【正文】 ，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn) e′′′ 。 （ 16）分別作和的垂直平分線，其交點(diǎn)即為前連桿下鉸點(diǎn)，為前連桿長度。一般梁的支撐力，未伸出前為 200～ 400kN。 頂梁尺寸 ① 頂梁長度 頂梁長度受支架型式、配套采煤機(jī)截深 (滾筒寬度 )、刮板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護(hù)方式等因素的制約。 按條件取底座長度大約為 26 故頂梁長度 L=2950mm ② 頂梁寬度 頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為 。 ①立柱上柱窩位置的確定 確定立柱布置可以用類比法 ,其確定原則考慮支架的穩(wěn)定性及支架的合力作用位置綜合進(jìn)行考慮 ,我們知道 ,作用位置超前易產(chǎn)生啃底現(xiàn)象 ,所以一般盡量使合力位置向后移。則 1 8 0 0 c o s 3 1 9 2 0 c o s 4 6 1 6 0 0 c o s 2 5 9 5 1 .2 7xG? ? ? ? ? ? ? ?mm 故 1x 取整后為 950mm。掩護(hù)梁和頂梁（包括活動側(cè)護(hù)板）一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸性能。 30 圖 36 液壓支架液壓系統(tǒng)圖 1－前立柱； 2－壓力指示器； 3－安全閥； 4－液控單向閥； 5－后立柱； 6－頂梁側(cè)推千斤頂； 7－掩護(hù)梁側(cè)推千斤頂； 8－護(hù)幫千斤頂； 9－雙向液控單向閥； 10－操縱閥； 11－推移千斤頂； 12－前梁千斤頂； 第四章 . 支架的受力分析與計(jì)算 支架的工作狀態(tài) 在采煤工作面中，當(dāng)煤被采出后，就會出現(xiàn)一定的空間 ，由于上部巖從壓力，出現(xiàn)離從和裂隙，如果不及時(shí)支護(hù)，頂板就要冒落，不支護(hù)的時(shí)間越長，危險(xiǎn)就越大，而頂板冒落時(shí)有一定過程的，一般分為三個階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，次時(shí)頂板較完整，而且沒有下沉，通常稱為老頂來壓，次時(shí)頂板并不破裂，且這種下沉帶有一定的周期，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)，如不及時(shí)支護(hù)，頂板就會破裂而冒落，此時(shí)叫冒落狀態(tài)。 （ 5） 立柱和短柱按最大工作阻力來計(jì)算。各力對某點(diǎn)取矩之和為零。當(dāng) ? 26時(shí)， COS? ，所以支架承載能力將顯著的減小。所以 tgθ值過大對支架受力不利。但是支架在設(shè)計(jì)中一般都要按可能的最大承載力來設(shè)計(jì)，顯然這就使支架不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，在很大的一段承載范圍內(nèi)就要大材小用。所以此值的大小在 0～ maxf 范圍內(nèi)變化。 （ 5） 桿水平角對連桿受力的影響 由 cP 和 DP 的計(jì)算式可知，當(dāng)它的分母為零時(shí)， cP 和 DP 將無限大。 aP 8P tF 1WF 1WF 1F 1R2R1首先取頂梁為分離體，如下圖所示，根據(jù) 0M?? ，可得 1 2 2 8 2 2 8 2 2 1 。當(dāng)支架升高時(shí)， c? 和 D? 就逐漸增大， cSin? 和 DSin? 也就逐漸變大。但是，它的極限值卻可以用頂梁和頂板支間產(chǎn)生相對滑動時(shí)的極限摩擦力求得。而 ? 角越大，支架的承載能力越 小。 tgθ值增加，附加力增加。因?yàn)?COS? ≤ 1，因此立柱傾斜布置將使支架的承載能力降低。即以當(dāng)支架支承后在處于平衡狀態(tài)時(shí)，取整體或某一個部分為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力和合力矩為零。 （ 3） 頂梁，底座與頂?shù)装逭J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律，沿支架寬度方向?yàn)榫?。液壓系統(tǒng)原理：本支架操作方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。在整體式底座后部中間底板去掉一塊，增加底座后部比壓，同時(shí)有利排煤。 27 2??1? 按幾何關(guān)系列出的下述諸公式進(jìn)行計(jì)算。一般立柱與頂梁夾角小于 ?30 （支架在最低工作位置時(shí)），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。 