【正文】 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)件組成的支護(hù)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)度大、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)織成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤作面產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠的實(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。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 液壓支架在工作過(guò)程中，必須具備升、降、推、移 4 個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站 供給的高壓乳化液通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的。其工作原理如圖 所示。 圖 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 (1)升柱。當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔。另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，使與活塞扦相連接的頂梁緊密接觸頂板。 (2)降柱。當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔， 另一腔回液，迫使活塞扦下降，于是頂梁脫離頂板。 (3)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(lái)完成的。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先降柱卸載，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)需要推輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊唬硪磺换匾?，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。支架的支撐力與時(shí)間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 支架的工作特性曲線 t0 — 初撐階 段； t1 — 增阻階段； t2 — 橫阻階段； P1 — 初撐力； P2 — 工作阻力 當(dāng) 支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化過(guò)程可分為 3個(gè)階段：支架在升柱時(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，此階段為初撐階段 0t ；支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架的安全閥調(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 1t 隨著頂板壓力繼續(xù)增加，立柱下腔壓力超過(guò)支架的安全閥調(diào)正壓力，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，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)正壓力的限制下，壓力曲線隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段 2t 。 液壓支架的設(shè)計(jì)目的 采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。了滿足對(duì)煤炭日益增長(zhǎng)的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面 (簡(jiǎn)稱綜采工作面 )。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)華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 液壓支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效地支護(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)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)。 設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)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．以便有效地控制頂板，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。椎溜力一般為 100kN；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100150kN，中厚煤層 一 般為 150250kN，厚煤層一般 300400kN。 (3)防矸性能要好。 (4)排矸性能要好。 (5)要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，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，照明和通信方便。 (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，能夠承受一定的不均勻載荷 (10)在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。 (11)要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單。 (12)液壓元件要可靠。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 2 章 液壓支架的 結(jié)構(gòu) 液壓支架的整體結(jié)構(gòu) 1） 支撐式液壓支架的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng) 支 撐式液壓支架的結(jié)構(gòu)由前探梁、后梁、前梁短柱、立柱、擋 矸 簾、操縱閥、控制閥、復(fù)位千斤頂、推移千斤頂、底座箱等組成。液壓系統(tǒng)由泵站、立柱、千斤頂、前梁短柱、操縱閥、控制閥和管路等組成。泵站供給的高壓液體經(jīng)主進(jìn)液管通向各架 的操縱閥。各架的回 液 經(jīng)主回液管返回泵站。 液壓系統(tǒng)的主要部分是控制閥和操縱閥?？刂崎y裝在立柱和前梁短柱的活塞控制液路上。操縱閥為二位二通閥的組合體，控制前梁升降、前柱升降、后柱升降和移架推溜等 8 個(gè)動(dòng)作。 2） 掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng) 。 掩護(hù)式液壓支架 的結(jié)構(gòu)由前梁、主梁、 掩護(hù)梁、側(cè)護(hù)板、底座、前后連桿、前梁干斤頂、立柱、操縱閥、控制閥等組成。 液壓系統(tǒng)采用本架控制，有 2種供液壓力，立柱、平衡千斤頂、前梁千斤頂?shù)幕钊挥酶邏?，其?的活塞腔用低壓。在操縱閥上加一個(gè)配液閥，通過(guò)單向閥可使在升柱時(shí)高低壓同時(shí)供液，使升柱速度加快，初撐力增大，有效地防止頂板離層。 3） 支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng) 支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu) 由 前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是在前梁千斤頂?shù)某休d腔液路上采用大流量安全閥。升架時(shí)前梁千斤頂先推出，前梁端 部先接觸頂板，在支架繼續(xù)升起直到頂梁撐緊頂板時(shí)，前梁被迫 下降，使前梁千斤頂收縮，在此過(guò)程中，大流量安全閥過(guò)載而大量溢流，從而使前梁千斤頂達(dá)到 最大 工作阻力。這樣，前梁對(duì)頂板的支撐力能較快地達(dá)到額定值，從而可以有效地支控工作 面 前端的頂板，防止離層。 頂梁 的 結(jié)構(gòu) 1） 支撐式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 支撐式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)型式如圖 。如圖 所示為整體剛性頂梁，頂梁為一整體，剛性大．承載能力較好，但對(duì)頂板的適應(yīng)性差。如圖 、 c 所示為鉸接式頂梁，由前梁和后梁鉸接而成， 分別由前、后排立柱支承。其中，如圖 所示為全 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。