礦用液壓支架的設(shè)計(jì)液壓支架的設(shè)計(jì)

1、目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc331 1. 簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc331 3 HYPERLINK l _Toc22319 2.液壓支架設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc22319 13 HYPERLINK l _Toc19753 2.1 液壓支架的工作原理 PAGEREF _Toc19753 13 HYPERLINK l _Toc23289 2.2 支架的組成 PAGEREF _Toc23289 13 HYPERLINK l _Toc7742 2.3 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用 PAGEREF _Toc7742 13 HYPERLINK l _Toc6

2、784 2.3.1 頂梁 PAGEREF _Toc6784 13 HYPERLINK l _Toc28409 2.3.2 蓋梁 PAGEREF _Toc28409 14 HYPERLINK l _Toc894 2.3.3 基數(shù) PAGEREF _Toc894 14 HYPERLINK l _Toc1805 2.3.4 四連桿 PAGEREF _Toc1805 15 HYPERLINK l _Toc5177 2.3.5 推動(dòng)機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc5177 17 HYPERLINK l _Toc21403 2.4 框架式液壓支架 PAGEREF _Toc21403 18 HYPERLINK

3、 l _Toc5492 第 3 章液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc5492 19 HYPERLINK l _Toc29145 3.1 液壓支架的選擇 PAGEREF _Toc29145 19 HYPERLINK l _Toc20744 3.1.1 液壓支架的首選結(jié)構(gòu)型式 PAGEREF _Toc20744 19 HYPERLINK l _Toc2003 3.1.2 液壓支架框架選型原則 PAGEREF _Toc2003 19 HYPERLINK l _Toc4638 3.1.3 影響車架類型選擇的因素 PAGEREF _Toc4638 20 HYPERLINK l _Toc9260

4、 3.2 液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc9260 21 HYPERLINK l _Toc25697 3.2.1液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定原則和內(nèi)容 PAGEREF _Toc25697 21 HYPERLINK l _Toc25880 液壓支架整體結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc25880 21 HYPERLINK l _Toc29092 3.4 PAGEREF _Toc29092 液壓支撐部件的設(shè)計(jì)26 HYPERLINK l _Toc26588 3.4 起草液壓系統(tǒng) PAGEREF _Toc26588 31 HYPERLINK l _Toc6605 第 4 章支撐的應(yīng)力分析和

5、計(jì)算 PAGEREF _Toc6605 31 HYPERLINK l _Toc19866 4.1 支架工作狀態(tài) PAGEREF _Toc19866 31 HYPERLINK l _Toc32519 4.2 支撐載荷的確定 PAGEREF _Toc32519 32 HYPERLINK l _Toc18227 4.3 支座應(yīng)力分析 PAGEREF _Toc18227 33 HYPERLINK l _Toc20613 4.3.1 主要參數(shù)的影響 PAGEREF _Toc20613 33 HYPERLINK l _Toc27011 35的受力計(jì)算 PAGEREF _Toc27011 HYPERLINK

6、 l _Toc12378 40的強(qiáng)度計(jì)算與驗(yàn)證 PAGEREF _Toc12378 HYPERLINK l _Toc21580 第 6 章推式千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc21580 44 HYPERLINK l _Toc13631 6.1 孔徑和壁厚的計(jì)算 PAGEREF _Toc13631 44 HYPERLINK l _Toc18813 6.1.1 確定氣缸孔直徑 PAGEREF _Toc18813 44 HYPERLINK l _Toc20272 6.1.2 千斤頂油缸壁厚計(jì)算 PAGEREF _Toc20272 44 HYPERLINK l _Toc32704 6.2 推

7、動(dòng)千斤頂?shù)膹?qiáng)度校核 PAGEREF _Toc32704 45 HYPERLINK l _Toc20040 6.2.1 推動(dòng)千斤頂 PAGEREF _Toc20040 45的穩(wěn)定性驗(yàn)算計(jì)算 HYPERLINK l _Toc4725 6.2.2 活塞桿強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc4725 46 HYPERLINK l _Toc1361 6.2.3 筒體強(qiáng)度計(jì)算 PAGEREF _Toc1361 47 HYPERLINK l _Toc17027 6.2.4 缸體與缸底焊縫強(qiáng)度計(jì)算 PAGEREF _Toc17027 48 HYPERLINK l _Toc3539 第七章。液壓支架的使用和維護(hù)

8、PAGEREF _Toc3539 48 HYPERLINK l _Toc5791 7.1 液壓支架操作 PAGEREF _Toc5791 48 HYPERLINK l _Toc8625 7.1.1操作 PAGEREF _Toc8625 前準(zhǔn)備48 _ HYPERLINK l _Toc7944 7.1.2操作模式和順序 PAGEREF _Toc7944 48 HYPERLINK l _Toc24209 7.1.3 使用括號(hào)的注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc24209 49 HYPERLINK l _Toc32699 7.2 液壓支架的操作和維護(hù)要求 PAGEREF _Toc32699 50 H

9、YPERLINK l _Toc10658 結(jié)論 PAGEREF _Toc10658 51 HYPERLINK l _Toc15788 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc15788 52 HYPERLINK l _Toc24193 字 PAGEREF _Toc24193 531 簡(jiǎn)介第一章概述1.1 國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó)綜采技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)煤炭綜合機(jī)械化開(kāi)采是煤炭開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。 1980年代后期以來(lái)，高產(chǎn)高效綜采技術(shù)在世界主要產(chǎn)煤國(guó)，特別是美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)、英國(guó)和南非等產(chǎn)煤大國(guó)發(fā)展迅速。綜采工作面高產(chǎn)高效記錄不斷刷新，綜采裝備新技術(shù)層出不窮。年均精煤產(chǎn)量145.4萬(wàn)噸，平均工效274t/(

10、work*d)，工作面移動(dòng)（含設(shè)備安裝）時(shí)間平均684人/面。工作面平均長(zhǎng)度為240 m，最大長(zhǎng)度為335 m。 1994年，平均班產(chǎn)量進(jìn)一步提高。其中，前10個(gè)工作面平均班產(chǎn)精煤5998噸，相當(dāng)于年產(chǎn)量400萬(wàn)噸以上。 SHAMR0CK的惠克福克煤礦123小組產(chǎn)煤166萬(wàn)噸，相當(dāng)于月產(chǎn)量83萬(wàn)噸； Cyprus Amax Coal Company Camboland Mine 1995 年 6 月 創(chuàng)下每月洗精煤 573,000 噸的記錄。 1994年11月，阿科煤業(yè)的西皮皮礦創(chuàng)下了日產(chǎn)4.5萬(wàn)噸的世界紀(jì)錄，月產(chǎn)量超過(guò)50萬(wàn)噸。 1994年美國(guó)長(zhǎng)壁工作面80個(gè)，其中電液控制工作面70個(gè)，占8

11、7.5%，采用73套兩柱屏蔽支架，7套四柱支撐屏蔽支架和兩柱屏蔽支架。覆蓋支架占91.25%，大部分支架工作阻力為7000-8000 kN，最大的兩柱屏蔽支架工作阻力達(dá)到9800 kN。一般配備大功率電力牽引重型采煤機(jī)組和大功率、大容量、高可靠性的刮板輸送機(jī)。近10年來(lái)，澳大利亞的綜采發(fā)展迅速。綜采工作面由1980年的3個(gè)增加到1994年的25個(gè)，井效率達(dá)到17.71噸/工。 Codilx礦和Barboni礦的綜采工作面年產(chǎn)量已超過(guò)300萬(wàn)噸。為了不斷提高綜采產(chǎn)量，澳大利亞近年來(lái)采取了一系列措施，包括改革勞動(dòng)力制度，采用各種新設(shè)備和新技術(shù)，從全國(guó)范圍內(nèi)選用最先進(jìn)的重型高效設(shè)備。實(shí)現(xiàn)綜采工作面世

