【正文】 架采用雙伸縮立柱。根據(jù)煤安規(guī)程規(guī)定，工作面風(fēng)速應(yīng)小于5m/s。立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓，抗彎曲度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。)，支架的超前護(hù)頂、護(hù)幫性能好。但當(dāng)改換工作面開(kāi)采方向時(shí)，活動(dòng)側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，對(duì)調(diào)架、防倒等帶來(lái)不便，所以很少采用?？梢愿鶕?jù)工作面傾角方向調(diào)整一側(cè)固定，另一側(cè)活動(dòng)，適應(yīng)性強(qiáng)。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿或直接與底座鉸接。為了加強(qiáng)支架后部的擋矸和防轉(zhuǎn)性能，在后連桿上設(shè)置側(cè)護(hù)板。對(duì)推移裝置的要求是：（1）以較小的力推移輸送機(jī)（80～200kN），以較大的拉移支架（150～500kN）；（2）為適應(yīng)支架和輸送機(jī)可能出現(xiàn)的相對(duì)位置變化，推移裝置前部在推移過(guò)程中，在水平和垂直方向能有一定的擺動(dòng)范圍；（3）工作中推移千斤頂不承受側(cè)向力，而是讓推移桿或框架承受，為此它們必須有足夠的強(qiáng)度，以保證工作的可靠性；（4）在拉架過(guò)程中推移裝置和支架底座之間應(yīng)有較好的導(dǎo)向性能，使支架能移正。移架與推溜各用不同的千斤頂。6 立柱和千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì) 立柱的設(shè)計(jì) 立柱類(lèi)型的選擇及其結(jié)構(gòu)立柱是支架的最重要的承壓與高度調(diào)節(jié)部件，其結(jié)構(gòu)有單伸縮型、雙伸縮型、單伸縮帶機(jī)械加長(zhǎng)桿型三種?；钊梢蕴自诨钪希蛑苯雍附釉诨钪?。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導(dǎo)向套上，為單向密封。固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。所以支架支撐力分布也為三角分布，以此計(jì)算立柱的上柱窩位置。圖63下柱窩位置計(jì)算圖已知：，G=，A=,X1= =6000(380+350)=5270mm=+ =同時(shí)，為了滿足底座前端與底板接觸比壓盡量小的要求，按底座接觸比壓分布為梯形進(jìn)行驗(yàn)算，假定底座反力作用點(diǎn)到底座后部為，如圖64所示。本支架采用雙伸縮立柱，尺寸如下：外缸內(nèi)徑：400mm；中缸外徑：380mm；中缸內(nèi)徑：290mm；活柱外徑：255mm。對(duì)于工作溫度低于50176。缸體的技術(shù)要求：(1) 缸體采用HH9配合。（3）根據(jù)和，查《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中極限力計(jì)算得到的數(shù)值?；钊麠U內(nèi)端的卡環(huán)槽、螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線同心，特別是緩沖柱塞，最好與活塞桿做成一體。端蓋式直接導(dǎo)向的導(dǎo)向套材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等。在穩(wěn)定頂板條件下，平衡千斤頂拉，可增強(qiáng)頂梁后端的切頂能力；b、當(dāng)支架卸載和半卸載時(shí)，可調(diào)整頂梁角度，保持支架合理的工作狀態(tài)。當(dāng)支架降到頂梁與掩護(hù)梁成180176。為了防止平衡千斤頂?shù)亩h(huán)或平衡千斤頂本身被拉壞，對(duì)平衡千斤頂?shù)男谐逃腥缦乱螅寒?dāng)平衡千斤頂在最高位置時(shí)，頂梁能下擺15176。取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，如圖66所示?？偨Y(jié)起來(lái)主要有下述兩方面的作用：a、調(diào)節(jié)支架頂梁對(duì)頂板的支撐合力及合力作用點(diǎn)位置，提高支架對(duì)不穩(wěn)定頂板的適應(yīng)性。導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)有軸套式和端蓋式兩種。圖6—5活塞桿 (a)實(shí)心桿 (b)空心桿活塞桿的技術(shù)要求：1) 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229～285HB，必要時(shí)，再經(jīng)高頻淬火，硬度達(dá)45～55HRC；2) 活塞桿d和d1的圓度公差值，按10或11級(jí)精度選?。?) 活塞桿d的圓柱度公差值，應(yīng)按8級(jí)精度選??；4) 活塞桿d對(duì)d1的徑向跳動(dòng)公差值，；5) 端面T的垂直度公差值，則應(yīng)按7級(jí)精度選??；6) 活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按6級(jí)精度加工；如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較小時(shí)，允許按7級(jí)或8級(jí)精度制造；7) 活塞桿上若有聯(lián)接銷(xiāo)孔時(shí)，該孔徑按H11級(jí)加工。 （6—18） （6—19） （6—20）式中：—活柱斷面慣性矩，；—中缸斷面慣性矩，；—外缸斷面慣性矩，；—活柱直徑，mm；—中缸外徑，mm；—外缸外徑，mm；—中缸內(nèi)徑，mm；—外缸內(nèi)徑，mm?？傊?，缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力溶液，同時(shí)它還是活塞的運(yùn)動(dòng)“軌道”。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途、毛坯的來(lái)源等可選用以下各種材料：25，35，45等；ZG200400，ZG230450，1Cr18Ni9，ZL105，5A03，5A06等；ZCuAl10Fe3，ZCuAl10Fe3Mn2等。本支架中，=8000kN，=2，=，=0176。按幾何關(guān)系列出下述各公式進(jìn)行計(jì)算。為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長(zhǎng)度上呈線性規(guī)律變化，沿支架寬度方向均勻分布。缸口用鋼絲擋圈固定，是在導(dǎo)向套外側(cè)裝有鋼絲擋圈，內(nèi)側(cè)裝有密封圈和防塵圈。它可用于各種活塞上的雙向密封。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。在支架底座前橋后部設(shè)計(jì)提底座機(jī)構(gòu) 如圖5—11所示，能夠大幅度地降低底座前部對(duì)底板的比壓。移架千斤頂位于主副架之間，多數(shù)分別與兩者的底座相連，稱(chēng)為下移架機(jī)構(gòu)。長(zhǎng)推桿整體式推移裝置在工作面傾角大的情況下，有利于防止輸送機(jī)支架的下滑，但在工作面難以更換；鉸接式長(zhǎng)推桿推移裝置可以在上、下、左、右四個(gè)方向擺動(dòng)，兼有短推桿和雙推移桿的雙重特點(diǎn)。對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)（長(zhǎng)度和角度），能使支架在整個(gè)高度范圍內(nèi)梁端距的變化在50～100mm之內(nèi)。如圖5—6 所示圖5—6底座結(jié)構(gòu)形式 掩護(hù)梁的選擇設(shè)計(jì)大高采掩護(hù)式支架掩護(hù)梁采用整體箱形焊接結(jié)構(gòu)，充分考慮了大采高支架復(fù)雜的三維空間受力，以及垮落頂板對(duì)梁體可能造成的沖擊破壞，安全系數(shù)大，強(qiáng)度高。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。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。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。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(lèi)頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般有鋼板焊接而成。