【正文】 9800kN)，支架寬度普遍增大，并向2m發(fā)展，增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時(shí)間、增加有效工作時(shí)間和提高單產(chǎn)。支架還采用屈服強(qiáng)度800~I000MPa的鋼板，既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能。不僅能滿足國(guó)內(nèi)的需要，還向美國(guó)、俄羅斯、土耳其和印度等國(guó)家出口液壓支架或成套綜采設(shè)備。30多年來(lái)在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤科總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計(jì)所為主的支架研究設(shè)計(jì)隊(duì)伍，采用計(jì)算機(jī)CAD進(jìn)行各種類型支架的設(shè)計(jì)，用有限元計(jì)算軟件等進(jìn)行計(jì)算，并普及計(jì)算機(jī)繪圖。但是綜采設(shè)備初期投資高，特別是液壓支架占綜采設(shè)備總投資約60%，因此液壓支架的合理選用尤顯重要。我國(guó)綜采技術(shù)發(fā)展的30多年，使我國(guó)的煤炭生產(chǎn)技術(shù)水平跨進(jìn)了世界先進(jìn)行列，綜放技術(shù)躍居世界領(lǐng)先地位。液壓支架作為綜合機(jī)械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備之一，其重量約為綜采設(shè)備總重量的80%90%，其費(fèi)用約占綜采設(shè)備總費(fèi)用的60%70%。1980年起，人們?nèi)〉昧藢?duì)自移式液壓支架的研制成功并逐步改進(jìn)完善，進(jìn)而普遍推廣應(yīng)用，使回采工作面采煤過(guò)程中的落煤、裝煤、運(yùn)煤和支護(hù)控頂?shù)裙ば蛉繉?shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化，煤礦取得了較大綜合效益。1954年英國(guó)首次研制出液壓支架，目前，以液壓支架為主體的地下綜采設(shè)備，已逐步向程控、遙控和自動(dòng)化方向發(fā)展。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 124 頁(yè)掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)1 前言我國(guó)液壓支架技術(shù)起步于20世紀(jì)60年代末70年代初,當(dāng)時(shí)煤炭科學(xué)研究總院北京開(kāi)采所、太原、唐山和上海研究所等單位都先后開(kāi)始對(duì)液壓支架展開(kāi)研究。我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，在20世紀(jì)60年代也曾研制了幾種液壓支架，但未得到推廣和應(yīng)用。采煤綜合機(jī)械化，是加速我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。因此，為了降低成本，提高采煤的經(jīng)濟(jì)效益，世界各產(chǎn)煤大國(guó)都一直在積極地開(kāi)展液壓支架的研究。工作面支護(hù)問(wèn)題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問(wèn)題。 國(guó)內(nèi)液壓支架現(xiàn)狀我國(guó)在1964年由太原分院和鄭州煤機(jī)廠設(shè)計(jì)70型邁步式自移支架，從此開(kāi)始了液壓支架的國(guó)產(chǎn)化道路。我國(guó)制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計(jì)、選型和使用提供了有力的指導(dǎo)依據(jù)。 國(guó)外液壓支架現(xiàn)狀80年代以來(lái)，世界主要采煤國(guó)家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、降低成本、實(shí)現(xiàn)礦井集中生產(chǎn)做努力，人們積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)，致力于高性能、高可靠性的新一代液壓支架的研制。隨著長(zhǎng)壁工作面長(zhǎng)度的不斷增加，為適應(yīng)快速移架的需要，國(guó)外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為40一50MPa，額定流量400~800L/min，實(shí)現(xiàn)工作面支架的單架程控或分組程控操作，其移架速度可達(dá)到6一8s/架。如洛斯公司20英里礦在2505280m長(zhǎng)壁綜采面用工作阻力為28565kN電液控制兩柱掩護(hù)式支架，成為世界上首次月產(chǎn)商品煤近百萬(wàn)噸的工作面；1995年9月，糜鹿礦用工作阻力為8900kN電流控制的兩柱掩護(hù)式支架。英國(guó)也在大力發(fā)展兩柱掩護(hù)式支架，工作阻力有了很大提高，達(dá)到6000—8000kN。3) 強(qiáng)力化為適應(yīng)工作面高產(chǎn)、高效，增加液壓支架的可靠性，減少維修，滿足地質(zhì)條件較好的大、中型礦井集中化生產(chǎn)等要求，在美國(guó)、澳大利亞等國(guó)，這種液壓支架強(qiáng)力化的趨勢(shì)比較明顯。5) 成套化與系列化液壓支架只有與采煤機(jī)、輸送機(jī)等設(shè)備共同配套使用，才能最大限度地發(fā)揮作用。6) 自動(dòng)化電子液壓控制系統(tǒng)可使液壓支架實(shí)現(xiàn)程序、成組或者自動(dòng)化集中控制，從而改善支護(hù)效果，適應(yīng)工作面高產(chǎn)、高效和安全的要求。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷；液壓油缸 包括立柱和各類千斤頂。 液壓支架的工作原理液壓支架在工作過(guò)程中，必須具備升、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。 圖2—4 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 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。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，孔用鋼絲繩或銷(xiāo)軸把立柱和頂梁連接起來(lái)。 掩護(hù)梁掩護(hù)梁是支撐掩護(hù)式和掩護(hù)式支架的特征之一，它直接承受冒落矸石的載荷和頂板通過(guò)頂梁傳遞的水平載荷引起的彎距，一般都采用有鋼板焊接而成的箱體結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座。