cos1P +300+e] 式中： 配套尺寸＝ 2088mm A:后連桿長度（ mm） G:掩護(hù)梁長度（ mm） e:支架由高到低頂梁前端最大位移量（ mm） 2E 、 1E ：支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿與水平面及掩護(hù)梁與水平面的夾角 2E ＝ 83176。如果銷不住，側(cè)護(hù)板就在彈簧作用下伸出。前梁由前梁千斤頂支撐，對頂板的適應(yīng)性較好。則三點(diǎn)為液壓支架在三個位置時(shí)，前連桿的鉸點(diǎn)。 （ 7）以 a點(diǎn)為圓心，以（ ～ ） G長度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn) b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 23 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如下圖所示。 ， Q=26176。當(dāng)支架中心距為 ，如果帶有活動側(cè)護(hù)板，最小寬度一般 1150～ 1180mm，最大寬度一般 1320～ 1350mm；如果不帶活動側(cè)護(hù)板，則寬度一般取1150～ 1200mm。 （ 2） 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。 （ 1） 液支架的高度及其伸縮比的確定 一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。 （ 7） 設(shè)備成本 綜合各條件，宜選用支撐掩護(hù)式支架的架型，即本組畢業(yè)設(shè)計(jì)所選擇架型。以上時(shí)，應(yīng)選用帶有防滑裝置的支架。一般情況下可根據(jù)頂板的級別，由表 315 見《綜采技術(shù)手冊》（上冊）中直接選出架型。但在底板極松軟條件下，必須嚴(yán)格驗(yàn) 算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強(qiáng)度。 （ 1） 液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表 31） 表 31不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較 支架型式 結(jié)構(gòu)特征 主要力學(xué)特性 18 掩護(hù)式 支掩式 二支柱掩護(hù)式 支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大 支頂式 二柱支頂掩護(hù)式 支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對頂板的主動水平力較大，前端支撐力大 支撐掩護(hù)式 支頂支掩 四柱（或三柱） 穩(wěn)定性好，抗水平力強(qiáng)，比壓均勻，但支柱能力利用率低 支頂式 四柱 X型 頂梁合力調(diào)節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高 四柱支撐掩護(hù)式 承載力大，切頂能力強(qiáng)，比壓較均勻 液壓支架的架型選擇原則 在選擇液壓支架時(shí)既要保證對工作面頂板實(shí)現(xiàn)可靠的支撐，又要避免 過大的設(shè)備投資，導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。 （ 2） 掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架都有掩護(hù)梁擋住采空區(qū)矸石，立柱較少，均呈傾斜布置，頂梁較短，立柱可斜支在底座與頂梁或掩護(hù)梁之間。鑄后要進(jìn)行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強(qiáng)度和韌性。 其主要作用是： （ 1） 接頂板巖石及煤的載荷； （ 2） 反復(fù)支撐頂煤，可對比較堅(jiān)硬的頂煤起破碎作用； （ 3） 隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。 3 采用高壓乳化液泵，以提 高支架的初撐力，很多國家使用的泵站壓力已達(dá)到 300 公斤/ 2厘米 以上。每種支架的支柱從一根到八根，支撐力從 50噸到 800噸，支架的適應(yīng)煤層厚度的范圍從 ，以至更厚的煤層，適應(yīng)煤層傾角由 0? 到45? ，甚至 70? 左右 。初撐增壓閥的研究和開發(fā)，可用于解決初撐力問題，同時(shí)有助于解除高壓力和大流量的制約關(guān)系。 