【文章內容簡介】 架 支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結構和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架和節(jié)式支架兩種結構型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機聯(lián)接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由 2— 3 個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機用與支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本 淘汰。 支撐式支架的結構特點是：頂梁較長，其長度多在 4m 左右；而且立柱多，一般 4— 6根，且垂直支撐；支架后部設復位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內。支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架后部，故切頂性能好；對頂板重復支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的工作空間和通風斷面大。 由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。 支撐掩護式支架 支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(yōu)點的基礎上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護式支架的結構特點和性能，可適用于各種頂?shù)装鍡l件。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 11 支撐掩護式支架的頂梁由前梁與主梁構成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。這種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩(wěn)定性好，應用范圍廣。它的主要缺點是：結構復雜，成本較高。 支撐掩護式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾和后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱 都直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護梁上而前排立柱支撐在頂梁上。 特種液壓支架 特種液壓支架是為滿足某些特殊要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結構型式仍屬于上述某種基本架型。 對液壓支架的基本要求 1. 為了滿足采煤工藝及地質條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。 2. 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100kN 左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100kN— 150kN，中厚煤層一般為 150kN— 250kN，厚煤層一般為 250kN— 400kN。 3. 防矸性能要好。 4. 排矸性能要好。 5. 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有毒氣體等安全方面的要求。 6. 為了操作和生產的需要，要有足夠寬的人行道。 7. 調高范圍要大，照明和通訊方便。 8. 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定植。 9. 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 12 10. 在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。 11. 要易于拆卸，結構要簡單。 12. 液壓元件要可靠。 支架的選型設計 設計的原始條件 頂設 條件老頂 II 級、直接頂 1類，底板接觸比壓 MPa，工作阻力 2020KN，推溜力 100KN，移架力 200KN，泵站壓力 32MP。液壓支架型號 ZFS2020/16/24。工作面配套設備：采煤機 1703 ?MLS ，刮板輸送機 SGZ(W)－ 764/400。煤層傾斜角小于 15度。 支架的支護性能與外載荷 由液壓支架的工作狀態(tài)知，支架承受的外載荷是頂板下沉形成的。在頂板下沉過程中，支架的頂梁與頂板有相對滑動的現(xiàn)象，支架不僅受有垂直于頂梁的力，還受有平行于頂梁的摩擦力。垂直于頂 梁的力由支架的工作阻力來平衡。在支架承載過程中，支架底座承受工作面底板反作用力。 為了設計計算方便，要對支架的外載荷和支架本身進行簡化，概述如下： 把支架簡化成一個平面桿系結構。為偏于安全，在計算時把外載荷視為集中載荷；金屬結構件按直梁理論計算；頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布，沿支架寬度方向為均布；通過分析和計算可知，掩護梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護阻力降低所以，在進行強度計算時不計，使掩護梁偏于安全；立柱和短柱按最大工作阻力計算；產生作用在頂梁上的水平力的情況 有兩河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 13 種， — 是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點運動軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產生相對位移，頂板給予頂梁水平摩擦力，另一種是由于頂柜向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù) W，一般取 — ；按不同支護高度時各部件最大受力值進行強度校核。 影響架型選擇的因素 (1) 煤層傾角 煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時易發(fā)生傾倒、下滑象。當煤層傾角大于 10? — 15? 時，應設防滑和調架裝置，當傾角超過 18? 時，應同時具有防滑防倒裝置。 (2) 煤層厚度 煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當煤層厚度大于 — （軟煤取下限，硬煤取上限 ）時，應選用抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。當煤層厚度變化較大時，應選用調高范圍大的支架。 (3) 底板性質 底板承受支架的全部載荷，對支架的底板影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結構和支承面積。選型時 ，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓 (對于砂巖底板，允許比壓為 — ，軟底板為 左右 )。 (4) 瓦斯涌出量 對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風斷面應滿足通風的要求，選型時要進行驗算。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 14 (5) 設備成本 在滿足要求的前提下，應選用價格便宜的支架。 (6) 地質構造 地質構造十分復雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在 5— 8 2m 和 20min 以下時，暫不宜采用液壓支架。 支架架型 的確定 從架型的結構特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接頂類別和老頂級別的不同，支架所承受的載荷也不同。