半鉸式頂梁如圖 所 示，它克服了 全 鉸式的缺點(diǎn)，當(dāng)頂梁中部頂板出現(xiàn)凸起時(shí)，使前、后梁向 上 翹；當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時(shí)，由于餃接點(diǎn)下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。如圖 所示為剛性頂梁帶餃接式前梁，頂梁由前、后梁餃接有前梁千斤頂 4，用來(lái)支撐靠近煤壁處的頂板，同時(shí)還可以使前梁上、變化和增加頂梁前端的支撐能力。在鉸接前梁 l 處安裝下擺角適應(yīng)頂板起伏為了 使冒落的頂板 矸石 滑向采空區(qū)，保護(hù)檔 矸簾 ，還可以增設(shè)尾梁 3，如圖 所示。如圖 所示為不帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂 5使前梁 1伸縮，由于前梁可以及時(shí)伸出支護(hù)剛暴露的頂板，從而允許固定頂梁減小長(zhǎng)度，也 可以使 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)。 圖 1前梁 2后梁 3尾梁 4前梁千斤頂 5后梁伸縮千斤頂 2） 掩護(hù)式液壓支架的 頂 梁結(jié)構(gòu) 掩護(hù)式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)型式如圖 。如圖 所示為平衡式頂梁。頂梁 1較短，與其下部的掩護(hù) 梁 4鉸 接。因?yàn)樗茉陧敯灏纪棺兓瘯r(shí)自取平衡，所以叫平衡式華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 頂梁。頂梁 鉸 接點(diǎn)前、后側(cè)面的比例近似為 2： l(按載荷分布近似為三角形設(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。 如圖 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 所示為鉸接式頂梁，頂梁 1 為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護(hù)梁 4鉸 接，取消了三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上。用平衡千斤頂 8調(diào)節(jié)頂梁與頂板的接觸面積。如圖 ，由前梁千斤頂 7調(diào)節(jié)前梁角度，可提高前梁前端的支撐能力，改善前梁前端的支控效果。如圖 所 示 為帶伸縮前梁的鉸接式頂梁 ，可及時(shí)支護(hù)頂板，減少頂梁的暴露時(shí)間 。鉸接式頂梁加 伸縮 和擺動(dòng)前梁，為如圖 、 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。 圖 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 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)型式 使 支撐式和掩護(hù)式液壓支架 的結(jié)合 ，所以 支撐掩護(hù)式液壓支架的 頂梁結(jié)構(gòu)可以采用前述 諸 種型式，但應(yīng)當(dāng)根據(jù)頂板條件來(lái)選取。 四連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 四連桿機(jī)構(gòu) 有 兩種結(jié)構(gòu)型式。 如圖 、后連桿是單桿式的結(jié)構(gòu)型式。 如圖 、后連桿是整體式的結(jié)構(gòu)型式。 前連桿又分為剛性前連桿和伸縮前連桿，伸縮前連桿用油缸來(lái)代替。后連桿有直線型 和圓弧型，圓弧形有利華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 于矸石下滑。有的支架在后連桿上加側(cè)護(hù)板．在后連桿上安裝一個(gè)側(cè)推千斤頂和兩個(gè)導(dǎo)向筒。 圖 前、后連桿是單桿式的結(jié)構(gòu)型式 圖 前連桿是單桿、后連桿是整體式的結(jié)構(gòu)型式 側(cè)護(hù)板的 結(jié)構(gòu)型式 頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種。一種是 — 側(cè)固定另 — 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(lái)確定左側(cè)或右側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。一般沿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(guò)彈簧 筒 和側(cè)推千斤頂與梁體連接，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)架、防倒等帶來(lái)不便，所以很少采用。另一種是兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。利于防倒和調(diào)架。 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式如圖 。通常有兩種類型。 一種是側(cè)護(hù)板在頂梁的外側(cè)。這種類型的側(cè)護(hù)板又有 3種型式，如 圖 所示，頂梁上無(wú)頂板，側(cè) 護(hù) 板易被冒落 矸 石壓住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；如圖 、 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 —華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 種是鉸接式側(cè) 護(hù) 板，如圖 。它克服了以上兩種側(cè)護(hù)板的缺點(diǎn)，但由于架間側(cè)護(hù)板造成三角帶容易填 入碎矸 ，影響了架間密封效果。 圖 底座的結(jié)構(gòu)型式 底座的結(jié)構(gòu)型式如圖 ，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)定性好． 強(qiáng)度高 不易變形，與底扳接觸面積大，比壓 小。如圖 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 ，占用空間小，一般用于掩護(hù)式或支撐掩護(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) 底扳起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對(duì)分式。如圖 、 d所示為前、后兩個(gè)底座 箱 的對(duì)分式，兩者通過(guò)銷軸與彈簧鋼板鉸接而成。如圖 、右兩個(gè)底座箱的對(duì)分式，兩者用彈簧鋼板和銷軸等連接。 (3)底靴式。底靴式底座的特點(diǎn)是每根立 柱 支承在一個(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 。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，對(duì)底板的不平整適應(yīng)性強(qiáng)。但剛性差，與底板接觸面積小，穩(wěn)定性差，一般用于節(jié)式支架上。各種型式的底座前端都制成滑橇形，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，增加底座后部比壓，同時(shí)有利于排矸。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 頂 梁和掩護(hù)梁 側(cè) 護(hù)板上的側(cè)推千斤 頂 和彈簧筒的組成 頂梁側(cè)護(hù)板由中間兩個(gè)側(cè) 護(hù) 千斤頂和外側(cè)兩個(gè)彈簧筒組成；掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板由中間一個(gè)側(cè) 推 千斤頂和外側(cè)兩個(gè)彈簧 筒 組成，如圖 。 圖 側(cè)護(hù)板 防 倒 防 滑 裝 置 的結(jié)構(gòu) 當(dāng)工作面傾角大于 15176。時(shí)，必須考慮液壓支架的防倒、防滑問(wèn)題。支架的防倒防滑措施很多，除了采煤工藝措施（偽斜）、移架順序、及支架本身的穩(wěn)定性之外，需要附加一些防倒防滑裝置。 當(dāng)傾角小于 25176。時(shí)，多在工作面下排頭支架上安設(shè)有效的防倒防滑裝置；而傾角大于 25176。時(shí)，除了在排頭支架采 用防倒防滑裝置以外，還要根據(jù)傾角的大小、支架型式等因素。在液壓支架上也要 安 設(shè)防倒防滑裝置。 （ 1） 防倒裝置有斜拉式和平拉式兩種。斜拉式是由斜拉式千斤頂和圓環(huán)鏈組成。千斤頂?shù)囊欢伺c需要防倒防滑的支架的頂梁相連，千斤頂另一端與上方的支架底座前下部相連，靠千斤頂?shù)睦ζ鸱赖棺饔?。這種斜拉式防倒裝置多用于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架工作面的排頭支架。 （ 2） 防滑裝置有兜角式、底調(diào)式和底推式幾種型式。 兜