12、界，做到一井用一井。 ，集中生產(chǎn)。英國(guó)和德國(guó)是世界上綜采技術(shù)和設(shè)備最先進(jìn)的國(guó)家。受天然煤層賦存條件限制，高產(chǎn)高效工作面記錄不如美國(guó)、澳大利亞，但世界著名的煤礦機(jī)械企業(yè)主要集中在德國(guó)和英國(guó)。近年來(lái)，由于國(guó)際礦業(yè)市場(chǎng)的低迷和激烈競(jìng)爭(zhēng)，各家公司相互兼并，形成了幾家大型跨國(guó)公司。為了占領(lǐng)市場(chǎng)，公司不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品。世界主要產(chǎn)煤國(guó)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1-1。高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的核心是工作面綜采裝備。近10年來(lái)，采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架三大工作面配套設(shè)備在設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)上取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。主要是提高設(shè)備生產(chǎn)能力和可靠性，提高運(yùn)行性能。采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)突破是采用多電機(jī)電力牽引技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)系

13、統(tǒng)。采煤機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)使機(jī)器的維護(hù)和監(jiān)控更容易、更可靠。現(xiàn)代先進(jìn)采煤機(jī)的主要特點(diǎn)是：多電機(jī)交流變頻調(diào)速或直流調(diào)速電動(dòng)牽引，牽引速度不斷提高，最高牽引速度達(dá)到29m/min； 大功率、高電壓、大切深。采煤機(jī)裝機(jī)功率超過(guò)1200kw，目前1100V的工作電壓已不適合大功率采煤機(jī)的要求。美國(guó)目前常用電壓為2300V，部分工作面開(kāi)始使用4160V；英國(guó)和澳大利亞使用3300V；法國(guó)使用5000V；波蘭使用6000v電壓。采煤機(jī)切深達(dá)到1-1.2m； 積木式結(jié)構(gòu)，機(jī)組之間無(wú)機(jī)械動(dòng)力傳遞，簡(jiǎn)單可靠； ，可自動(dòng)識(shí)別煤巖界面。并相應(yīng)地自動(dòng)調(diào)整滾筒的切割高度； 煤塵控制及故障診斷系統(tǒng)。隨著采煤機(jī)功率的增大，產(chǎn)量

14、的增加，工作面刮板輸送機(jī)也發(fā)展成為一種大功率、高強(qiáng)度、高可靠性的輸送設(shè)備。目前，工作面刮板輸送機(jī)的最大工作長(zhǎng)度已達(dá)到335m，最大輸送量為3500t/h，最大功率為1412kW。幾種國(guó)外先進(jìn)刮板輸送機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)見(jiàn)表1-2。圖1-2 工作面刮板輸送機(jī)技術(shù)特點(diǎn)先進(jìn)瓜板輸送機(jī)的主要特點(diǎn)是：整體鑄造溜槽或組合焊接溜槽，減少了螺栓連接，提高了可靠性。使用壽命達(dá)到6-1200萬(wàn)噸煤通過(guò)能力； 采用38mm、 42mm大直徑刮板鏈； 采用軟啟動(dòng)技術(shù)，采用雙緩速液力偶合器或排水型聯(lián)軸器，配備程序邏輯控制器控制水流量。軟啟動(dòng)大大提高了輸送機(jī)的可靠性，使鏈條和鏈輪的壽命加倍； 故障診斷和工況監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)

15、輸送機(jī)各部分的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。液壓支架是綜采工作面的主要設(shè)備之一。近10年的主要發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱屏蔽式和四柱支撐式屏蔽式發(fā)展?？蚣芙Y(jié)構(gòu)進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向更高的工作阻力增加，大中心距（1.75m，2m）的發(fā)展，結(jié)構(gòu)材料越來(lái)越多地使用高強(qiáng)度鋼，如鋼屈服極限為69MPa以上的板材，支架的壽命和可靠性要求大大提高，部分企業(yè)要求支架的耐用性。性測(cè)試循環(huán)次數(shù)高達(dá)5000次。支架的壽命超過(guò)14年。液壓支撐技術(shù)的另一個(gè)重大突破是控制系統(tǒng)，它采用電液控制技術(shù)，采用電磁（或微電機(jī)）控制的先導(dǎo)閥。先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器、靈活自由可編程的微處理器技術(shù)、紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液

16、壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)，移動(dòng)機(jī)架的速度大大提高，循環(huán)支持次數(shù)達(dá)到6-8次。采煤機(jī)煤巖識(shí)別系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)控制。1.2 我國(guó)綜采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀存在的幾個(gè)問(wèn)題我國(guó)從1973年開(kāi)始從德國(guó)、英國(guó)等國(guó)引進(jìn)大型綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收、改進(jìn)的過(guò)程。截至目前，已形成較為完善的設(shè)計(jì)、制造和科研體系。先后研制、試驗(yàn)成套經(jīng)濟(jì)型綜采設(shè)備；薄煤層、中厚煤層、大采高綜采成套設(shè)備、液壓支架系列及特厚煤層分層機(jī)械化鋪網(wǎng)成套設(shè)備及技術(shù)；放頂煤放頂液壓支架系列及成套設(shè)備及工藝。 1995年，全國(guó)共有綜采工作面243個(gè)，綜合煤礦綜合機(jī)械化程度達(dá)到46.66%。工作面平均工效為25.077t/工。年產(chǎn)100萬(wàn)噸以上綜采

17、隊(duì)65個(gè)，其中年產(chǎn)200萬(wàn)噸以上9個(gè)，年產(chǎn)300萬(wàn)噸以上2個(gè)。 1995年，屯煤礦2號(hào)隊(duì)年產(chǎn)315萬(wàn)噸，最高月產(chǎn)量34.7萬(wàn)噸，創(chuàng)造了我國(guó)高產(chǎn)高效的最好記錄。一、高產(chǎn)高效礦山建設(shè)成效顯著中國(guó)從1993年開(kāi)始組織建設(shè)高產(chǎn)高效礦山，到1995年已建成56座高產(chǎn)高效礦山。在產(chǎn)量提高9.1%的基礎(chǔ)上，平均工效達(dá)到6.23噸/人，提高了2.9噸/人。平均工作面由149個(gè)減少到107個(gè)，減少原煤生產(chǎn)人員7萬(wàn)人，實(shí)現(xiàn)了單井一側(cè)或雙側(cè)一井的生產(chǎn)模式，向集約化生產(chǎn)邁出了可喜的一步。高產(chǎn)高效工作面設(shè)備因地制宜采用三種模式。一是引進(jìn)全套國(guó)際先進(jìn)設(shè)備，如集團(tuán)旗下大柳塔煤礦，全套引進(jìn)德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)等國(guó)家先進(jìn)設(shè)備，借鑒

18、高產(chǎn)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和該國(guó)的高效采礦。 ，走高起點(diǎn)、高投入、高產(chǎn)出、高效率的道路；二是引進(jìn)國(guó)產(chǎn)相結(jié)合，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，配套兗州屯煤礦等國(guó)家先進(jìn)設(shè)備。設(shè)備，優(yōu)化系統(tǒng)匹配，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。國(guó)內(nèi)知名高產(chǎn)高效工作面設(shè)備見(jiàn)下表2、機(jī)械化鋪網(wǎng)分層開(kāi)采放頂煤技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平1980年代中期以來(lái)，我國(guó)開(kāi)展了超厚煤層分層開(kāi)采機(jī)械化鋪網(wǎng)液壓支架及支護(hù)技術(shù)研究，取得了重要成果。義馬二柱屏蔽四柱支撐屏蔽網(wǎng)鋪設(shè)支架系列開(kāi)發(fā)試驗(yàn)成功。等礦區(qū)在特厚煤層分層布網(wǎng)技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。綜采放頂煤技術(shù)起源于1950年代后期的歐洲，經(jīng)過(guò)幾十年的試驗(yàn)和使用，已在全球近10個(gè)國(guó)家得到發(fā)展。然而，自1980 年代

