【正文】 升柱支護(hù)新裸露頂板時(shí)，端面距又達(dá)到最?。?CC 截面）。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。將輸送機(jī)推向煤壁，實(shí)現(xiàn)推溜。此時(shí)，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U又處于伸出狀態(tài)（ DD截面），以便完成下一個(gè)動(dòng)作過(guò)程。 隨著采煤機(jī) 割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程。從而對(duì)頂板進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，防止頂板冒落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設(shè)備的安全，實(shí)現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過(guò)程機(jī)械化，提高采煤工作效率。 圖 12 液壓支架在工作面布置示意圖 1－采煤機(jī) 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機(jī) 4－轉(zhuǎn)載機(jī) 5－刮板輸送機(jī) 6－主進(jìn)液管 7－主回液管 8－乳化液泵 9－乳化液箱 10－端頭支架 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 11－單體液壓支柱 液壓支架結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn) 根據(jù)用途和在采煤工作面的安裝位置，液壓支架 分為兩大類(lèi)，即端頭支架和中間支架。 端頭支架安裝在采煤工作面兩端與順槽連接處。由于此處頂板懸露面積較大，綜采設(shè)備較多，又是人員的安全出口，要求端頭支架不僅能支護(hù)頂板，而且要與端面處的各種機(jī)械設(shè)備相適應(yīng)。因此，端頭支架具有特殊性。一般來(lái)說(shuō)，它的頂梁較長(zhǎng)，支護(hù)空間較大，具有較大的支撐力，并兼有支撐和錨固作用，其整體性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均較高。 中間支架安裝在除端頭支架以外的采煤工作面的全部作業(yè)位置。其作業(yè)是確保采煤工作面人員與設(shè)備的安全，并實(shí)現(xiàn)頂板管理與支護(hù)以及采煤作業(yè)過(guò)程機(jī)械化。因此，一方面，要求中間支架工作可靠，使 用方便，易于制造和運(yùn)輸，在整個(gè)服務(wù)年限內(nèi)使用費(fèi)用的總和最低；另一方面，要求中間支架的結(jié)構(gòu)即及布置方式采場(chǎng)圍巖的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與其支護(hù)的工作面頂板壓力相適應(yīng)，兼有支撐和掩護(hù)作用－既能支撐住采煤工作面下沉的頂板，又能防止矸石涌入工作面。液壓支架的分類(lèi)主要是對(duì)中間支架進(jìn)行分類(lèi)。 中間支架按其結(jié)構(gòu)及與圍巖相互作用方式可分為 :支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三大類(lèi)，如圖 12。后兩類(lèi)又統(tǒng)稱(chēng)為掩護(hù)型液壓支架。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 13液壓支架結(jié)構(gòu)型式 a) 支撐式 b) 掩護(hù)式 c) 支撐掩護(hù)式 1－前探梁 2－頂梁及其側(cè)護(hù)板 3－掩護(hù)梁及其側(cè) 護(hù)板 4－前連桿 5－后連桿 6－底座 7－立柱 8－推移千斤頂 9－平衡千斤頂 10－操縱閥與控制閥 11－護(hù)幫機(jī)構(gòu) 12－護(hù)幫千斤頂 13－前梁千斤頂 14－擋矸簾 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過(guò)程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓液體，通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的，如圖 13所示。 支架升降和推移 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 當(dāng)操縱閥 8處于升柱位置時(shí)，從乳化液 泵站來(lái)的高壓液體通過(guò)操縱閥 液控單向閥 6進(jìn)入立柱 2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂 板。當(dāng)操縱閥 8 處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開(kāi)液控單向閥， 立柱下腔回液，支架下降。 支架的前移和推移輸送機(jī)是通過(guò)操縱閥 7 和推移千斤頂 4 來(lái)進(jìn)行的。移架時(shí)，先使支架卸載下降，再把操縱閥 7 置于移架位置，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂 4 的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。這時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂 板。若將操縱閥 7 置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時(shí)輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤壁。 支架的承載過(guò)程 支架的承載過(guò)程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過(guò)程。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。 （ 1）初撐階段 在升架過(guò)程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸圖 13 液壓支架工作原理圖 1頂梁； 2立柱； 3底座； 4推移千斤頂； 5安全閥； 6液控單向閥； 8操縱閥； 9輸送機(jī)； 10乳化液泵； 11主供液管； 12主回液管 PO192345681171210中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 上升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過(guò)程為支架的初撐階段。初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過(guò)早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速 度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。 （ 2）承載增阻階段 支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過(guò)程為支架的承載增阻階段。 （ 3）恒阻階段 隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來(lái)越高。當(dāng)升高到安全閥 5 的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開(kāi)溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過(guò)程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐 力稱(chēng)為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。 液壓支架的支護(hù)方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 3 個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。 即時(shí)支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 — 移架 — 推溜。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。 滯后支護(hù) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 一般循環(huán)方式為：割煤 — 推溜 — 移架。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是 ，支護(hù)滯后時(shí)間較長(zhǎng)，梁端距大，支架頂梁較短。可用于穩(wěn)定、完整的頂板。 復(fù)合支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 — 支架伸出伸縮梁 — 推溜 — 收伸縮梁 — 移架。復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)?？