【文章內(nèi)容簡介】 撐力的液壓油缸。它是液壓支架的主要?jiǎng)恿τ透住? ? 千斤頂：液壓支架上除了立柱以外的動(dòng)力油缸，按其功能劃分有平衡、推移、側(cè) ? 推、防倒、防滑、調(diào)架、前梁、護(hù)幫、伸縮梁、放煤千斤頂?shù)取? ? 浮動(dòng)活塞千斤頂：活塞可在活塞上滑動(dòng)的一種特殊結(jié)構(gòu)千斤頂，多用作推移千斤頂。 ? 操縱閥：控制液流方向，實(shí)現(xiàn)支架升降、推移等不同動(dòng)作的閥門。 ? 液控單向閥：使液流只 能單方向自由流通，而在相反方向則閉鎖，只有在液控作用下才可使液流返回流動(dòng)的一種閥門。用于閉鎖立柱下腔和千斤頂有關(guān)腔室。 ? 安全閥：一種起安全保護(hù)作用的常閉溢流閥門。當(dāng)立柱或千斤頂腔室內(nèi)液體壓力達(dá)到了調(diào)定壓力值時(shí)，閥就溢流。 ? 截止閥：用于使液流通路關(guān)閉或打開的一種方向控制閥門。一般用于截?cái)嘤鸵汉筮M(jìn)行維修作業(yè)。 ? 回油斷路閥：一種常開式單向閥門。用于支架操縱閥的回油管路。當(dāng)檢修支架時(shí)，將回油路堵住，防止回液進(jìn)入支架。 ? 乳化液：乳化油與水按一定比例配制的液壓工作介質(zhì)。 ? 泵站：由電動(dòng)機(jī)、乳化液泵、乳化液箱等組成的向液壓 支架供給高壓液體的動(dòng)力源。 ? 乳化液泵：用乳化液作工作介質(zhì)的一種泵。 ? 乳化液箱組：用于配制、過濾乳化液并具有相應(yīng)的液面、溫度、壓力等控制保護(hù)裝置的油箱組。它為乳化液泵提供工作介質(zhì)。 ? 泵站工作壓力：泵站正常工作時(shí)所達(dá)到的壓力。一般，卸載閥的壓力上限即為泵 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 站工作壓力。 ? 手動(dòng)本架控制系統(tǒng)：對(duì)操作者所在的本架支架進(jìn)行手動(dòng)控制的液壓系統(tǒng)。 ? 直接鄰架控制系統(tǒng)：由操作者所在支架的操縱閥直接對(duì)相鄰支架實(shí)現(xiàn)控制的液壓系統(tǒng)。一般分單向控制和雙向控制。 ? 先導(dǎo)鄰架控制系統(tǒng)：由操作者所在支架起通過先導(dǎo)閥門和多芯管間接對(duì)相鄰支架實(shí) 現(xiàn)控制的液壓系統(tǒng)。 ? 電液控制系統(tǒng)：通過電氣（電子）裝置和液壓元件實(shí)現(xiàn)支架各種動(dòng)作的控制系統(tǒng)，一般包括鄰架、雙向鄰架控制、成組控制和工作面集中控制等。 ? 成組程序控制系統(tǒng)：以一定的程序自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)一組支架內(nèi)各種不同動(dòng)作的控制系統(tǒng)。 ? 工作面集中電液控制系統(tǒng)：可在順槽等處的中央控制臺(tái)對(duì)工作面支架實(shí)現(xiàn)集中遙控的系統(tǒng)。 液壓支架的組成 液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與圍巖的作用關(guān)系一般分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式和支 撐掩護(hù)式。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。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 包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實(shí)現(xiàn)支架的各種動(dòng)作，產(chǎn)生液壓動(dòng)力； 控制元部件 包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動(dòng)作及保證所需的工作特性； 輔助裝置 如推移裝置、護(hù)幫（或挑梁）裝置、伸縮梁（或插板）裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。 按照液壓支架在采煤工作面 安裝位置來劃分有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。 目前使用的液壓支架在分三類即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架。 支撐式支架 支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式。如圖 ，前梁較長，立柱 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由立柱的復(fù)位裝置來保證。它靠立柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板，維護(hù)工作空間。頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。 這類支架具有較大的支撐能力和良好的切頂 性能，適用于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，底板較硬的煤層。 a 垛式 b 節(jié)式 圖 掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架有插腿式和非插腿式兩種型式。如圖 ，對(duì)頂板的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運(yùn)動(dòng)的能力強(qiáng)；防護(hù)性能好調(diào)高范圍大，對(duì)煤層厚度變化適應(yīng)性強(qiáng)；但整架工作阻力小，通風(fēng)阻力大，工作空間小。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。 a 插腿式支架 b 立柱支在掩護(hù)梁上非插腿式支架 c 立柱支在頂梁上非插腿式支架 圖 支撐掩護(hù)式支架 支撐掩護(hù)式支架架型主要用：四柱支在頂梁上；二柱支在頂梁；一柱或二柱支在掩護(hù)梁上。