19、以來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外一直在消亡，不僅在美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)。 、澳大利亞等國(guó)家已不再使用，就連放頂煤放頂技術(shù)發(fā)展最早的法國(guó)、匈牙利、南斯拉夫和俄羅斯也很少使用。主要原因有： 1 、受客觀條件限制，適合放頂煤開(kāi)采的煤層較少； 2 、由于嚴(yán)格的安全規(guī)定，受限于放頂煤放頂技術(shù)本身的弱點(diǎn)和復(fù)雜性； 3 、環(huán)保要求； 4 、傳統(tǒng)綜合挖礦優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，綜放技術(shù)在我國(guó)得到發(fā)展和廣泛推廣，綜放開(kāi)采已成為一種高產(chǎn)、高效的采煤方式。綜采放頂煤隊(duì)23個(gè)，占35.4 %，其中，年產(chǎn)200萬(wàn)噸以上的9個(gè)綜放隊(duì)中，有6個(gè)綜放放頂煤隊(duì)。目前，我國(guó)有70多個(gè)綜放工作面，發(fā)展迅速。我國(guó)頂尖的放煤技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。3、綜采裝備

20、研發(fā)有了新進(jìn)展“八五”期間，滿足高產(chǎn)高效工作面生產(chǎn)要求的大功率高效綜采裝備取得長(zhǎng)足發(fā)展。我國(guó)部分綜采設(shè)備已出口到美國(guó)、俄羅斯、印度和土耳其。成功研制MG2 400-W型滾筒采煤機(jī)，液壓牽引，裝機(jī)功率2 400KW ，輸送能力1500t/h ，鋪設(shè)長(zhǎng)度250m ，出料槽， 2 34雙中鏈橫向卸料頭，雙行星減速機(jī)，兩臺(tái)高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、傳動(dòng)部件可平行或垂直布置，通煤能力200萬(wàn)噸。昌家口煤機(jī)廠、西北煤機(jī)一廠等重點(diǎn)輸送廠分別與國(guó)際長(zhǎng)壁公司、威斯特伐利亞公司合作開(kāi)發(fā)槽寬1000mm 、輸送能力2000-2500t/h 、功率2 575kW、500萬(wàn)噸以上的刮板輸送機(jī)等設(shè)備目前處于試生產(chǎn)階段。液壓支架

21、的設(shè)計(jì)和研究取得了重要進(jìn)展，主要有以下幾個(gè)方面：( 1 )設(shè)計(jì)理論和方法取得突破。煤炭科學(xué)總院采礦研究所對(duì)支架的力學(xué)特性進(jìn)行了深入研究，提出了液壓支架三維力學(xué)模型的計(jì)算方法，克服了傳統(tǒng)平面的缺陷。力系統(tǒng)方法，提出了一種液壓支架整體結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。研制并廣泛應(yīng)用了液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算通用軟件系統(tǒng)，使我國(guó)液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算上了一個(gè)新臺(tái)階。( 2 )完成液壓支架計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)研究，成功將有限自由法應(yīng)用于液壓支架研究，建立液壓支架整體無(wú)有限模型，開(kāi)發(fā)SSTS液壓支架仿真試驗(yàn)計(jì)算機(jī)模擬軟件系統(tǒng)，大大提高了液壓支撐。該設(shè)計(jì)的可靠性被廣泛應(yīng)用于液壓支架的設(shè)計(jì)和研究，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為我國(guó)液壓支架進(jìn)入國(guó)際

22、市場(chǎng)發(fā)揮了重要作用。（三）技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)取得重要進(jìn)展。先后制定了17項(xiàng)液壓支架系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，成為世界上液壓支架標(biāo)準(zhǔn)比較完善的國(guó)家之一，推動(dòng)了液壓支架技術(shù)的發(fā)展。( 4 )計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)( CAD)得到很大發(fā)展。研制了CAD工作站和計(jì)算機(jī)CAD系統(tǒng)，建立了比較完善的液壓支架數(shù)據(jù)庫(kù)和通用庫(kù)，支架設(shè)計(jì)的CAD正在逐步實(shí)現(xiàn)。( 5 )液壓支撐控制系統(tǒng)取得重大進(jìn)展。結(jié)合中國(guó)國(guó)情研制的全液壓手動(dòng)控制快速換檔系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，大大提高了支架的下降、移動(dòng)和提升的速度，從過(guò)去的每架20 30秒提高到每架9 12秒。( 6 )新型車架式開(kāi)發(fā)取得顯著成效，車架式結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善。新型高可靠性支架、反向四桿高效低位

23、放頂煤支架、輕型支架、輕型單擺桿放頂煤支架中小型煤礦單煤層均取得成功。四、我國(guó)綜采技術(shù)發(fā)展存在的問(wèn)題( 1 )我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，老礦井受生產(chǎn)體制制約，綜采效率難以發(fā)揮。我國(guó)大部分礦山規(guī)模較小，生產(chǎn)系統(tǒng)不滿足集中生產(chǎn)的要求。隧道斷面小，支護(hù)質(zhì)量差，掘進(jìn)設(shè)備陳舊，進(jìn)度緩慢，運(yùn)輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，輔助運(yùn)輸落后。工作面長(zhǎng)度、采煤機(jī)切深、采區(qū)長(zhǎng)度等工作面參數(shù)相對(duì)較小。( 2 )勞動(dòng)力素質(zhì)差。很多綜采隊(duì)伍以農(nóng)民輪崗為主，文化基礎(chǔ)差，隊(duì)伍不穩(wěn)定。管理水平低，管理模式落后，管理層次多，扯皮現(xiàn)象嚴(yán)重。( 3 )煤炭企業(yè)普遍經(jīng)濟(jì)效益差、負(fù)擔(dān)重、技改任務(wù)艱巨、資金投入錯(cuò)位嚴(yán)重，發(fā)展后勁不足，部分礦山設(shè)備更新能力不足，

24、機(jī)械供應(yīng)倒退。( 4 )小煤礦亂采現(xiàn)象嚴(yán)重。一方面，市場(chǎng)對(duì)國(guó)有煤礦的沖擊已成為影響綜采發(fā)展的負(fù)面因素。（五）科研投入嚴(yán)重不足。科研單位創(chuàng)收成為主要目標(biāo)，技術(shù)攻關(guān)實(shí)力不足，科研成果低水平流通嚴(yán)重。( 6 )受價(jià)格和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)水平的影響，我國(guó)煤炭機(jī)械制造質(zhì)量、產(chǎn)品性能和可靠性與世界先進(jìn)水平相比仍有較大差距。特別是采煤機(jī)、工作面輸送機(jī)、液壓支架電液控制技術(shù)、礦區(qū)供電技術(shù)、工況監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)等，與國(guó)際先進(jìn)水平相比沒(méi)有太大差距。1.3 綜采井生產(chǎn)環(huán)節(jié)合理匹配綜采井生產(chǎn)系統(tǒng)配套設(shè)備除槽機(jī)外，還應(yīng)包括與綜采工作面刮板輸送機(jī)直接相連的槽機(jī)、破碎機(jī)、皮帶機(jī)、起重設(shè)備、開(kāi)挖支護(hù)設(shè)備、工作面電源等。為

