列于 表 2-1 中 。 圖 2-12 柱間距與 各部件筋板間配置關(guān)系 表 2-1 柱間距和筋板配置推薦尺寸 單位 :（ mm） 參數(shù) 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 d 850 820 770 720 720 d1 810 780 740 690 690 C 1310 1280 1280 1280 1355 C1 1350 1290 1190 1110 1110 B1 400 360 320 320 320 B2 390 350 310 310 310 B3 330 290 270 270 270 B4 320 280 260 260 260 B5 340 300 270 260 260 18 B6 430 390 360 390 330 H7 360 320 290 290 290 B8 350 310 280 280 280 BC 350 350 350 330 330 BW 1400 1382 1300 1300 1300 A 1368 1368 1368 1368 1368 適運條件 180320BLDD 180280BLDD 180250BLDD 160200BLDD 160200BLDD 注： LD -立柱缸徑； BD -推移千斤頂缸徑。 參照上表，可以選方案 3 的推薦尺寸用以本設(shè)計。 八 推移裝置的形式選擇 推移裝置由推移桿、推移千斤頂和接頭等主要零部件組 成，其中推移桿是決定推移裝置形式和性能的關(guān)鍵部件。推移桿的常用形式有正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。 1. 短推移桿 短推移桿一般結(jié)