【正文】 支架設(shè)計方法的巨大進步。薄煤層液壓支架一般采用鄰架控制，為了減 少管路上的壓力損失， 方便人員的操作，設(shè)計了一種先導(dǎo)控制的液壓系統(tǒng)，對液壓支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考價值。 9 2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 支架的高度和支架的伸縮比 10 支架的伸縮比 10 底座長度的確定 11 頂梁寬度 14 頂梁 14 結(jié)構(gòu)型式 17 側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式 18 底座的設(shè)計 23 懸浮式液壓支柱的優(yōu)點 27 支護面積 27 支護效率 29 單伸縮立柱缸徑和工作阻力的確定 30 油缸穩(wěn)定性驗算和立柱強度校核 34 液壓支架的受力分析與計算 37 底座接觸比壓 40 強度條件 48 銷軸及耳板的強度校核 52 前梁與頂梁聯(lián)結(jié)處耳板的強度校核 55 7 液壓支架的液壓系統(tǒng)設(shè)計 56 液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求 62 PRO/E 中運動仿真 78 10 參考文獻 80 中文譯文 我國的薄煤層 資源豐富，全國薄煤層的儲量占全部可采儲量的 ％，分布面廣，煤質(zhì)好。無論是采用刮板輸送機、滾筒采煤機和液壓支架的綜采技術(shù) ， 還是運行軌道、強力刨煤機和液壓支架的綜采技術(shù) ， 液壓支架都是作為煤礦井下支護關(guān)鍵設(shè)備，因此，研究高質(zhì)高效的薄煤層液壓支架有著重要的意義。 以上四種可行的薄煤層采煤方法中，第一、二種采煤方法由于工人 勞動強度大，作業(yè)條件惡劣，生產(chǎn)效率低，同時不符合現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展方向，除個別開采條件過于復(fù)雜，難以使用綜采機組開采的區(qū)域以外，不應(yīng)推薦其作為主要的采煤方法。 實踐表明 ，液壓支架具有支護性能好、強度高、 移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。當操縱閥 8 處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。移架結(jié)束后，在把支架升起，使支架撐緊頂板。 （ 1） 初撐階段 在升架過程中，當支架的頂梁接觸頂板，直到立柱 下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。 （ 3） 恒阻階段 隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。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。 中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 圖 支架的工作特性曲線 t0— 初撐階段； t1— 增阻階段； t2— 恒阻階段； p1— 初撐力 ； p2— 工作阻力 液壓支架的現(xiàn)場布置 圖 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(zhuǎn)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 圖 所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。 AA截面是采煤機割煤前支架的工作狀態(tài)。將輸送機推向煤壁，實現(xiàn)推溜。 液壓支架的分類 1 按架型結(jié)構(gòu)及與圍巖關(guān)系分 （ 1） 掩護式 1）支掩掩護式支架分插底式和不插底式； 2）支頂掩護式分為支架平衡千斤頂設(shè)在頂梁與掩護梁之間和支架平衡千斤頂設(shè)在底座與掩護梁之間。 3 按適用采高分 （ 1）薄煤層支架； （ 2）中厚煤層支架； （ 3）大采高支架。 7 按組合方式 （ 1）單架式支架； （ 2）組合式支架。 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(guān)系。 2 滯后方式 一般循環(huán)方式為：割煤 —推溜 —移架。 復(fù)合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加的反復(fù)支撐的次數(shù)。推溜力一般為 100kN左右；移架力按煤層厚度而定，對中厚煤層一般為 150～ 250kN。 6 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 10 在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。