25、保證綜采工作面設(shè)備效率的充分發(fā)揮，需要保證生產(chǎn)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)具有足夠的通過(guò)能力和適應(yīng)性。即要保證起重能力大于運(yùn)輸環(huán)節(jié)的能力，運(yùn)輸環(huán)節(jié)的能力大于工作面的生產(chǎn)能力；要保證掘進(jìn)速度、通風(fēng)能力和供電能力滿足寬工作面的實(shí)際需要。掘進(jìn)速度跟不上綜采工作面的推進(jìn)速度是個(gè)大問(wèn)題。礦山布局不合理。勢(shì)必導(dǎo)致巷道開(kāi)挖量的增加。在美國(guó)，主井和副井直接布置在可開(kāi)采的煤田中。不僅大大減少了巷道行駛（無(wú)巖巷道行駛），而且簡(jiǎn)化了運(yùn)輸系統(tǒng)。目前，我國(guó)開(kāi)挖嚴(yán)重失衡的主要原因是在開(kāi)挖機(jī)械化方面，支護(hù)作業(yè)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提高開(kāi)挖速度，提高巷道支護(hù)質(zhì)量，減少輔助作業(yè)時(shí)間，還可以解決綜采工作面端部支護(hù)問(wèn)題。在

26、一些煤礦，兩個(gè)工作面共用同一個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)，導(dǎo)致生產(chǎn)和運(yùn)輸不兼容。主要運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸能力普遍偏低，無(wú)法與高產(chǎn)高效綜采工作面產(chǎn)能相匹配，需要對(duì)現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行改造。例如，帶式輸送機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)尾部自移動(dòng)和閉環(huán)控制裝置的功能。又如占90%以上的交流曳引機(jī)應(yīng)采用PC控制技術(shù)。這些技術(shù)措施的實(shí)施，不僅將提高運(yùn)輸能力，增強(qiáng)運(yùn)力，還將帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。1.4 液壓支架的應(yīng)用及意義隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)煤炭需求的不斷增加，煤炭開(kāi)采特別是采煤工作面的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了很大變化。自1954年英國(guó)配備世界上第一個(gè)液壓支架工作面以來(lái)，采煤技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全面機(jī)械化。綜合機(jī)械化。即采煤、運(yùn)輸、配套三大生產(chǎn)環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。

27、即采用滾筒式、刨煤式等采煤機(jī)械進(jìn)行落煤裝煤；工作面重型可彎曲輸送機(jī)用于輸送煤炭，配以合適的開(kāi)槽機(jī)和伸縮帶式輸送機(jī)；自移動(dòng)液壓支架支撐和管理頂板。這些類型的設(shè)備相互配合，形成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備。液壓支架是一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，以高壓液體為動(dòng)力，由若干液壓元件（油缸和閥件）和一些金屬結(jié)構(gòu)件組成。運(yùn)輸機(jī)等一整套流程。液壓支架技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。當(dāng)前，世界各國(guó)都在不斷提高采煤工作面綜合機(jī)械化水平。我國(guó)從1964年開(kāi)始研制液壓支架，至今取得了良好的效果。自1974年以來(lái)，先后從西德、英國(guó)、英國(guó)和波蘭進(jìn)口了許多不同類型的液壓支架。實(shí)踐證明，液壓支架具有強(qiáng)度高、支護(hù)性能好、搬遷速度快

28、、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，可使采煤工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高采收率和高工效，可以大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度、成本和效率。開(kāi)挖率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。1.5 液壓支架發(fā)展現(xiàn)狀及存在問(wèn)題1.5.1液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀液壓支架作為綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段。 1950年代，英國(guó)研制的堆疊式支架和法國(guó)研制的分段式支架取代了木柱、金屬摩擦柱和液壓柱，開(kāi)啟了采煤工作面支護(hù)設(shè)備的技術(shù)革命；屏蔽支架（采用四連桿機(jī)構(gòu)）從根本上解決了支撐梁端距變化大、無(wú)法承受水平力的問(wèn)題，開(kāi)創(chuàng)了液壓支架設(shè)計(jì)的新紀(jì)元； 1970年代，主要產(chǎn)煤國(guó)不斷改進(jìn)支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高支護(hù)性能，實(shí)現(xiàn)支護(hù)“即時(shí)支護(hù)”力量型； 1980年代以來(lái)，為了提高生產(chǎn)率和降低成本，在

29、液壓支架的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用了許多高新技術(shù)，特別是液壓支架的性能得到了很大的提高。例如，美國(guó)和澳大利亞的長(zhǎng)壁工作面大多采用電液控制技術(shù)，可以通過(guò)液壓支架的各種程序控制方式來(lái)監(jiān)控各種程序的性能。美國(guó)90%以上的長(zhǎng)壁綜采工作面采用電液控制雙肩盾構(gòu)支護(hù)，額定工作阻力可達(dá)9800kN，初始支護(hù)比0.70.85，移動(dòng)循環(huán)時(shí)間大多小于10s。我國(guó)于1958年開(kāi)始設(shè)計(jì)屏蔽支架。1964年以來(lái)，專門研究實(shí)驗(yàn)室全面開(kāi)展了框架式和瓣膜式的研究。 1970年，第一個(gè)全工作面配備了Tz-140堆垛液壓支架。到1970年代中期，又研制出QY型屏蔽支架和ZY35型支撐屏蔽支架。 1980年代以來(lái)，先后研制出大噸位TZ-720

30、硬頂支架、分層開(kāi)采自動(dòng)鋪設(shè)和聯(lián)網(wǎng)支架、放頂煤液壓支架、大流量安全閥控制閥等。到目前為止，我國(guó)適用于高產(chǎn)高效網(wǎng)格生產(chǎn)的液壓支架有20多種，其中一半用于緩傾斜中厚煤層和緩傾斜厚煤層。適用于緩傾斜、中厚煤層、高產(chǎn)高效的液壓支架代表型號(hào)有QY200-14/31、BY3300-3/33、ZY35或BC400-17/35、TZ720-20.5/32、 ZY550-13 /29、ZY560k等適用于緩傾斜厚煤層的高產(chǎn)高效液壓支架分為機(jī)械化鋪網(wǎng)支架、初采全高支架和放頂煤支架三大類。底座后部的自動(dòng)鋪底網(wǎng)支架（如BC7A400-17/35、PY3200-17/35）效果更好。 BY3200-23/45、QY350

31、-25/47； BC4800-22/42、ZY560-25/4等大型采高支架已實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)百萬(wàn)噸以上。放頂煤支架分為單輸送帶腿開(kāi)天窗式、雙輸送帶插入式、雙輸送帶開(kāi)天窗式三大類。其代表車架型號(hào)有ZFD5600-26/30、FY2800-14/28、ZFS5200-16/32。與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，這些支架移動(dòng)速度較慢（一般為20-30s），初始支撐較低（一般為0.52-0.77，實(shí)測(cè)僅為0.25-0.4）。1.5.2這兒存在一個(gè)問(wèn)題液壓支架經(jīng)歷了開(kāi)發(fā)試驗(yàn)、引進(jìn)模仿改進(jìn)創(chuàng)新等階段，直至目前的自主設(shè)計(jì)制造階段。特別是在液壓支架的框架型式和結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和研究上投入了大量的人力物力，達(dá)到了國(guó)外同期先進(jìn)水平。但