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)。因此必須驗(yàn)算通風(fēng)斷面積。頂梁長(zhǎng)度=(3540+3360+2652cos75176。 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。已知= m，=取=58176。 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。Q≤75176。 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。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。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。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。如圖3—2所示：圖3—2二柱掩護(hù)式支架—。(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。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類(lèi)、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)。（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。 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。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。 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。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。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。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。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。 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。 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。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(lèi)千斤頂。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。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。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。我國(guó)制訂的緩傾斜工作面頂板分類(lèi)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)。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。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。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。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。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。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(zhuān)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(lèi)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。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。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護(hù)式支架，班產(chǎn)一直保持在5000一6000噸。液壓支架的使用范圍，如適應(yīng)的采高、傾角，頂?shù)装鍡l件及采煤方法等更為廣泛。根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為四個(gè)部分：承載結(jié)構(gòu)件 如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等。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，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。用途：l 用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板；l 承受頂板的壓力；l 將頂板載荷通過(guò)立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。支架工作時(shí)，一側(cè)的側(cè)護(hù)板是固定的，另一側(cè)是活動(dòng)的，制造式通常兩側(cè)側(cè)護(hù)對(duì)稱(chēng)，活動(dòng)側(cè)護(hù)板通過(guò)彈簧套筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，總裝時(shí)按照需要將一側(cè)用螺栓或銷(xiāo)子固定在頂梁和掩護(hù)梁上。 底座底座有三種類(lèi)型：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,與底板接觸面積大,比壓小；對(duì)分式 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(duì)分式；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(xiāo)軸連接，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。立柱的頭部結(jié)構(gòu)為球型，頂梁、掩護(hù)梁、底座之間的連接采用銷(xiāo)軸活壓塊固定，以便立柱工作時(shí)有一定的適應(yīng)性。若安全閥的密封性能不好，不能保證支架達(dá)到設(shè)計(jì)的工作阻力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，故要求安全閥的動(dòng)作靈敏，閥的開(kāi)啟壓力和關(guān)閉壓力差值很小，有一定的卸荷開(kāi)口量，密封可靠和工作穩(wěn)定，沒(méi)有震蕩現(xiàn)象，有較長(zhǎng)的使用壽命，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便?；剞D(zhuǎn)操縱閥：回轉(zhuǎn)操縱閥優(yōu)點(diǎn)是體積小，位數(shù)多，操作簡(jiǎn)單方便，但只有單一動(dòng)作，難以實(shí)現(xiàn)組合操作。采煤機(jī)割煤后，支架尚未前移時(shí)（BB截面），端面距最大（等于采煤機(jī)截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后升柱支護(hù)新裸露頂板時(shí)，端面距又達(dá)到最?。–C截面）。即時(shí)支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤—移架—推溜?？蛇m用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 液壓支架設(shè)計(jì)的基本參數(shù)（1）頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?lèi)，對(duì)支架進(jìn)行選型。液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。 (二)性能配套 主要解決各設(shè)備性能互相協(xié)調(diào)與制約的問(wèn)題，從而發(fā)揮設(shè)備性能，滿足