【正文】 ign the overall body size. And check the major ponent of the strength . 6 前言 綜合機械化采煤是煤礦技術(shù)進步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動效率、增加經(jīng)濟效益的重要手段。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。從架型的結(jié)構(gòu)特點來看，由于直接類別和老頂級別的不同，所以為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力承載力的關(guān)系進行分析使支架能適應(yīng)頂板載荷的要求。 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板 冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項工作正常進行，必須對頂板進行支護，而液壓支架是以高壓液體作為動力由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的 至呼和控制頂板的設(shè)備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。 升柱： 當(dāng)需要液壓支架上升支護頂板時，高壓乳化液進入立柱的下活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，是與活塞桿相連的頂梁緊緊接觸頂板。 支架的支撐力與時間曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖 12所示 支架立柱工作時，其支撐力隨時間的變化可分為三個階段：支架升柱時，高壓液進入立柱下腔，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，泵站自動卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初承力階段 t0；支架初撐后，隨著頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架安全閥的調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力，此階段為增阻階段 t1；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，是立柱下腔壓力超過的安全閥調(diào)正壓力值時，安全閥打開溢流，立柱下縮，是頂板壓力減小，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)整壓力的限制下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段 t2。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機械性質(zhì)等的不同，對不同液壓支架的需求也不同。 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，以使有效地控制頂板，保證合理的下沉量。 5．要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)面積，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 9．要求支架有足夠的剛度，能承受事實上不均 衡載荷和沖擊載荷。 10 設(shè)計液壓支架必須的基本參數(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。 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。 液壓支架的發(fā)展趨勢 新型適用特種條件下的液壓支架 為了安全高效的開采復(fù)雜地質(zhì)條件的煤炭資源，必須設(shè)計能適應(yīng)某種特殊地質(zhì)條件使用的液壓支架。設(shè)計一種回采率高，夾矸少的放頂煤液壓支架。為適應(yīng)頂板壓力特別大的需要，可將液壓支架的工作阻力設(shè)計的較大。為適應(yīng)煤層傾角小于等于 45176。 2．標(biāo)準(zhǔn)化。 4．高壓化。 我國液壓支架與國外液壓支架存在的差距及今后的發(fā)展趨勢 我國的液壓支架經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，盡管取得了顯著的成績，在雙高礦井建設(shè)中 出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸甚至班產(chǎn)萬噸的記錄，但總體水平與世界先進采煤國家仍存在一定的差距。 今后，我國的液壓支架的設(shè)計將朝技術(shù)含量高、鋼板強度高、移架速度快（ 6～ 8 s/架）和電液控制閥的方向發(fā)展，對破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力，盡量采用整體可 12 靠的推桿和抬底座機構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。如圖 21所示， 前梁較長，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來保證。 2．