【正文】 結構不同可分為活塞式和柱塞式；按伸縮不同可分為單伸縮式和雙伸縮式立柱。單作用立柱是屬于液壓升柱、自由降柱的工作方式，應用較少，目前廣泛采用的是雙作用活塞立柱，依靠液壓力來實現(xiàn)升柱和降柱。在伸縮方式上，大多采用單伸縮，只有當煤層厚度比較大，或為了擴大支架調高范圍時才采用雙伸縮立柱。立柱結構：液壓支架實際上是推力油缸作為支撐裝置，具有以下特點：立柱一般由活塞、活塞桿、缸體三部分組成，由于支架工作時，立柱承受的載荷較大，降柱力較小，故活塞桿直徑較大，常采用空心結構，以保證有足夠的剛度，活塞一般采用Y型密封圈，銅環(huán)導向，缸體底部焊接，缸體與缸蓋之間用鋼絲、螺紋或卡環(huán)連接。立柱的頭部結構為球型，頂梁、掩護梁、底座之間的連接采用銷軸活壓塊固定，以便立柱工作時有一定的適應性。立柱的供液方式有外供液和內供液兩種，一般雙伸縮立柱采用內供液方式，單伸縮立柱大多用外供液方式，此方法簡單，加工、維修都很方便。為在一定范圍內適應煤層厚度變化，立柱上端可根據(jù)需要裝設機械加長桿，以增加支架高度，但其長度必須控制在立柱剛性所允許的范圍內才可以。 液控單向閥液控單向閥是支架液壓系統(tǒng)中的關鍵元件之一，通常稱為“液壓鎖”。支架的工作可靠與否，與單向閥的密閉性能有直接關系，如果單向閥鎖不住立柱下腔的工作液體，支架就會出現(xiàn)自動慢慢下縮，是不允許的，如果液控單向閥動作不靈敏，則立柱的初撐力就達不到設計要求，因此要求液控單向閥密封可靠、動作靈敏，并要求使用壽命長。 安全閥安全閥也稱為定壓閥，它與液控單向閥組合在一起，是液壓支架不可缺少的一種控制閥。安全閥是使支架保持平衡工作特性和可伸縮性的重要元件，和液控單向閥一樣，它長期處于高壓狀態(tài)。支架經常的工作狀態(tài)取決于頂板壓力逐漸增強和頂板巖石的極其緩慢下沉情況。若安全閥的密封性能不好，不能保證支架達到設計的工作阻力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，故要求安全閥的動作靈敏，閥的開啟壓力和關閉壓力差值很小，有一定的卸荷開口量，密封可靠和工作穩(wěn)定，沒有震蕩現(xiàn)象，有較長的使用壽命，結構簡單，拆裝方便。液壓支架采用安全閥均為直動式，結構簡單、工作靈敏度高，過載時，它能及時起到溢流作用，利用液壓和彈簧力的相互作用，以實現(xiàn)閥的開啟溢流和復位定壓作用。 操縱閥操縱閥是控制各液壓缸進出油路使立柱完成各種動作的開關，故要求密閉性好，工作可靠、操作方便。操縱閥的機能通過和位數(shù)必須滿足支架的動作要求，操縱閥的機能一般在停止位置時，各個通路應全部回液，相當于“Y”型機能，故操縱閥上油液高壓進液口和一個低壓回路上。操縱閥按控制不同，可分為手控、液控、電控和電液控四種，按動作原理可分為往復式和回轉式兩種。往復式：往復式操縱閥的閥芯元件是沿軸向做往復運動，開閉進出口油路實現(xiàn)換向作用。它采用結構為二位三通或三位四通電磁閥構成組合機構，每個閥獨立操作可實現(xiàn)復合化。但體積大，結構較復雜，閥的操作機構一般采用杠桿式凸輪閉輪鎖的控制裝置，也可用電控或電液控，因此往復式操作有利于實現(xiàn)遙控和自動化?；剞D操縱閥：回轉操縱閥優(yōu)點是體積小，位數(shù)多，操作簡單方便，但只有單一動作，難以實現(xiàn)組合操作。 泵站泵站一般有乳化液泵、乳化液箱和一套壓力控制與保護裝置組成，裝在可沿軌道或底板移動的平板列車上，泵站是液壓支架的動力源，一般按設在中間運輸巷內，支架的液壓傳動以乳化液作為傳遞能量的介質，泵站的工作壓力除了應滿足支架初撐力要求的壓力和千斤頂?shù)淖畲髩毫ν?，還應加上管路損失。 液壓支架工作狀態(tài)及布置圖25所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。每個工作面一般由滾筒采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉載機、乳化液泵站和油管等主要設備組成。為了實現(xiàn)頂板及時支護，常采用先移架后推溜的方式。采煤機每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個主要動作過程。AA截面是采煤機割煤前支架的工作狀態(tài)。此時，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機緊靠煤壁。采煤機割煤后，支架尚未前移時（BB截面），端面距最大（等于采煤機截深）；當支架降柱卸載前移，然后升柱支護新裸露頂板時，端面距又達到最?。–C截面）。支架支撐頂板后，以其為支點操作推溜千斤頂。將輸送機推向煤壁，實現(xiàn)推溜。此時，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U又處于伸出狀態(tài)（DD截面），以便完成下一個動作過程。隨著采煤機割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復上述四個主要動作過程。