32、在液壓支架及其液壓控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性、液壓支架電液控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面的研究起步較晚，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些先進(jìn)國(guó)家。特別是對(duì)液壓支架的液壓系統(tǒng)及其控制技術(shù)的研究投入較少，存在的問(wèn)題最為突出，已成為制約液壓支架發(fā)展的主要因素。在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域，液壓支架等煤礦機(jī)械的設(shè)計(jì)水平和技術(shù)水平相對(duì)落后于其他行業(yè)，主要表現(xiàn)在：設(shè)計(jì)主要采用靜態(tài)和經(jīng)驗(yàn)方法；工況轉(zhuǎn)換的控制仍以人工為主；作業(yè)過(guò)程在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)還比較落后，很多綜采工作面還是空白。造成上述落后情況的主要原因是：（1）工作面的所有設(shè)備、儀表有防爆要求，控制系統(tǒng)的電源必須是本質(zhì)安全的；(2)工作面空間很小，所有裝置的體積和形狀都受到一定的限制；（3）相當(dāng)

33、數(shù)量的設(shè)備及其控制系統(tǒng)密集布置在有限的空間內(nèi)，抗干擾問(wèn)題是一大難題；（4）支架距離泵站較遠(yuǎn)（用于長(zhǎng)距離供液），壓力損失和管道振動(dòng)問(wèn)題嚴(yán)重；(5)液壓支架有下降、移動(dòng)、提升、推動(dòng)相位調(diào)整架等步驟。有時(shí)同一架不同工序的組合作業(yè)，或不同架的相同或不同工序的組合作業(yè)，給液壓支架的自動(dòng)控制帶來(lái)了很多。困難。目前，采煤工作面機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)存在兩個(gè)主要問(wèn)題。一是支撐速度太慢，不能滿足高產(chǎn)高效生產(chǎn)的需要，特別是與采煤機(jī)的牽引速度不匹配；維修和安全生產(chǎn)帶來(lái)諸多困難，有時(shí)嚴(yán)重影響工作面的正常生產(chǎn)。支架速度主要取決于移動(dòng)速度（即完成液壓支架下降、移動(dòng)、提升等動(dòng)作的速度），直接影響工作面的產(chǎn)煤量。液壓支架的初始支撐力

34、決定了液壓支架與受控頂板之間的特性關(guān)系。頂板管理不善，勢(shì)必影響移動(dòng)速度的正常發(fā)展。易揮發(fā)，從而間接影響工作面產(chǎn)煤量。提高齒條輸送速度，需要提高泵站的額定流量、供液系統(tǒng)的大口徑管道和閥門部件的承壓能力。但大流量高壓乳化泵、液壓閥、大口徑高壓軟管的研制難度較大。德國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)家在這方面的研究取得了突破，而我國(guó)在這方面的研究相對(duì)落后，目前還沒(méi)有適合高產(chǎn)高效工作面的配套產(chǎn)品。還。液壓支架的設(shè)計(jì)和研究與采場(chǎng)礦山壓力的研究之間存在明顯的脫節(jié)。對(duì)液壓支架的研究一般是基于液壓支架的載荷假設(shè)來(lái)研究其性能；對(duì)礦井壓力的研究沒(méi)有考慮液壓支架動(dòng)力特性的影響。但實(shí)際上水力支架與采場(chǎng)圍巖之間存在著不可分割、相互作用

35、的動(dòng)力關(guān)系。1.6 液壓支架研究趨勢(shì)為了進(jìn)一步提高支架的性能，提高齒條的速度，需要快速開(kāi)發(fā)和推廣用于大流量支架、大口徑液壓軟管、初始支撐力保證閥或自動(dòng)助力器的閥門。閥與高壓變量乳化泵組合。要加快電液控制系統(tǒng)的發(fā)展，優(yōu)化配套供液系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)。還需要開(kāi)發(fā)和研究等壓雙伸縮柱和能夠克服剛性四連桿機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)的新型框架式。此外，綜放工作面的動(dòng)架速度問(wèn)題也不是很突出。但無(wú)論是分層開(kāi)采還是放頂煤開(kāi)采，降低工作面供液系統(tǒng)壓力，增加支護(hù)初始支護(hù)力仍是十分迫切的?？梢?jiàn)，自動(dòng)加壓及初始支持系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用前景。氣柱支護(hù)以其綜合性能好、穩(wěn)定性好、抗沖擊載荷能力強(qiáng)、初投資低、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在薄煤層和陡斜煤層支

36、護(hù)中占有一席之地。變流量、變壓乳化泵等新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，將大大改善支架供液系統(tǒng)的特性。針對(duì)影響齒條移動(dòng)速度的因素分析以及提高齒條移動(dòng)速度的方法和途徑，許多文獻(xiàn)討論了影響齒條移動(dòng)速度的主要因素：系統(tǒng)的額定流量和額定壓力，以及供液系統(tǒng)管道的流量。通徑及溢流閥、液壓支撐柱提升行程和頂推行程、立柱直徑與活塞直徑之比、支柱和頂梁重量等流量，采用電液自動(dòng)控制，采用大流量燕件，提高液壓支架的進(jìn)液和回液系統(tǒng)。目前液壓支架移動(dòng)速度的計(jì)算方法只是靜態(tài)計(jì)算，只反映移動(dòng)動(dòng)作的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間。對(duì)于動(dòng)態(tài)特性較差的支架液壓系統(tǒng)，支架動(dòng)作過(guò)程所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)靜力計(jì)算的運(yùn)行時(shí)間。為確保執(zhí)行煤炭工業(yè)部對(duì)初始支撐力的要求（達(dá)到設(shè)

37、計(jì)韌性支撐力的80%以上），往往需要保證10 30 多歲。關(guān)于液壓支架初始支撐力存在的原因以及解決該問(wèn)題的方法和途徑，一些文獻(xiàn)從不同的角度進(jìn)行了大量的討論。文獻(xiàn)指出，泵站實(shí)際設(shè)定壓力低，僅在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，遠(yuǎn)距離供液壓力損失嚴(yán)重，頂?shù)装迨芨∶汉透⊥矝_擊不平整，并且不能保證液壓支架的初始支撐時(shí)間能夠多人或多人操作。支架同時(shí)作業(yè)等因素是造成液壓支架初始支撐力不均勻的主要原因；在增加大學(xué)校徑和數(shù)量、提高泵站壓力、采用雙供液系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)采油工作面支護(hù)質(zhì)量、增設(shè)強(qiáng)韌支護(hù)等方法和措施上存在一定的不足。切削力，如力保證閥。為了提高框架傳遞的速度，難以保證初始支撐時(shí)間，從而無(wú)法保證初始支撐力滿足規(guī)定要求?？梢?jiàn)，

38、提高車架移動(dòng)速度與提高液壓支架的初始支撐力之間存在矛盾。電液控制技術(shù)在液壓支架上的應(yīng)用，可以提高液壓支架的自動(dòng)化程度和移動(dòng)速度（將不同工序或不同支架的運(yùn)行時(shí)間間隔縮短到最低限度），并可以實(shí)現(xiàn)恒壓初始支架和遠(yuǎn)程程序控制等功能。帶壓移動(dòng)齒條控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)液比齒條卸料和換齒條過(guò)程的同步化和自動(dòng)化，提高液壓齒條的支撐特性和頂控效果，消除液壓齒條的升降行程，所以在一定程度上是可以使用的。提高機(jī)架傳輸速度。兩立柱屏蔽支架由于立柱少、操作簡(jiǎn)單、上架速度快等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用。但是，平衡軸及其連接耳座的損壞問(wèn)題并沒(méi)有得到很好的解決。初始支撐增壓閥的研發(fā)可解決初始支撐力問(wèn)題，同時(shí)有助于緩解高壓大流量的