掩護式液壓支架：掩護式液壓支架有插腿式和非插腿式兩種形式。它保留了支撐式支架支撐力大、切頂性能好、工作空間寬敞等優(yōu)點，采用雙排立柱支撐；同時又吸取掩護式支架擋矸掩護性能好，抗水平力腔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等長處。不同結(jié)構(gòu)形式的支撐掩護式液壓支架，其主要區(qū)別是立柱的布置方式不同。為頂對支護設(shè)備的使用一般沒影響。 3．老頂：是指位于直接頂之上厚而堅實、節(jié)理裂隙和層理都不發(fā)育的整體巖層。因此，支撐力也相應(yīng)集中在控頂區(qū)的后半部分，以阻止上部巖層的移動，實現(xiàn)切頂。所以，此種支架能在破碎不穩(wěn)定頂板下工作。所以，此種支架不能在中等穩(wěn)定以上頂板下工作。一般情況下可根據(jù)頂板的級別直接選出架型。在地板較軟條件下，應(yīng)選 19 用抬地板裝置的支架或插腿掩護式支架。傾角在 10176。以上時，應(yīng)選用同時帶有防滑防倒裝置的液壓支架。支撐式液壓支架最便宜，其次是掩護式液壓支架，最貴為支撐掩護式液壓支架。 二．中等穩(wěn)定頂板：這類頂板強度較高，但由大量節(jié)理裂隙，局部較完整，厚度不大，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般支護設(shè)備前移后隨即冒落。 四．堅硬頂板：極難冒落的砂巖、堅硬砂質(zhì)頁巖等屬于這一類頂板。 老頂周期來壓越不明顯，作用于支架上的載荷就越小，而且穩(wěn)定。) 采高 3m采高 4m 441（ 343） 539（ 441） 441（ 343） 539（ 441） 441 539 ＞ 2 441 ＞ 2 539 破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 注 : (1)表中括號內(nèi)數(shù)字系掩護式支架頂梁上的支護強度 (2)、 、 2 為增壓系數(shù) (3)表中采高為最大采高 2．液壓支架類型的確定 由給定的頂板條件參照表 25 可選取的液壓支架的選型為支撐掩護式液壓支架。頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好，但對頂板適應(yīng)性差。 如圖 d 所示為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接，在鉸接前梁處安裝有前梁千斤頂，用來支撐靠近煤壁處的頂板，同時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。因為它能在頂板凹凸變化時自取平衡，所以叫平衡式頂梁，頂梁鉸接點前、后側(cè)面的比例接近于 2： 1（按載荷分布近似三角形設(shè)計 ）。 如圖 c 所示為鉸接式頂梁，頂梁為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護梁鉸接，取消三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上。 圖 33 掩護式液壓支架定量的類型 1頂梁； 2前梁； 3后梁； 4掩護梁； 5立柱； 6 限位千斤頂； 7 前梁千斤頂 26 3．支撐掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 由于支撐掩護式液壓支架的結(jié)構(gòu)介于支撐式和掩護式液壓支架之間，所以，支撐掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)可采用前述諸種型式，但應(yīng)根據(jù)頂板條件來選取。支撐式液壓支架后焊接有掛簾板，作為掛擋矸簾用。 對于掩護式和支撐掩護式支架，為便于側(cè)護板自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護板稍厚的鋼板，稱為頂板，如圖（ 35）所示： 圖 35 頂梁斷面 27 根據(jù)上述頂梁各種型式本設(shè)計選擇封閉焊頂梁的型式，如圖上圖所示。如圖 36 所示。對分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強度較差?；顒觽?cè)護板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與頂梁連接，以保證活動側(cè)護板與鄰架的固定側(cè)護板靠緊。 2．側(cè)護板的結(jié)構(gòu)形式 側(cè)護板的結(jié)構(gòu)如圖 37 所示。 另一種時鉸接式側(cè)護板，如圖 37d 所示。整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強，穩(wěn)定向好，強度高，不易變形，與底座接觸面積大，比壓小。為使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對分式。底靴式底座的特點是每根立柱支撐在一個底靴上，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 38f 所示。 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。 2．幾種立柱的動作原理 1）單伸縮立柱的動作原理 單伸縮單作用活塞式或柱塞式立柱，靠液壓力伸柱，靠自重或彈簧力降柱。 當(dāng)中缸全部伸出后中缸下腔壓力增加，當(dāng)壓力增加至超過底閥彈簧調(diào)正壓力時， 底閥打開，高壓液進入上柱下腔，上柱上腔液體經(jīng)中腔上部小孔排出，使上柱伸出，如圖 310b 所示。 