所以，為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力、采煤高度與承載的關系進行分析，使支架的支撐力能適應頂板載荷的要求。 煤質條件老頂 II 級、直接頂 1 類，底板平整，無影響支架通過的斷層，根據(jù)表 21 初步選定為掩護式兩柱液壓支架。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 15 表 21支架架型的選擇 注：①括號內的數(shù)字是掩護式支架的支護強度。表中所列支護強度在選用時，可根據(jù)本礦情況允許有 5? %的波動范圍。 ②表中 、 、 2 分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級老頂?shù)姆旨壴鰤合禂?shù)；Ⅳ級老頂給出最低值 2，選用時可根據(jù)本礦實際確定適宜值。 老頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類型 掩護式 掩護式 支撐式 掩 護 式 掩 護 或 支 撐 掩 護 式 支 撐 式 支撐掩護式 支撐掩護式 掩護或支撐掩護式 掩護或支撐掩護式 支撐式 采高小于 時 支撐掩 護式 采高大于 時 支架支護強度 MPa 采高m 1 ? ? 2?0.249 應結合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 2 （ ） ?（ ） ? 2?0.343 3 （ ） ?（ ） ? 2?0.441 4 （ ） ?（ ） ? 2?0.539 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 16 3 液壓支架的整體結構設計 支架高度、 中心距的確定 支架高度 其最大與最小高度為： Hm=2400mm 支架最大高度， Hn=1600mm 支架最小高度 支架伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： nmHHm? （ 31） 代入數(shù)據(jù)得 m=。 支架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計算： 3cmb B n C? ? ? （ 32） 式 中： cb — 支架間距（支架中心距）； mB — 每架支架頂梁總長度； 3C — 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 ； n— 每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式 支 架 。 支架間距 cb 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)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及幫槽上千斤頂連結塊的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 17 度為 ,千斤頂連結塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。 本次設計 取 支架的中心距為 。 底座長度的確定 底座長度 底座是將板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設計支架的底座長度時，應考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要??；支架內部應有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制控制裝置、推移 裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度職 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 倍移架步距，即 。本次設計取底座長 。 底座寬度 支架底座寬度一般為 — 。為提高橫向穩(wěn)定性和減小對底板比壓，厚煤層支架可加大到 左右，放頂煤支架為 — 。底座中間安裝推移裝置的槽子寬度與推移裝置的結構和千斤頂缸徑有關，一般為 300— 380mm。寬度取 1430mm。 4 支架 主要部件的設計 支架主要部件的設計要求 各部件設計要求要滿足總體配套的要求，就是應滿足采煤機、雙輸河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 18 送機和支架配套的空間要求。各部件設計的基本要求： （ 1）四連桿機構應進行優(yōu)化設計，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳，結構上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向力及扭矩。 （ 2）前梁由前梁千斤頂控制，可上下擺動 15176。，與頂板保持良好的接觸，維護機道上方頂板。挑梁是和前梁鉸接的可翻轉支護板，由防片幫千斤頂控制，可及時支護，并超過水平線上挑 3176。 — 5176。，拉架時收回，還可在移架后支護煤壁，以防止片幫。 （ 3）頂梁 頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。它可多次反復支撐頂煤，以利于放煤。頂梁裝有側護板，活動側裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸及調節(jié)支架間距。 （ 4）掩護梁受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。 （ 5）底座 底座是將支架承受的頂板壓力和側向力傳至底板。它既要有足夠的強度和剛度，又應滿足底板比壓不超限。保證支架整體穩(wěn)定性的關鍵是在底座上鉸接四連桿機構，在底座中間設置有推移裝置，側面設置拉后輸送機的千斤頂和推移桿。 （ 6）推移裝置 此機構關系到支架能否正常推移，由千斤頂和推移桿組 成。推移桿結構有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。 （ 7）液壓控制系統(tǒng)及立柱、千斤頂 液壓系統(tǒng)由各液壓件、管路系統(tǒng)組成，它應保證立柱、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達到設計技術參數(shù)。 四連桿結構 四連桿機構的作用 1．梁端護頂 鑒于四連桿機構可使托梁鉸接點呈雙紐線運動，故河南理工大學萬方科技學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 19 可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當梁端距處于允許值范圍之內時，借此可以保證梁端頂板維護良好。 2．擋矸 鑒于組成四連桿機構的掩護梁既是 連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內破碎巖石所賦予的載荷，掩護梁一般做成整體箱形結構，具有一定強度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用。 3．抵抗水平力 觀測表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個水平推力由液壓支架的四連桿機構承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。 4．提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機構將液壓支架連成一個重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。 四連桿機構在具有以上諸作用 的同時，也有一些缺點。首先，支架在工作過程當中，四連桿機構必須承受很大的內力，從而導致支架結構尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機構對頂板產生一個水平力（又稱水平支撐力），因此對支架的工作性能將產生不良影響。 四連桿機構設計的要求 高度 在最大和最小范圍內變化時，頂梁端點運動軌跡的最大寬度 e 應小于或等于 70mm，最好為 3