關(guān)于液壓支架初撐力問題存在的原因以及解決這 — 問題的方法和途徑，一些文獻(xiàn)從不同的角度給予了大量的探討 。但無論是分層開采還是放頂煤開采，對降低工作面供液系統(tǒng)的壓力，提高 支架初撐力的要求還是十分迫切。德國、英國、日本等國家在這一方面的研究有所突破，而我國在這一方面的研究相對落后，目前還沒有適用于高產(chǎn)高效工作面的配套產(chǎn)品。導(dǎo)致以上落后局面的主要原因是： (1)對工作面的一切設(shè)備和儀器都有防爆要求，控制系統(tǒng)的電源必須是本安型； (2)工作面空間很小，所有裝置的體積和形狀都受到一定的限制； (3)在有限空間內(nèi)密集布置相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備及其控制系統(tǒng)，抗干擾問題是一個重大難題； (4)支架距泵站較遠(yuǎn) (用于遠(yuǎn)距離供液 )，壓力損失和管路振動等問題較為嚴(yán)重； (5)液壓支架具有降、移、升、推相調(diào)架等工序， 有時(shí)出現(xiàn)同架不同工序的組合作業(yè)、或不同架相同或不同工序的組合作業(yè)，給液壓支架的自動控制帶來了許多困難。 BY320023／ 4 QY350— 25／ 47； BC4800— 22／ 4 ZY560— 25／ 4等大采高支架獲得年產(chǎn)超百萬噸的效果。 我國從 1958 年開始設(shè)計(jì)掩護(hù)式支架．從 1964年開始由專門研究室全面開展架型及閥類的攻關(guān)。液壓支架技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，安全 上可靠，當(dāng)前世界各國都在不斷地提高采煤工作面的綜合機(jī)械化水平。這些技術(shù)措施的實(shí)施，不僅提高了運(yùn)輸能力相提升能力，而巳會帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。礦井的不合理布局．必然導(dǎo)致巷道掘進(jìn)量的增加。 （ 5）科研投入嚴(yán)重不足。我國大部分礦井井型較小，生產(chǎn)系統(tǒng)不適應(yīng)集中生產(chǎn)的要求。我們已先后制定液壓支架系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 17 項(xiàng)，成為國際上液壓支架標(biāo)準(zhǔn)較完善的國家之一，促進(jìn)了液壓支架技術(shù)的發(fā)展。 三、綜采設(shè)備研制有了新的發(fā)展 “八五”期間，適應(yīng)高產(chǎn)高效工作面生產(chǎn)要求的大功率、高效綜采設(shè)備有了較大發(fā)展。 高產(chǎn)高效工作面裝備，因地制宜采取 3 種模式，第一種是全套引進(jìn)國際先進(jìn)裝備，如神華集團(tuán)大柳塔煤礦，全套引進(jìn)德、英、美等國家先進(jìn)裝 備，學(xué)習(xí)國處高產(chǎn)高效礦進(jìn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，走高起點(diǎn)、高投入、高產(chǎn)出、高效益的道路；第二種模式是引進(jìn)與國產(chǎn)相結(jié)合，引進(jìn)國外先進(jìn)采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，配套國內(nèi)先進(jìn)設(shè)備，如兗州屯煤礦等；第三種模式是立足國內(nèi)設(shè)備，優(yōu)選各種國產(chǎn)先進(jìn)設(shè)備，優(yōu)化系統(tǒng)配套，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，如鐵法曉南煤礦試驗(yàn)成功國產(chǎn)日產(chǎn) 7ｋｔ綜采成套設(shè)備。支架的壽命達(dá) 14年以上。現(xiàn)代先進(jìn)采煤機(jī)的主要特點(diǎn)是：①多電機(jī)交流變頻調(diào)速或直流調(diào)速電牽引，牽引速度不斷提高，最大牽引速度已達(dá)到 29m/min；⑦大功率、 高電壓、大截深．采煤機(jī)裝機(jī)功率超過 1200kw，現(xiàn)行 l100V 工作電壓已不適應(yīng)大功率采煤機(jī)的要求，美國目前常用電壓為 2300V，部分工作面開始運(yùn)用 4160V電壓；英國、澳大利亞使用 3300V電壓；法國使用 5000v電壓；波蘭使用 6000v電壓。為使綜采產(chǎn)量持續(xù)增長，近幾年來澳大利亞采取了一系列措施，包括改革勞動制度，采用各種新設(shè)備、新技術(shù)，綜采工作面優(yōu)選世界各國最先進(jìn)的重型高效裝備，實(shí)現(xiàn)一井一面，集中化生產(chǎn)。