支柱兩排，每排 12根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 它的支撐力大，切頂性能好，防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價(jià)貴，不便于運(yùn)輸。 這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強(qiáng)烈的周期來壓，瓦斯儲(chǔ)量較大的中厚或厚煤層中。 液壓支架在工作過程中，必須具 備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些 動(dòng)作是利用泵站供給的乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來完成的。如圖 示。 圖 液壓支架工作原理 1頂梁； 2立柱； 3底座； 4推移千斤頂； 5安全閥； 6液控單向閥； 8操縱閥； 9輸送機(jī)； 10乳化液泵； 11主供液管； 12主回液管 升柱和降柱 當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，使于活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。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。 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完成的。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體 前移，把整個(gè)支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 3 個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護(hù)方式，從而決定 工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。 即時(shí)支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 — 移架 — 推溜。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。 滯后支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 — 推溜 — 移架。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間較長，梁端距大，支架頂梁較短。可用于穩(wěn)定、完整的頂板。 復(fù)合支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 — 支架伸出伸縮梁 — 推溜 — 收伸縮梁 — 移架。復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)。可適用于各種頂板條件，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。 圖 所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。每個(gè)工作面一般由滾筒采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、乳化液泵站和油管等主要設(shè)備組成。為了實(shí)現(xiàn)頂板及時(shí)支護(hù)，常采用先移架后推溜的方式。采煤機(jī)每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^程。 AA 截面是采煤機(jī)割煤前支架的工作狀態(tài)。此時(shí)，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機(jī)緊靠煤壁。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)到最小（ CC截面）。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。將輸送機(jī)推向煤壁，實(shí)現(xiàn)推溜。此時(shí)，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U又處于伸出狀態(tài)（ DD截面），以便完成下一個(gè)動(dòng)作過程。 隨著采煤機(jī)割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^程。從而對(duì)頂 板進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，防止頂板冒落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設(shè)備的安全，實(shí)現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過程機(jī)械化，提高采煤工作效率。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 圖 液壓支架在工作面布置示意圖 1－采煤機(jī) ； 2－液壓支架 ； 3－傳送帶輸送機(jī) ； 4－轉(zhuǎn)載機(jī)； 5－刮板輸送機(jī)； 6－主進(jìn)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； 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。為了滿足對(duì)煤炭日益增長的需求，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝 150 臺(tái)液壓支架，可見對(duì)液壓支架的需求量是很大的。