從而對頂板進行及時支護，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備的安全，實現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過程機械化，提高采煤工作效率。圖25 液壓支架在工作面布置示意圖1－采煤機 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機 4－轉載機 5－刮板輸送機 6－主進液管7－主回液管 8－乳化液泵 9－乳化液箱 10－端頭支架 11－單體液壓支柱 液壓支架的支護方式綜采工作面的主要生產工序有采煤、移架和推溜。3個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的3種支護方式，從而決定工作面“三機”的不同配套關系。即時支護一般循環(huán)方式為：割煤—移架—推溜。即時支護的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應用最廣泛的支護方式。滯后支護一般循環(huán)方式為：割煤—推溜—移架。滯后支護的特點是，支護滯后時間較長，梁端距大，支架頂梁較短。可用于穩(wěn)定、完整的頂板。復合支護一般循環(huán)方式為：割煤—支架伸出伸縮梁—推溜—收伸縮梁—移架。復合支護的特點是，支護滯后時間短，但增加了反復支撐次數(shù)?？蛇m用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應高產高效要求，目前應用較少。 設計目的采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產量、提高經濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產機械化采煤設備，迅速增加綜合機械化采煤工作面。而且每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的底板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理性質等的不同，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的。由于液壓支架的類型很多，因此其設計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。 液壓支架設計的基本參數(shù)（1）頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進行選型。（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，以及支架的支護強度。（3）瓦斯等級 根據(jù)瓦斯等級，按安全規(guī)程規(guī)定，驗算通風斷面。（4）底板巖性及小時涌水量 根據(jù)底板巖性及小時涌水量驗算底板比壓。（5）工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。（6）煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。（7）井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。（8）配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。 本文做的主要工作基本參數(shù)的確定四連桿機構的選擇與設計底座形式的選擇與設計頂梁形式的選擇與設計掩護梁形式的選擇與設計側護板形式的選擇與設計推移裝置形式的選擇與設計等等。3 大采高工作面概況及設備選型 工作面總體來壓情況圖3—1大采高工作面總體來壓規(guī)律表3—1頂板跨落來壓特征可以看出，在第1關鍵層(20m處)斷裂、垮落后，工作面來壓明顯增加，導致支架初撐力不足，斷裂線向煤壁方向移動，同時破斷角增大，工作面壓力顯現(xiàn)明顯。 大采高工作面設備選型 工作面設備選型配套原則(一)生產能力配套 工作面生產能力取決于采煤機落煤能力，而刮板輸送機、液壓支架及運輸巷運輸設備的運輸能力要高于采煤機生產能力的20％以上，要保證工作面高產，工作面運輸設備的運輸能力要大于采煤機的落煤能力，液壓支架的移架速度一定要滿足采煤機高產快速運行的要求。采煤機生產能力選擇，采煤機的生產能力的決定是依據(jù)工作面的年產量及每小時生產能力而確定的。采煤機生產能力(t／h)=60(min／h)采高(m)截深(m)采煤機牽引速度(min／m) 煤的密度 (t／m3 )系數(shù)刮板輸送機生產能力要高于采煤機的生產能力。 液壓支架生產能力的確定，為了保證工作面采煤機連續(xù)截煤，整個工作面支架的移機速度應大干采煤機連續(xù)截煤的平均截煤牽引速度。 (二)性能配套 主要解決各設備性能互相協(xié)調與制約的問題，從而發(fā)揮設備性能，滿足安全生產需要。(三)空間配套 從安全角度出發(fā)，支架前柱到煤壁的無立柱空間寬度越小越好。 (四)壽命配套 采煤機、刮板輸送機和液壓支架的大修周期應相互配套。