39、制約關(guān)系。但體積和重量過(guò)大、支架上設(shè)置困難等因素是初始支撐增壓閥難以應(yīng)用的根本原因。電液控制技術(shù)、帶壓動(dòng)齒條控制系統(tǒng)、初始支撐增壓閥的研究與應(yīng)用，旨在改善液壓支架的支撐特性，提高動(dòng)齒條的移動(dòng)速度和初始支撐力。兩柱屏蔽支架的大量使用，也與此類車架的快速移動(dòng)速度有關(guān)?？梢?jiàn)，移架速度和初始支撐力問(wèn)題是液壓支架及其液壓系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。要從根本上解決相互制約的兩個(gè)核心問(wèn)題，還需要以研究液壓支架及其液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性為突破口。根據(jù)國(guó)外液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀和研究趨勢(shì)，設(shè)計(jì)人員認(rèn)為應(yīng)研究液壓支架的動(dòng)態(tài)支撐及其液壓控制系統(tǒng)，以及兩個(gè)核心要素（移動(dòng)速度和切削支撐力）之間的動(dòng)力學(xué)。應(yīng)分析確定液壓支架的數(shù)量。是

40、一個(gè)亟待解決的重大問(wèn)題。1.7 液壓支架發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，為適應(yīng)煤礦開(kāi)采綜合機(jī)械化的發(fā)展需要，液壓支架發(fā)展迅速，出現(xiàn)了多種類型。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其結(jié)構(gòu)形式已達(dá)數(shù)百種。每種支架有1到8根柱子，支撐力從50噸到800噸不等。支架的厚度適用于0.6-5.0米的煤層厚度，甚至更厚的煤層。液壓支架已廣泛應(yīng)用于緩傾薄、中厚煤層。但由于煤層賦存條件復(fù)雜，支架結(jié)構(gòu)不完善，設(shè)備仍需管理和操作經(jīng)驗(yàn)，液壓支架的使用受到限制。 .為提高支架的支護(hù)性能，提高其對(duì)礦山地質(zhì)條件的適應(yīng)性，擴(kuò)大使用范圍，延長(zhǎng)使用壽命，目前液壓支架有以下發(fā)展趨勢(shì)：1大力發(fā)展屏蔽和支撐屏蔽支架，逐步減少其他類型支架的應(yīng)用。 1976年國(guó)際礦山設(shè)備展覽會(huì)上展

41、出的89個(gè)液壓支架中，80%是蓋板支架。這些支座的主要特點(diǎn)是：采用四連桿機(jī)構(gòu)，使斷梁與煤壁的距離基本恒定。支柱支撐在頂梁上，提高了支撐的工作阻力；頂梁和蓋梁鉸接，消除了兩者之間容易被鉛石堵塞的三角形區(qū)域；蓋梁和頂梁主梁部分均設(shè)有側(cè)護(hù)板，提高支架的防護(hù)能力；采用整體自移動(dòng)式，方便支架操作和自動(dòng)控制。2液壓支架的進(jìn)一步發(fā)展，著力解決擴(kuò)大使用范圍的問(wèn)題。目前各國(guó)都在發(fā)展大傾角、大采高、大切深和薄煤層支架，使支架與菜煤機(jī)更好的配合。近年來(lái)，國(guó)外正在開(kāi)發(fā)切削深度1.5米左右或采高5.5米的液壓支架。同時(shí)，為了擴(kuò)大支架的高度周長(zhǎng)，廣泛采用雙伸縮撐桿。3 高壓乳化泵用于提高支架的初始支撐力。許多國(guó)家使用的泵

42、站壓力已達(dá)到300公斤/以上。4 為簡(jiǎn)化支架管路系統(tǒng)，便于安全操作，采用“多芯管”先導(dǎo)相鄰框架控制操作方式。5 為加快支架移動(dòng)速度，進(jìn)一步改善操作條件，支架控制正向自動(dòng)控制方向發(fā)展。目前已采用成組程序控制，全工作面自動(dòng)控制處于研究階段。2.液壓支架設(shè)計(jì)介紹2.1 液壓支架的工作原理液壓支架以乳化液泵站提供的高壓乳化液（這里使用水包油乳化液）為動(dòng)力，由液壓操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、液壓缸和金屬部件組成.來(lái)自泵站的高壓乳化液經(jīng)進(jìn)液總管送至工作面，與各支架的進(jìn)液截止閥連接后引入支架，再分配至各液壓缸通過(guò)組合控制閥完成支架所需的操作。各種動(dòng)作。從支架返回的低壓乳化液由回水主管道通過(guò)組合控制閥和回流截止閥流回

43、泵站乳化液罐循環(huán)使用。支架的承載原理如下：液壓支架支撐在綜采工作面頂?shù)装逯g，支撐頂板。頂板壓力作用在頂梁上，壓力通過(guò)頂梁與底座之間的立柱傳遞到底板。為了保證支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和支撐頂部的支撐安全，在立柱下腔內(nèi)安裝了安全閥。當(dāng)頂板壓力超過(guò)柱子安全閥的極限壓力時(shí)，安全閥打開(kāi)，釋放柱子內(nèi)的液體給壓。當(dāng)頂板壓力下降到塔的工作阻力時(shí)，關(guān)閉安全閥進(jìn)行保壓。2.2 支架的組成液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、油缸和液壓控制元件三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)件主要有頂梁、蓋梁、前梁、上連桿、前連桿、后連桿、底座、側(cè)護(hù)板、護(hù)板等。油缸主要包括雙作用雙伸縮柱、頂推千斤頂、側(cè)護(hù)千斤頂、前梁千斤頂?shù)取Ｒ簤嚎刂圃饕ㄒ簤嚎刂崎y、控制

44、閥、二通鎖、安全閥、截止閥等及液壓輔助元件。2.3 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用2.3.1頂梁頂梁采用整體頂梁與頂板直接接觸，支撐頂板載荷。它是支架的主要軸承部件之一。它是一種由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，以滿足強(qiáng)度和剛度的要求。它的主要功能是：與屋頂相連的大量巖石和煤炭；反復(fù)支撐頂煤，可粉碎較硬的頂煤；隔離頂板，為工作面提供足夠的安全空間。支架采用分段組合式頂梁結(jié)構(gòu)（剛性頂梁+伸縮前梁），強(qiáng)度高，對(duì)屋頂?shù)木S護(hù)性更好；另外，頂梁前部設(shè)有吊耳，便于小型機(jī)器的吊掛。件。2.3.2蓋梁1-護(hù)板耳座； 2-側(cè)推千斤頂座； 3- 側(cè)護(hù)板； 4-側(cè)推千斤頂；5-前連桿耳座； 6-后連桿耳座； 7-幫助插孔耳座；

45、 8- 彈簧桶；9 - 插入式插孔插座圖 2-1 蓋梁蓋梁分別與底座和蓋梁千斤頂有關(guān)，其主要作用有：承受下頂板傳遞的水平分力和側(cè)向力，增強(qiáng)支架的抗扭能力；蓋梁和蓋梁千斤頂，保證支架的穩(wěn)定性；擋住煤塊不落下，保持工作空間。2.3.3根據(jù)底座是將頂板的壓力通過(guò)立柱傳遞到底板并穩(wěn)定支撐的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件。支架設(shè)計(jì)為整體剛性底座，底座底部連接面積大，有利于降低對(duì)底板的比壓。這種底座的缺點(diǎn)是在推料機(jī)構(gòu)外容易堆積浮煤和雜物，需要及時(shí)清理?；窘Y(jié)構(gòu)如圖2-2所示1.前連桿連接 2.后連桿連接 3.限位塊 4.U型限位塊5.前柱插座 6 后柱插座 7.踏板 8.耳板圖 2-2 底座它的主要功能是：將上部荷載轉(zhuǎn)移到