我國不少礦區(qū)薄煤層是主采煤層。在瓦斯含量大、對通風(fēng)有特殊要求的綜采工作面，大多設(shè)計成雙人行通道。為此，結(jié)構(gòu)件大多采用高強度鋼板、箱形結(jié)構(gòu)，頂梁前部有的設(shè)計成板式結(jié)構(gòu)，甚至是幾層彈簧鋼板疊加。 5 簡化結(jié)構(gòu) 薄煤層支架結(jié)構(gòu)要盡量簡單，以減 少事故，頂梁可設(shè)計成整梁，適當加寬頂梁寬度，一般可不設(shè)置活動側(cè)護板。從支架的質(zhì)量來看，有輕型液壓支架、中型液壓支架和重型液壓支架。所以從液壓支架的現(xiàn)狀來看，已經(jīng)發(fā)展到一個完整的液壓支架體系。為減少割煤時間，一般采用 ~1m的截深。美國的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護式支架，使用壽命 8~10年，可用率高達 95% ~98%。 澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn)，使用兩柱掩護式支架，支架的平均工作阻力為 7640kN。 油缸為雙作用單伸縮，上下腔都帶安全閥，當頂板水平力大于額定值時，油缸讓壓，使液壓支架達到新的平衡，從而在設(shè)計時可降低安全系數(shù)，減輕了液壓支架的質(zhì)量。 （ 3）水采液壓支架 為適應(yīng)水采工作面的支護，可設(shè)計一種水采工作面液壓支架。 的工作面，設(shè)計一種新型的大傾角工作面液壓支架。 （ 4）高壓化 各種閥類的壓力等級加高，相應(yīng)的強度增高，使閥和油缸的體積減小，使液壓支架的質(zhì)量減輕。在支架架型功能上我國與國外相差無兒，有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強力支架、端頭支架還有獨到之處，但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低，電液控制閥可靠性差，所用鋼材的耐壓能力一般為 260MPa，最好的屈服極限才700MPa，液壓系統(tǒng)壓力在 35MPa 以下，流量在 200L/min 以內(nèi)，供液管直徑 25~32rnrn，回液管直徑 25~50mrn， 最快移架速度為 10~12s/架 (井下實際應(yīng)用有時在 20s 以上 )，工作阻力更是相對較低。 今后，我國的液壓支架的設(shè)計將向著 技術(shù)含量大、鋼板強度高、移架速度快 (6~8s/架 )和電液控制閥的方向發(fā)展，對有破碎帶和斷層的工作面將加大 支架的移架力，盡量采用整體可靠推桿和抬底座機構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。 2 頂梁所受的水平力均轉(zhuǎn)化為立柱的內(nèi)壓力 ， 因此只要立柱能夠承受足夠的壓力 ,，則支架就能承受與之相應(yīng)的水平載荷 。 5 可以通過只更換缸徑相同 、 行程不同的立柱的方法 ， 裝配成采高不同而工作阻力相同的一系列液壓支架 ， 從而實現(xiàn)支架的模塊化設(shè)計 、 集成化裝配和規(guī)?；?產(chǎn) ， 大大縮短了生產(chǎn)和檢測周期 ， 加快了我國綜采機械化生產(chǎn)進程 。 ， 用 2 個缸徑相同的懸浮式液壓千斤頂支撐 ， 不僅支撐力大 ， 而且對不平整頂板的適應(yīng)性強 。 如果支架中有 1 一 3 根立柱損壞 ， 可以在現(xiàn)場直接進行更換與維修 ， 而不影響整個支架的超靜定結(jié)構(gòu)和工作狀況 ， 大大減小了工人的勞動強度 ， 縮短了維修設(shè)備的時間 。 通過公式 2 22 可得，可采煤層的 高度 約為 。該支架的伸縮比 m=。 大采高支架為提高穩(wěn)定性 ， 中心距可采用 ， 輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 。通常掩護式支架的底座長度取 倍的移架步距（一個移架步距為 ），即 左右，支撐掩護式支架的底座長度取 4 倍的移架步距，即 左右。先移架后推溜方式（ 即 時支護）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護）要求頂梁長度較小。 b B nc??中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 1 采煤機與液壓支架的配套原則： （ 1）采煤機的采高范圍應(yīng)與液壓支架的調(diào)高范圍相適應(yīng)。對滾筒采煤機 ： 式中 : t—— 每架支架的平均移架時間， s； A—— 支架中心距， m； v—— 采煤機工作牽引速度， m/min。它主要取決于采高、底板起伏情況、頂板條件及采煤機械的型式。本次設(shè)計的超靜定薄煤層液壓支架，取消了 傳統(tǒng)的 四連桿機構(gòu)，采高較小，所以梁端距定為 200mm。