需要增加支架到最大高度時（在井上），可以拆下 4 根立柱中對角線上的 2 根立柱上機械加長桿卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動機械加長桿從立柱中拔出，當(dāng)達到所調(diào)高度時，再把這兩根機械加長桿的卡環(huán)固定。 輔助裝置 1．推移裝置：推移裝置是液壓支架必備的重要輔助結(jié)構(gòu)件，由推移千斤頂和其它附屬裝置組成。 護幫裝置一般由液壓千斤頂和護幫板構(gòu)成，安裝在前梁下部。為此，需要良好的擋矸裝置。 34 第 4 章 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 液壓支架基本參數(shù)確定 液壓支架的高度確定 支架的高度確定應(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確定，其最大與最小最小高度為 H??≥ h?? ＋ S1 （ 41） H??≤ h??－ S2－α－ σ α （ 42） 式中 H??—— 支架最大高度； H??—— 支架最小高度； h??—— 煤層最大厚度（最大采高）； h??—— 煤層最小厚度（最小采高）； S1—— 考慮偽頂 、煤皮冒落以后仍有可靠初撐力的支撐高度，一般取 200～ 300mm； S2—— 頂板最大下沉量，一般取 100～ 200mm； σ α —— 移架時支架的最小可伸縮量，一般取 50mm； α —— 浮矸 、 浮煤厚度，一般取 50mm。 支架間距 ????要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)中部槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機中部槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定。通常，掩護式液壓支架的底座長度取移架步距的 倍（一個移架步距為 ），及 左右；支撐掩護式液壓支架的底座長度取移架步距的 4倍，即 。 2．擋矸 鑒于組成四連桿機構(gòu)的掩護梁既是連接件，又是承載件 8，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強度。 四連桿機構(gòu)設(shè)計的要求 1．支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，頂梁端點運動最大軌跡的最大寬度 E應(yīng)小于或等于 70 毫米，最好為 30 毫米以下?！?85176。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)是 P≥ 25176。 。同時底板阻止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生向順時針轉(zhuǎn)到的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護力，防止頂梁前端底板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，掩護式液壓支架盡量取大些，支撐掩護式液壓支架盡量取小些。 38 設(shè)： G—— 掩護梁的長度； A—— 后連桿的長度； P1—— 支架最高位置時，掩護梁與頂梁夾角 (度 )。 從幾何關(guān)系出發(fā)可以列出如下公式： GcosP1AcosQ1=L2 (43) GcosP2AcosQ2=L2 (44) 聯(lián)立兩式可得： ???? = osP2? osP1????????2?????????1 (4?5) 按四連桿機構(gòu)幾何特征要求，選定 P1=53176。圖 43 掩護梁和后連桿長度的確定 39 支撐掩護式液壓支架： ???? =～ 取 支架最高位置時的計算高度為： H1=GsinP1+AsinQ1 (46) 根據(jù) ????的比值和式 46可以求得掩護梁的長度 G和后連桿長度 A，經(jīng)過取整后計算出 PP Q Q2 的角度，確定這幾個參數(shù)。 3)過 O 點作與 H— H 線的夾角為 Q1 的斜線。 7)以 a 點為圓心，以 長度為半徑作弧，在掩護梁上交一點 b,為前連桿上鉸點的位置。兩圓相交于 a〞。 14)以點 eˊ為圓心，掩護梁長 G 為半徑作弧，交前圓弧上一點 aˊ，此點為液壓支架降 40 到中間某一位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 17)過 C 點 H－ H 線作垂線，交點 d，則線段 oa ,ab ,bc ,cd ,和 do 為液壓支架四連桿機構(gòu)。所以前一個要比后一個步距多一個（一般為 600 毫米）。一般為 130~150 毫米。 長度的計算 支撐掩護式支架頂梁長度的計算 頂梁長度＝【配套尺寸＋底座長度＋ Acos(Q1)】－【 Gcos(P1)+300+e】＋掩護梁于頂梁鉸點至頂梁后端點之距（ mm） 式中 ： 配套尺寸 —— 參考原煤炭部煤炭研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊確定；本設(shè)計取2020mm 底座長度 —— 底座前端至后連桿鉸點之距； 2500mm e—— 支架由高到低頂梁前端點最大變化距離； 30mm Q1 、 P1—— 支架最高位置時，分別為后連桿和掩護梁水平面的夾角； 代入數(shù)據(jù)就可以計算到頂梁的長度為： 3500 mm 頂梁寬度取 。 掩護梁的參數(shù)確定 1）掩護梁的長度