掩護(hù)梁一般做成整體，也有做成左右對(duì)分的對(duì)分式結(jié)構(gòu)，尺寸小，易于加工、運(yùn)輸和安裝,但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差。還有一種是兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板，這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開(kāi)采方向變化的要求，有利于放倒和調(diào)架。雙扭線式支架的連桿應(yīng)能承受從掩護(hù)梁傳遞來(lái)的冒落石的載荷和頂板水平運(yùn)動(dòng)引起的載荷，從而對(duì)它們有足夠的要求，一般后連桿為整體鑄鋼件，前連桿為左右分支的鑄鋼件,這樣可使支架的有效利用空間大些。掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的底座多采用整體剛性平底座，各種形式的底座前端都制成滑橇形，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(xiāo)軸限位，防止立柱脫出柱窩。單作用立柱是屬于液壓升柱、自由降柱的工作方式，應(yīng)用較少，目前廣泛采用的是雙作用活塞立柱，依靠液壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)升柱和降柱。立柱的供液方式有外供液和內(nèi)供液兩種，一般雙伸縮立柱采用內(nèi)供液方式，單伸縮立柱大多用外供液方式，此方法簡(jiǎn)單，加工、維修都很方便。 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。液壓支架采用安全閥均為直動(dòng)式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作靈敏度高，過(guò)載時(shí)，它能及時(shí)起到溢流作用，利用液壓和彈簧力的相互作用，以實(shí)現(xiàn)閥的開(kāi)啟溢流和復(fù)位定壓作用。往復(fù)式：往復(fù)式操縱閥的閥芯元件是沿軸向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，開(kāi)閉進(jìn)出口油路實(shí)現(xiàn)換向作用。 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(hù)裝置組成，裝在可沿軌道或底板移動(dòng)的平板列車(chē)上，泵站是液壓支架的動(dòng)力源，一般按設(shè)在中間運(yùn)輸巷內(nèi)，支架的液壓傳動(dòng)以乳化液作為傳遞能量的介質(zhì)，泵站的工作壓力除了應(yīng)滿足支架初撐力要求的壓力和千斤頂?shù)淖畲髩毫ν?，還應(yīng)加上管路損失。采煤機(jī)每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。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。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。 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。為了有效的支護(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。（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(hù)強(qiáng)度。（6）煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。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)。采煤機(jī)生產(chǎn)能力選擇，采煤機(jī)的生產(chǎn)能力的決定是依據(jù)工作面的年產(chǎn)量及每小時(shí)生產(chǎn)能力而確定的。(三)空間配套 從安全角度出發(fā)，支架前柱到煤壁的無(wú)立柱空間寬度越小越好。支架的初撐力和工作阻力要適應(yīng)直接頂和基本頂巖層移動(dòng)產(chǎn)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(jié)構(gòu)應(yīng)與煤層賦存條件相適應(yīng)；支護(hù)斷面應(yīng)與通風(fēng)要求相適應(yīng)，保證足夠風(fēng)量，且風(fēng)速不能超過(guò)規(guī)定值；液壓支架應(yīng)與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備相匹配。如圖3—2所示：圖3—2二柱掩護(hù)式支架—。從大采高支架使用的穩(wěn)定性和配合采煤機(jī)牽引速度實(shí)現(xiàn)快速采煤考慮。P==9581KN式中：P—支架工作阻力；Kp—?jiǎng)虞d系數(shù)()； s—支架的支護(hù)面積(㎡)；通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外架型分析、研究，結(jié)合該工作面開(kāi)采技術(shù)條件，最終選定支護(hù)強(qiáng)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(hù)強(qiáng)度。該面煤層硬度低，易于切割，但面內(nèi)斷層較多，煤層起伏及傾角變化較大，為保證遇斷層時(shí)具有足夠的切割巖石的能力，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高效回采，故該面應(yīng)選擇大功率采煤機(jī)。國(guó)外采煤機(jī)一般開(kāi)機(jī)率在70—95%，而國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)的開(kāi)機(jī)率在50%—60%左右。