46、底板上，為立柱、推動(dòng)裝置和其他輔助裝置提供安裝空間；為員工創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；確保支架的穩(wěn)定性。2.3.4四連桿前后連桿分別與上連桿和底座鉸接，形成四連桿機(jī)構(gòu)。前連桿為鑄鋼件，鑄件內(nèi)不得有氣孔、氣泡或夾雜物。鑄造后進(jìn)行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強(qiáng)度和韌性。后連桿不僅要承受落矸的載荷，還要承受頂板的水平推力，因此要求有更大的強(qiáng)度。圖 2-3 前連桿圖 2-4 后連桿四連桿機(jī)構(gòu)的作用四連桿是篩分支架最重要的部件之一，支撐篩分支架。主要有兩個(gè)作用，一是當(dāng)支架由高變低時(shí)，借助四連桿機(jī)構(gòu)，支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為雙扭結(jié)線，使支架頂梁的前端點(diǎn)與煤相連。大大減少了墻間距的變化，提高了管理頂板的性

47、能；二是支架能承受較大的水平力。要想掌握四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，就必須正確認(rèn)識(shí)四連桿機(jī)構(gòu)的作用。下面通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程的幾何特征進(jìn)一步說(shuō)明四連桿機(jī)構(gòu)的作用。這些幾何特征是四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程的必然結(jié)果。1、當(dāng)支架高度在最大周長(zhǎng)和最小周長(zhǎng)之間變化時(shí)，如下圖，頂梁端點(diǎn)軌跡的最大寬度e應(yīng)小于等于70mm，最好小于30毫米。2、支架在最高位置和最低位置時(shí)，頂梁與蓋梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，如圖所示，應(yīng)滿足以下要求要求：支架在最高位置時(shí)，P5262，Q7585；當(dāng)支架處于最高位置時(shí)，為了便于矸石向下滑動(dòng)，防止矸石停留在蓋梁上，根據(jù)物理摩擦理論，要求tgw，如果鋼的摩擦系數(shù)和脈石為 W=0.3，

48、則 P=16.7。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)為P25。 Q角主要考慮后連桿的底部必須與底板有一定的距離，以防止后連桿從支架后部掉落而擋住后連桿，使支架無(wú)法降下.一般取Q2530。在特殊情況下，當(dāng)需要減小角度時(shí)，可以增加后連桿下鉸點(diǎn)的高度。3、從圖3-1可以看出，蓋梁與頂梁的鉸點(diǎn)e與瞬時(shí)中心O的連線與水平面的夾角為。設(shè)計(jì)時(shí)角應(yīng)滿足tg0.35圓周，原因是角直接影響支架所能承受的附加力的大?。ê竺鏁?huì)詳細(xì)討論）。4、頂梁前端點(diǎn)雙扭結(jié)線向前突出的截面應(yīng)作為支架的工作截面，如圖h截面所示。原因是當(dāng)頂板受壓時(shí)，柱子會(huì)被壓縮，使頂梁有向前移動(dòng)的趨勢(shì)，這樣可以防止巖石向后移動(dòng)，并使整個(gè)支撐傾向于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，

49、從而增加頂梁前端的支撐。保護(hù)力防止頂梁前端上方的頂板脫落，降低底座前端的比壓，防止底部啃咬，有利于框架移動(dòng)。水平力的合力也相應(yīng)減小，從而減小了屏蔽梁的外載荷。由以上分析可知，為使支撐合理可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡可能減小e值，且前凸截面為雙扭結(jié)線作為支架的工作段。因此，在已知蓋梁和后連桿長(zhǎng)度的情況下，從這個(gè)角度來(lái)看，只需在設(shè)計(jì)時(shí)將蓋梁和后連桿簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，并使用圖紙方法，如圖。 （其實(shí)液壓支撐四連桿是雙搖桿機(jī)構(gòu)）2.3.5推動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 1-5 推框支架的推動(dòng)機(jī)構(gòu)包括推桿、連接件、推動(dòng)千斤頂和銷子等，主要作用是推動(dòng)輸送機(jī)和拉動(dòng)支架。推桿的一端通過(guò)連接器與輸送機(jī)連接，另一端通過(guò)推

50、桿與底座連接。推桿除了推拉力外，還要承受一定的側(cè)向力，防止底座滑落。2.4 框架式液壓支架根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和支架類型，液壓支架有三種基本類型。支架支撐柱多，均呈直立狀態(tài)，頂梁較長(zhǎng)，頂梁與柱底形成多鉸點(diǎn)的矩形結(jié)構(gòu)。此類支架工作阻力大，支撐力位于后部，頂切能力強(qiáng)，機(jī)架空間大。但框架結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，承受側(cè)向力的能力較差。適用于屋面直接穩(wěn)定性明顯或較強(qiáng)、舊屋面循環(huán)壓力較硬的屋面，不適合破碎屋面。支架有兩種類型：棧式和段式。蓋支架屏蔽支架具有屏蔽梁以阻擋采空區(qū)中的矸石。柱子很少，都是傾斜排列的。頂梁較短，立柱可斜支撐在底座與頂梁或屏蔽梁之間。頂梁、蓋梁和底座形成半封閉結(jié)構(gòu)，將頂板、采空區(qū)和工作面空間分隔

51、開(kāi)來(lái)。此類支架工作阻力小，頂切能力較弱，框架空間較小，但支架保護(hù)性能較好。適用于破碎且穩(wěn)定性適中的直接屋面（1-2級(jí)）和無(wú)明顯舊屋面壓力的屋面（I-II級(jí)）。有直支撐和中間支撐兩種。支持 - 覆蓋支持支蓋支座兼有支座和蓋支的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，均為四柱式。立柱可直立或斜支撐在頂梁或蓋梁上，相當(dāng)于支撐式和蓋式的結(jié)合。主要使用支撐。 ，輔以封面。該類支架的工作阻力和切割能力介于上述兩者之間，但由于有屏蔽梁，其屏蔽性能和穩(wěn)定性都很好，適用于直接頂部穩(wěn)定性和中等穩(wěn)定性（2至4類）。 ，頂板有明顯的周期性壓力（）。第三章液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 液壓支架的選擇3.1.1液壓支架結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化根據(jù)以往水力支架設(shè)計(jì)的經(jīng)

52、驗(yàn)，考慮不同框架類型和機(jī)構(gòu)的支護(hù)與圍巖力學(xué)相互作用、支護(hù)力矩、底板比壓等特點(diǎn)，可以對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。液壓支架機(jī)械特性總結(jié)（見(jiàn)表3-1）表 3-1 不同結(jié)構(gòu)液壓支架力學(xué)特性對(duì)比支架類型結(jié)構(gòu)主要機(jī)械性能覆蓋分支蓋兩柱蓋支架承載力小，底板比壓均勻，水平有效力大頂級(jí)支持兩柱支撐型支座承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓大，頂板上的主動(dòng)水平力大，前端支撐力大支撐蓋頂級(jí)支持四柱（或三柱）穩(wěn)定性好，橫向阻力強(qiáng)，比壓均勻，但柱容量利用率低頂級(jí)支持四列X型頂梁合力調(diào)整面積大，膨脹比大，承載力高。四柱支持承載能力大，頂切能力強(qiáng)，壓力比較均勻3.1.2液壓支架框架型式的選擇原則在選擇液壓支架時(shí)，要保證工作面