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等 的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同 結(jié)構(gòu)尺寸液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多， 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 因此其設(shè)計(jì)工作量也是大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 設(shè)計(jì)要求 高工作阻力掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)，最大結(jié)構(gòu)高度 6200mm；最小結(jié)構(gòu)高度 3800mm；工作阻力 12020kN；支護(hù)強(qiáng)度 ～ 。完成總體設(shè)計(jì)，頂梁設(shè)計(jì)或掩護(hù)梁設(shè)計(jì)或底座設(shè)計(jì)，進(jìn)行立柱設(shè)計(jì)，完成至少兩張零件圖設(shè)計(jì)，進(jìn)行液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)。 2 工作面設(shè)備選型 (一 )生產(chǎn)能力配套 工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機(jī)落煤能力，而刮板輸送機(jī)、液壓支架及運(yùn)輸巷運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力要高于采煤機(jī)生產(chǎn)能力的 20％以上，要保證工作面高產(chǎn)，工作面運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力要大于采煤機(jī)的落煤能力，液壓支架的移架速度一定要滿足采煤機(jī)高產(chǎn)快速運(yùn)行的要求。 采煤機(jī)生產(chǎn)能力選擇，采煤機(jī)的生產(chǎn)能力的決定是依據(jù)工作面的年產(chǎn)量及每小時(shí)生產(chǎn)能力而確定的。 采煤機(jī)生產(chǎn)能力 (t／ h)=60(min／ h)采高 (m)截深 (m)采煤機(jī)牽引速度 (min／ m) 煤的密度 (t／ 3m )系數(shù) 刮板輸送機(jī)生產(chǎn)能力要高于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力。 液壓支架生產(chǎn)能力的確定，為了保證工作面采煤機(jī)連續(xù)截煤，整個(gè)工作面支架的移機(jī)速度應(yīng)大于采煤機(jī)連續(xù)截煤的平均截煤牽引速度。 (二 )性能配套 主要解決各設(shè)備性能互相協(xié)調(diào)與制約的問題，從而發(fā)揮設(shè)備性能，滿足安全生產(chǎn)需要。 (三 )空間配套 從安全角度出發(fā)，支架前柱到煤壁的無立柱空間寬度越小越好。 (四 )壽命配套 采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架的大修周期應(yīng)相互配套。綜合機(jī)械化采煤是將 工作面的落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)的聯(lián)系在一起，使各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的過程，各設(shè)備之間的合理匹配，將使效率顯著提高，勞動(dòng)條件將有很大改善。 液壓支架應(yīng)與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備相匹配，支架的寬度應(yīng)與刮板輸送機(jī)中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)比采煤機(jī)截深大 100— 200mm，支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機(jī)的工作牽引速度并能滿足生產(chǎn)指標(biāo)。 支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)與工作面礦壓相適應(yīng)，支架的初撐力和工作阻力要適應(yīng)直接頂和基本頂巖 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 層移動(dòng)產(chǎn)生的壓力，將空頂區(qū)的頂板移近量控制到最小程度。 本文設(shè)計(jì) 的是 高工作阻力掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)，要求最大結(jié)構(gòu)高度 6200mm；最小結(jié)構(gòu)高度 3800mm；工作阻力 12020kN；支護(hù)強(qiáng)度 ～ 。即為 ZY12020/38/62 型支架， 防止煤壁片幫，液壓支架增設(shè)二級(jí)護(hù)幫板，以增強(qiáng)對(duì)煤壁支護(hù)效果。 目前國內(nèi)外支架的中心距有 、 、 、 。大采高液壓支架為提高穩(wěn)定性中心距選用 。 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。 采煤機(jī)的選型直接關(guān)系到安全高效能否實(shí)現(xiàn)。在選擇采煤機(jī)時(shí)著重考慮以 下功率、牽引速度和技術(shù)先進(jìn)性與可靠性等因素，最終選定 MG800/2040WD 型采煤機(jī)。 刮板輸送機(jī)選型原則： 刮板輸送機(jī)應(yīng)能保證工作面落煤生產(chǎn)能力需要，選擇刮板輸送機(jī)應(yīng)以工作面最大生產(chǎn)能力乘 以 的不均衡系數(shù)為基礎(chǔ)； 結(jié)構(gòu)形式一般與采煤機(jī)相配套，輸送機(jī)槽的結(jié)構(gòu)應(yīng)與工作外面底板條相適應(yīng)，并應(yīng)考慮與采煤機(jī)底板托架和行走機(jī)構(gòu)尺寸相匹配； 輸送機(jī)鋪設(shè)長度可根據(jù)刮板輸送機(jī)技術(shù)特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素 確定。