表3—3工作面設(shè)備配套匯總表設(shè)備名稱產(chǎn)地型號(hào)技術(shù)參數(shù)采煤機(jī)西安MG750/1910WD裝機(jī)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(jī)張家口SGZ1000/3000運(yùn)輸能力為3000t/h，總裝機(jī)功率為3*1000kw，電壓等級(jí)為3300v轉(zhuǎn)載機(jī)張家口SZZ1350/525運(yùn)輸能力為4000t/h，總裝機(jī)功率為525kw，電壓等級(jí)為3300v破碎機(jī)張家口PCM400破碎能力為4000t/h，總裝機(jī)功率為400kw，電壓等級(jí)為3300v乳化液泵無(wú)錫煤機(jī)廠BRW400/，額定流量400L/min，數(shù)量為2臺(tái)帶式輸送機(jī)山西煤機(jī)廠SSJ1200/2*250功率為500KW，輸送帶寬度為1200mm，運(yùn)輸能力為1400t/h4 大采高液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 支架高度,支架間距,底座長(zhǎng)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(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來(lái)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，一般取100～200mm；——移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取50mm；——浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm。但是考慮盡量減輕支架重量，降低造價(jià)，可搞系列化，加強(qiáng)支架對(duì)頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長(zhǎng)桿來(lái)增加調(diào)高范圍。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)垂直分力使搖臂和滾筒向液壓支架傾斜，為避免割到頂梁而留的安全距離。 支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定 四連桿機(jī)構(gòu)的作用1．梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線運(yùn)動(dòng)，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點(diǎn)適應(yīng)采高的變化范圍。首先，支架在工作過(guò)程當(dāng)中，四連桿機(jī)構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)頂板產(chǎn)生一個(gè)水平力（又稱水平支撐力），因此對(duì)支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。Q≤75176。為宜，而角主要考慮掩護(hù)梁底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能降下來(lái)，一般取Q≥25176。 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)從圖4—2可以看出，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長(zhǎng)度和位置就可以了。確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距（預(yù)確定為160mm），和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距（預(yù)確定為440mm）。已知= m，=取=58176。、=6000mm、=3500mm代入（4—7）==而支架在最高位置時(shí)的值為： （4—8）因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為： （4—9）= =4081mm后連桿長(zhǎng)度為：=4081=2652mm （4—10）掩護(hù)梁長(zhǎng)度和后連桿長(zhǎng)度求出后取整數(shù)，再重新標(biāo)出、的角度，從而這幾個(gè)參數(shù)新算確定了。 頂梁長(zhǎng)度的確定 支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響很大，如圖4—6所示。圖4—6 支架工作方式比較圖 — 先推溜后移架工作方式（活塞桿處于收縮狀態(tài)） — 先移架后推溜工作方式（活塞桿處于伸出狀態(tài)）支架在工作面的相對(duì)位置關(guān)系如圖47所示。頂梁長(zhǎng)度=(3540+3360+2652cos75176。故選立柱數(shù)目為2。因此必須驗(yàn)算通風(fēng)斷面積。 (413)式中： —工作面風(fēng)速（m/s）；—支架在采煤工作面的通風(fēng)斷面積（m2）；—采煤工作面所需風(fēng)量（m3/min）；；—通風(fēng)不均系數(shù)，一般取=；—保安規(guī)程允許的朝氣含量，一般取=1%；；—日產(chǎn)量（T）；—一分鐘產(chǎn)生一噸煤沼氣涌出量，一般取=14(/min)。大采高液壓支架總體設(shè)計(jì)滿足配套設(shè)備要求，實(shí)現(xiàn)2．8～6．3 m調(diào)高比，支護(hù)強(qiáng)度在1MPa以上，總體受力狀態(tài)及雙扭線優(yōu)化合理，穩(wěn)定性好，可靠性高，對(duì)頂板、底板適應(yīng)能力強(qiáng)。底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。頂梁結(jié)構(gòu)形式如圖5—1：, 圖51 頂梁的結(jié)構(gòu)型式1——護(hù)幫；2——后梁；3——尾梁；4——護(hù)幫千斤頂；5——前梁伸縮千斤頂各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般有鋼板焊接而成。本支架采用整體長(zhǎng)頂梁結(jié)構(gòu)，箱形焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)頂板載荷平衡能力強(qiáng)。支架前端采用帶四連桿機(jī)構(gòu)的兩級(jí)護(hù)幫機(jī)構(gòu)，為目前國(guó)內(nèi)外最大，護(hù)幫機(jī)構(gòu)既可收回又可翻轉(zhuǎn)180176。 主要作用（1）擋矸 可改善頂梁與掩護(hù)梁的護(hù)頂、防矸性能，隔離控頂區(qū)與采空區(qū)、防止冒落矸石竄入工作面，減少冒矸形成的粉塵；（2）導(dǎo)向 在支架移架時(shí)起導(dǎo)向作用；（3）防倒、調(diào)架 活動(dòng)側(cè)護(hù)板增強(qiáng)了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。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。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開(kāi)采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。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，影響架間密封效果