綜合機械化采煤是將工作面的落煤、裝煤、運煤、支護的各個環(huán)節(jié)有機的聯(lián)系在一起，使各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械化的過程，各設備之間的合理匹配，將使效率顯著提高，勞動條件將有很大改善。 液壓支架的選型液壓支架選型原則： 支護強度應與工作面礦壓相適應。支架的初撐力和工作阻力要適應直接頂和基本頂巖層移動產生的壓力，將空頂區(qū)的頂板移近量控制到最小程度；支架結構應與煤層賦存條件相適應；支護斷面應與通風要求相適應，保證足夠風量，且風速不能超過規(guī)定值；液壓支架應與采煤機、刮板輸送機等設備相匹配。支架的寬度應與刮板輸送機中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘炔擅簷C截深大100—200mm，支架沿工作面的移架速度應能跟上采煤機的工作牽引速度并能滿足生產指標。 架型的確定該工作面煤質較松軟(f=～)，頂板中等穩(wěn)定，底板巖性較軟，且工作面內發(fā)育斷層較少，煤層起伏變化不大大。根據(jù)上述原則，通過對該工作面開采地質條件分析、研究，最終確定選用二柱支頂掩護式支架。如圖3—2所示：圖3—2二柱掩護式支架—。從提高回采率和控制頂板兩方面考慮。根據(jù)雙伸縮立柱的伸縮比。支架的中心距，、。從大采高支架使用的穩(wěn)定性和配合采煤機牽引速度實現(xiàn)快速采煤考慮。特別是在選用大功率采煤機時，需147mm節(jié)距的銷軌。目前，國內外確定支架支護強度和工作阻力，通常采用巖重倍數(shù)法和經驗類此法來估算。通過對比兩種方法計算結果，取其最大值q = 。P==9581KN式中：P—支架工作阻力；Kp—動載系數(shù)()； s—支架的支護面積(㎡)；通過對國內外架型分析、研究，結合該工作面開采技術條件，最終選定支護強度為1Mpa的ZY10800/28/63型支架作為該工作面支架，能夠保證工作面支護強度。為防止煤壁片幫，液壓支架增設二級護幫板，以增強對煤壁支護效果。 采煤機選型采煤機的選型直接關系到安全高效能否實現(xiàn)。實行一次采全高，在選擇采煤機時著重考慮以下因素：（1）功率采煤機功率的確定一般主要看所切割的煤的硬度與韌性。該面煤層硬度低，易于切割，但面內斷層較多，煤層起伏及傾角變化較大，為保證遇斷層時具有足夠的切割巖石的能力，實現(xiàn)連續(xù)、高效回采，故該面應選擇大功率采煤機。（2）牽引速度，根據(jù)有關參數(shù)計算，平均日循環(huán)應達到12刀，要求采煤機的平均牽引速度應在15m/min左右。（3）技術先進性與可靠性目前，國內外采煤機的發(fā)展主流為交流電牽引采煤機。從技術先進性看，國內外幾個主要采煤機廠家的主要產品相差不大，但可靠性有較大區(qū)別。國外采煤機一般開機率在70—95%，而國產采煤機的開機率在50%—60%左右。綜合以上因素，并對供貨周期、價格、性能進行比較，最終選定西安煤礦機械廠生產的MG750/1910WD型交流電牽引采煤機用于該工作面生產。 刮板運輸機選型刮板輸送機選型原則： 刮板輸送機應能保證工作面落煤生產能力需要，；結構形式一般與采煤機相配套，輸送機槽的結構應與工作外面底板條相適應，并應考慮與采煤機底板托架和行走機構尺寸相匹配；輸送機鋪設長度可根據(jù)刮板輸送機技術特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素確定。根據(jù)工作面生產能力的要求以及采煤機、液壓支架和運輸機的配套關系，參照國內外工作面輸送機的技術參數(shù)以及該礦區(qū)近幾年綜采 “三機”配套成熟的經驗，最終選定SGZ—1000/3000型運輸機。表3—3工作面設備配套匯總表設備名稱產地型號技術參數(shù)采煤機西安MG750/1910WD裝機功率為1910KW，供電電壓為3300V，液壓支架鄭州ZY8000/35/60工作阻力為8000KN，刮板輸送機張家口SGZ1000/3000運輸能力為3000t/h，總裝機功率為3*1000kw，電壓等級為3300v轉載機張家口SZZ1350/525運輸能力為4000t/h，總裝機功率為525kw，電壓等級為3300v破碎機張家口PCM400破碎能力為4000t/h，總裝機功率為400kw，電壓等級為3300v乳化液泵無錫煤機廠BRW400/，額定流量400L/min，數(shù)量為2臺帶式輸送機山西煤機廠SSJ1200/2*250功率為500KW，輸送帶寬度為1200mm，運輸能力為1400t/h4 大采高液壓支架整體結構尺寸設計 支架高度,支架間距,底座長度的確定 支架的高度和支架的伸縮比支架高度支架高度的確定原則，應根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內地質條件的變化等因素來確定， 其最大與最小高度為： （41） （42）式中： ——支架最大高度（mm）；——支架最小高度（mm）；——煤層最大厚度（mm）；——煤層最小厚度（mm）；——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200～300mm；——頂板最大下沉量