53、頂板的可靠支撐，避免設(shè)備投資過(guò)大，造成不必要的浪費(fèi)。因此，正確選用液壓支架對(duì)工作面的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。液壓支架型式的選擇主要取決于液壓支架的力學(xué)性能是否適合礦山頂?shù)装鍡l件等地質(zhì)條件。當(dāng)內(nèi)容幾種框架類型同時(shí)使用時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇最便宜的支架，支架最便宜，其次是蓋板類型。支撐支架適用于穩(wěn)定頂板。架空支架適用于中等穩(wěn)定性和一般破損的屋頂。軸承護(hù)罩適用于循環(huán)按壓堅(jiān)硬、適度穩(wěn)定和穩(wěn)定的頂板。綜采工作面支架選擇還應(yīng)注意以下四個(gè)原則：對(duì)于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定的屋頂，應(yīng)首選兩柱屏蔽支架。但在底板極軟的情況下，必須嚴(yán)格檢查和限制支撐座尖端的比壓，底板的許用比壓，即極限載荷強(qiáng)度，不得被超過(guò)。在這種情況下，一般應(yīng)避免使

54、用沉重的支架。對(duì)于非常穩(wěn)固穩(wěn)固的難倒塌屋頂和強(qiáng)且非常強(qiáng)的周期性壓力的屋頂，應(yīng)首選四柱支撐屏蔽支架。眾所周知，三點(diǎn)決定一個(gè)平面。由于頂板不平整，四柱支架中總有一根立柱對(duì)頂板的實(shí)際支撐力很低。因此，兩柱盾構(gòu)支架的承載能力利用率高于四柱支架。即兩柱支架對(duì)頂板的實(shí)際支撐力高于相同標(biāo)稱額定阻力的四柱支架，尤其是機(jī)道上方的頂板支撐強(qiáng)度。在不穩(wěn)定的車頂工況下使用四柱支架時(shí)，應(yīng)注意對(duì)路面上方車頂?shù)目刂?，包括增加前?qū)和可收放前梁的阻力。3.1.3影響框架選擇的因素液壓支架的選擇受煤礦煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件的限制。因此，以上因素都會(huì)影響支架的選擇。液壓支架型式的選擇首先要適合屋面條件。一般情況下，可根據(jù)頂板的

55、高低，直接從3-1-5綜采技術(shù)手冊(cè)（第一卷）中的表格中選擇框架型式。煤層厚度當(dāng)煤層厚度超過(guò)1.5m，頂板有橫向推力和水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支座，一般不需要支座。當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.5m2.8m以上時(shí)，需要選擇帶支撐裝置的屏蔽或支撐屏蔽支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用高度調(diào)節(jié)較大的屏蔽式和帶有機(jī)械加長(zhǎng)桿或雙伸縮柱的支架。對(duì)于假頂?shù)姆謱硬傻V，應(yīng)使用屏蔽支架。(2) 煤層傾角煤層傾角小于10時(shí)，支架可不設(shè)防滑裝置。當(dāng)傾角大于1025時(shí)，應(yīng)使用帶防滑裝置的支架。 傾角大于25時(shí)，頭部支架應(yīng)設(shè)置防滑裝置，工作面中部支架應(yīng)設(shè)置底部調(diào)節(jié)千斤頂，工作面中部輸送帶應(yīng)配備防滑裝置。(3)底板強(qiáng)度檢查比壓，

56、使支撐座對(duì)底板的比壓不超過(guò)底板的內(nèi)容比壓。為了方便機(jī)架移動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)支架底座前部的比壓力應(yīng)小于后部的比壓力。(4) 氣體含量對(duì)于涌氣量大的工作面，應(yīng)符合安全規(guī)程的要求，并選擇通風(fēng)端面較大的支撐或支撐屏蔽支架。(5) 煤層硬度煤層為軟煤層時(shí)，支護(hù)最大開(kāi)采高度一般2.5m；中硬煤層時(shí)，支護(hù)最大采高一般3.5m；煤層堅(jiān)硬時(shí)，支座最大采高小于5m。(6) 地質(zhì)構(gòu)造斷層非常發(fā)育，煤層變化太大，頂板內(nèi)容外露面積小于5-8平方米，時(shí)間超過(guò)20分鐘時(shí)，不宜采用綜采暫時(shí)。(7) 設(shè)備成本綜合考慮各種條件，宜選擇支護(hù)支架的框架型式，即本組畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的框架型式。3.2 液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

57、的原則和內(nèi)容確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則滿足配套設(shè)備（采煤機(jī)、輸送機(jī)）的相關(guān)要求：兼容支持的工作模式（立即支持或延遲支持）；結(jié)構(gòu)緊湊，便于行人操作；支架工作穩(wěn)定性好。確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的容量確定正常工作條件下支架與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系；確定支架及其主要部件的整體布置和尺寸。3.2.2液壓支架整體結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)液壓支架的結(jié)構(gòu)類型很多，隨著開(kāi)采高度和應(yīng)用條件的不同，支架的結(jié)構(gòu)布置和尺寸也不同。下面只分析目前廣泛使用的三種典型框架類型的總體布局和結(jié)構(gòu)尺寸。液體載體高度及其膨脹比的測(cè)定一般應(yīng)先確定適合支護(hù)的煤層平均開(kāi)采高度，再確定支護(hù)的高度。對(duì)于大采高支架，根據(jù)下式確定支架高度，即H = M十（200400）m

58、mH =M -(500400)mmH支架最大高度（mm）；H支架最小高度（mm）；M最大采高（mm）；M最小采高（mm）米=米=式中煤層平均厚度；, 煤層厚度上下波動(dòng)系數(shù)，一般取=1.11.3， =0.80.90。對(duì)于中厚煤層支護(hù)，按下列公式確定支護(hù)高度，即：H = M + (200300)H = M - (300400)對(duì)于薄煤層支架，支架的高度確定如下：H = M + (100200)H =M- (150250)支架最大高度和最小高度之差就是支架的高度調(diào)節(jié)周長(zhǎng)。調(diào)高周長(zhǎng)越大，支架的適用周長(zhǎng)越寬。高度可調(diào)的圓周給支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，降低了可靠性。= 2600mm 和 H = 1200mm

59、 在設(shè)計(jì)過(guò)程中。支架的膨脹比是指其最大和最小高度之比：m = Hm / Hn由于液壓支架的使用壽命比較長(zhǎng)，并且可能安裝在不同采高的采煤工作面上，因此支架應(yīng)具有較大的膨脹比。使用雙伸縮柱時(shí)，堆垛支架伸縮比為1.9；支架為2.5；屏蔽支架可達(dá)3，一般周長(zhǎng)為1.52.5，煤層薄時(shí)取較大值。m =H m/ H n=2600/1200=2.167符合屏蔽支架的伸縮比例。確定中心距和寬度支架的中心距一般等于工作面上溜槽的長(zhǎng)度。目前國(guó)外液壓支架中心距大多為1.5m。大采高支座中心距可達(dá)1.75m，促進(jìn)高穩(wěn)定性，輕型支座中心距可達(dá)1.25m，滿足中小型煤礦快速移動(dòng)的要求。支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度

60、的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和高度調(diào)整要求。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，一般行程為170-200mm。支架中心距為1.5m時(shí)，最小寬度一般為1400-1430mm，最大寬度一般為1570-1620mm。支架中心距為1.75m時(shí)，最小寬度一般為1650-1680mm，最大寬度一般為1850-1880mm。支架中心距為1.25m時(shí)，如果有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，最小寬度一般為1150-1180mm，最大寬度一般為1320-1350mm；如果沒(méi)有可移動(dòng)的側(cè)護(hù)板，寬度一般為1150-1200mm。支架間距所謂括號(hào)間距，就是相鄰兩個(gè)括號(hào)的中心之間的距離，按如下公式計(jì)算：b = B + nC其中b：括號(hào)間距B：每個(gè)支