蛇m用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 液壓支架的主要尺寸的確定 支架高度和伸縮比 由題目已知 支架的最大高度 Hm= 支架最小高度 Hn= 指最大與最小支架高度之比值 即： ??? nmHHm 支架間距 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離，按下式計(jì)算 3cmb B n C? ? ? 式中 cb — 支架間距（支架中心距） mB — 每架支架頂梁總 寬 度 3c — 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 n — 每架所包含的組架或框架數(shù) ， 整體自移式支架 n =1；整體邁步 式支架 n =2；節(jié)式邁步支架 ， n =支架節(jié)數(shù)。 取 mB =1750mm， 3c =150mm,n =1 則 3ncBb mc ?? =1750+150 1 =1900mm 底座長(zhǎng)度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要?。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、推移裝置和其他輔助 裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性。 因此，取底座長(zhǎng)度為 2840m，如下圖所示 圖 21 底座示意圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 頂梁長(zhǎng)度的確定 支架在工作面的相對(duì)位置關(guān)系如圖 22所示。 由前排立柱到頂梁前端的長(zhǎng)度由下式計(jì)算 ： cadkb ?????? 式中 ? — 鏟煤板到煤壁間距離，一般為 50～ 100mm； k — 輸送機(jī)寬度， 包括連接千斤 頂裝置； a — 前柱中心到底座前端的距離 d — 采煤機(jī)滾筒截深 c— 頂梁前端到煤壁的距離 ，一般為 250~350mm。 選取采煤機(jī)型號(hào)為 MXA300/,型雙滾筒采煤機(jī) ， 滾筒直徑 1800mm，滾圖 22 支架相對(duì)關(guān)系 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 筒轉(zhuǎn)速 ， 截深 656mm。 刮板輸送機(jī)型號(hào) SGZ730/220,所以： 故 k =732mm， d =656mm 取 ? =100mm， c =300mm， 另外 a =700mm 得 cadkb ?????? =100+732+656+700300=1888mm 則頂梁總長(zhǎng) L=1888+1440+800=4128mm 取 L=4540mm 立柱布置 本支架采用懸浮式立柱。 立柱數(shù) ： 國(guó)內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為 2～ 6 根，常用為 4根。故選立柱數(shù)目為 4。 支撐方式 ： 支撐式支架立柱為垂直分布。 立柱間距 ： 立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為 1～ 。 本支架立柱間距選 。 各部件結(jié)構(gòu)選擇 液壓支架各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)形式與工作面的頂?shù)装鍡l件和支架結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，選擇時(shí)根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)和工作面頂?shù)装鍡l件，對(duì)各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后擇優(yōu)選 擇。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 頂梁 頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：有足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)要求適應(yīng)頂板的不平衡性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。 本支架為垛式支架，故采用剛性頂梁帶鉸接式前梁，如下圖 23 所示，頂梁由前、后梁鉸接。在鉸接前梁 2 安裝有前梁千斤頂 3，用來(lái)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。 各類(lèi)頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般有鋼板焊接而成。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋 盤(pán)形。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋矸簾之用。在頂梁下焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷(xiāo)軸把立柱和頂梁連接起來(lái)。 取頂梁的斷面形狀為閉式頂梁，頂梁上、下蓋板與筋板焊成封閉型，如圖 24 所示。 圖 23 垛式支架頂梁結(jié)構(gòu) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 24 頂梁斷面 底座 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。因此，底座除了滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，還要求對(duì)底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對(duì)底板接觸比壓小，要有足夠的空間能安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置，要便于人員行走；能起一 定的擋矸排矸作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性。 支撐式支架底座結(jié)構(gòu)選整體式底座，如圖 25，整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積達(dá)，接觸比壓小，便于安裝復(fù)位裝置。 底座前端制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。同時(shí)底座后部重量大于前部，避免移架時(shí)啃底。 底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以避免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷(xiāo)軸限位，防止立柱脫出柱窩。在整體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。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 立柱 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 本支架在用單伸縮懸浮式立柱。 單伸縮懸浮式立柱靠壓力伸柱，靠彈簧降柱。 立柱的結(jié)構(gòu)由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。 缸體是立柱的承壓部件。一般用 27SiMn 無(wú)縫鋼管制成。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。 活塞是立柱的關(guān)鍵元件，對(duì)它的主要 要求是保證密封性能良好，運(yùn)動(dòng)表面能承受外力的沖擊。 活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用鋼制作活塞時(shí)，可在活塞上安裝導(dǎo)向環(huán)與缸體內(nèi)徑配合。導(dǎo)向環(huán)多用塑料制品，也有用銅合金制成。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護(hù)密封圈的尼龍擋圈兼做圖 25 底座的結(jié)構(gòu)形式 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 導(dǎo)向環(huán)。 活塞靠密封圈密封，密封圈有 O 型、 Y 型、 U 型、 V 型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是兩個(gè)夾布 U 型橡膠圈壓制而成的整體實(shí)心密封圈，它和兩個(gè) L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力 ～ ，在壓力小于 時(shí)，可以不加擋圈。它可用于各種活塞上的雙向 密封。 蕾型密封圈是一個(gè) U 型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊?。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導(dǎo)向套上，為單向密封。工作壓力小于 時(shí)，可以不加擋圈。 以上兩種密封圈的使用，簡(jiǎn)化了