工作面平均長度 240 m，最大長度 335m。 均年產(chǎn) 145． 4萬 t洗精煤，平均工效 274t／ (工 *d)，工作面搬家 (包括設(shè)備安裝 )時(shí)間平均 684人工 /面?？频蠣柨怂沟V和巴波尼 礦的綜采工作面年產(chǎn)量已超過 300萬 t。采煤機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)使機(jī)器的維護(hù)和監(jiān)測更加簡便，可靠性更高。 液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，近 10年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(1． 75m、 2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強(qiáng)度鋼材，例 如屈服極限 69MPa以上的鋼板，支架的壽命和可靠性要求大大提高，有些公司要求支架的耐久性試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)達(dá) 5000次。工作面平均個數(shù)由 149個減到107，減少原煤生產(chǎn)人員 7萬人，實(shí)現(xiàn)了一井一面或一井兩面的生產(chǎn)模式，向集約化生產(chǎn)邁出可喜的一步。我國放頂煤技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。 （ 3）技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)取得重要進(jìn)展。 四、我國綜采技術(shù)發(fā)展中存在的問題 （ 1）我國煤層賦存條件復(fù)雜，老礦井受生產(chǎn)系統(tǒng)制約，綜采效率難以發(fā)揮。一方面造成對國有煤礦的市場沖擊，成為影響綜采發(fā)展的一個消極因素。 掘進(jìn)速度跟不上綜采工作面的推進(jìn)速度是一個大問題。又如占有 90％以上的交流拖動提升應(yīng)采用 Pc控制技術(shù)。 液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)支撐、降落移架和推移運(yùn)輸機(jī)等一整套工序。 90％以上的美國長壁綜采工作面使用了電液控制兩拄掩護(hù)支架，其額定工作阻力最高可達(dá) 9800kN，初撐比為 ~，移架循環(huán)時(shí)間大多小于 10s。底座后部自動鋪底網(wǎng)支架 (如 BC7A400— 17／ 3 PY3200— 17／ 35 型 )使用效果較好。 在我國的工業(yè)領(lǐng)域中，液壓支架等煤礦機(jī)械的設(shè)計(jì)水平和技術(shù)水平相對落后于其他行業(yè)， 主要表現(xiàn)在：設(shè)計(jì)中以靜態(tài)的、經(jīng)驗(yàn) 的方法為主；各種工序中工作機(jī)構(gòu)動作和各種工況轉(zhuǎn)換的控制還是以手動為主；工作過程中在線動態(tài)監(jiān)測的技術(shù)還比較落后，對許多綜采工作面而言還是空白。然而，大流量高壓力的乳化液泵、液壓閥件、大通徑高壓膠管等的研制有相當(dāng)大的難度。此外，對于綜采放頂煤工作面，移架速度問題不是十分突出。要保證實(shí)施煤炭工業(yè)部關(guān)于初撐力的規(guī)定要求 (達(dá)到設(shè)計(jì)韌撐力的 80％以上 )，往往需要保證 l0一 30s的升柱和切撐供液時(shí)間。然而平衡干斤頃及其連接耳座的損壞問題一直沒有得到很好的解決。 近幾年來，為適應(yīng)采煤綜合機(jī)械化的發(fā)展需要，液壓支架獲得了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了很多類型，據(jù)統(tǒng)計(jì)，它的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)達(dá)到數(shù)百種。同時(shí)，為擴(kuò)大支架適應(yīng)的高度范圍，廣泛采用雙伸縮式支柱。 支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用 頂梁 頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負(fù)荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結(jié) 構(gòu)，以滿足強(qiáng)度和剛度要求。 四連桿機(jī)構(gòu) 前、后連桿分別與上連桿和底座鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜。支撐式支架有垛式和節(jié)式兩