【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的要求。從前面受力分析得知，液壓支架的架型選擇，主要取決于頂板條件和地質(zhì)條件，結(jié)合各類支架的不同性能和特點(diǎn)，選擇一種較為合理的架型。下面簡(jiǎn)要介紹影響架型選擇的因素和如何有針對(duì)性地進(jìn)行架型選擇。1)煤層厚度(1)，不宜用支撐式液壓支架。(2)，需要選擇帶有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式液壓支架。(3)煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大、帶有機(jī)械加長(zhǎng)桿或雙伸縮立柱的掩護(hù)式液壓支架。(4)假頂分層開采，應(yīng)選用掩護(hù)式液壓支架。2)煤層傾角(1)傾角在 (支撐式液壓支架取下限，掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架取上限)以上時(shí)，應(yīng)選用帶有防滑裝置的液壓支架(2)傾角在以上時(shí)，應(yīng)選用同時(shí)帶防滑防倒裝置的液壓支架。3)底板強(qiáng)度(1)驗(yàn)算比壓，應(yīng)使支架底座對(duì)底板的比壓不超過(guò)底板的允許比壓。(2)為了移架容易，設(shè)計(jì)時(shí)要使支架底座前部比后部的比壓小。4)瓦斯含量對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》第一百零五條的要求，并選用通風(fēng)斷面較大的支撐式或支撐掩護(hù)式液壓支架。5)地質(zhì)構(gòu)造斷層十分復(fù)雜，煤層厚度變化過(guò)大，頂板的允許暴露面積和時(shí)間在5—8和20mm以下時(shí)，暫不宜使用綜采。6)設(shè)備成本在同時(shí)允許選用幾種架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。支撐式液壓支架最便宜，其次是掩護(hù)式液壓支架，最貴為支撐掩護(hù)式液壓支架。液壓支架架型的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)特性能否適應(yīng)礦井的頂?shù)装鍡l件和地質(zhì)條件。具體選擇可根據(jù)原煤炭部(81)煤科字第429號(hào)文件關(guān)于試用《緩傾斜煤層工作面頂板分類》來(lái)選取，架型選樣過(guò)程如下：(1)確定基本頂級(jí)別和直接頂類別：①基本頂級(jí)別的確定?；卷敿?jí)別按基本頂來(lái)壓強(qiáng)弱來(lái)劃分。基本頂來(lái)壓強(qiáng)弱取決于垮落帶巖石對(duì)采空區(qū)充滿程度N(N為直接頂厚度M與采高h(yuǎn)之比)和基本頂初次來(lái)壓步距／通常按N和，把基本頂分為四級(jí)．。 基本頂級(jí)別注： ②。 直接頂類別表中按下式計(jì)算： 式中 ：巖備單向抗壓強(qiáng)度；：節(jié)理裂隙影響系數(shù)：分層厚度影響系數(shù)：。 節(jié)理裂隙間距表。 分層厚度表(2)支架架型和支護(hù)強(qiáng)度的確定。，再根據(jù)基本頂級(jí)別和采高確定支護(hù)強(qiáng)度。支護(hù)強(qiáng)度被定義為單位支護(hù)面積的支護(hù)阻力(或叫支架的工作阻力)。 支架架型確定參數(shù)注：。，2為增壓系數(shù)。1)支撐式液壓支架的特點(diǎn)和支撐力的分布支撐式液壓支架的特點(diǎn)是頂梁較長(zhǎng)，控頂距較大，立柱呈直立布置，而且一般都位于頂梁的后半部。因此，支撐力也相應(yīng)集中在控頂區(qū)的后半部，以阻止上部巖層的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切頂。而在煤壁附近的主要工作空間的頂板，則處于無(wú)立柱支撐狀態(tài)，僅靠支撐力較小的前梁來(lái)維護(hù)。故支架的工作阻力在控頂區(qū)范圍內(nèi)很不均勻。 支撐式液壓支架支撐力分布圖2)支撐式液壓支架在不同頂板條件下的承載分析(1)支撐式液壓支架在中硬以上穩(wěn)定頂板的受力情況。一般來(lái)說(shuō)，支架頂梁承受的頂板壓力可視為由兩部分組成，其一是直接頂作用在支架上的壓力；其二為基本頂通過(guò)直接頂間接地作用在支架上的壓力。開始，支架只承受直接頂壓力，作用點(diǎn)近似位于支架頂梁中部，它相當(dāng)于均布載荷。周期來(lái)壓時(shí)，斷裂帶(亦稱裂隙帶)下沉，其一端通過(guò)直接頂間接地作用在支架頂梁上，另一端落在冒落巖石上。作用在支架上的壓力為，作用點(diǎn)位于支架頂梁后部，相當(dāng)于三角形載荷分布。支架承受載荷和，使支架頂梁后部受力大，同時(shí)底板對(duì)底座后部的反作用力也大。由于支撐式液壓支架前梁無(wú)立柱，支撐力小，頂梁后部有立柱，支撐力大，所以這種液壓支架能適應(yīng)中硬以上穩(wěn)定頂板的條件。 支撐式液壓支架在中硬以上穩(wěn)定頂板的受力情況(2)支撐式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況。由于支撐式液壓支架頂梁較長(zhǎng)，在支架重復(fù)支撐過(guò)程中(假設(shè)頂梁長(zhǎng)為4m，則支架頂梁對(duì)頂板的重復(fù)支撐次數(shù)為6—7次)，使直接頂破碎冒落，支架頂梁后部出現(xiàn)空頂，使頂板壓力前移，合力為，作用點(diǎn)靠近前柱，頂梁載荷呈階梯狀分布，出現(xiàn)支架頂梁前部支撐能力小而載荷大、支架后部支撐能力大而載荷小的受力狀態(tài)。同時(shí)，底板對(duì)底座后部的反作用力也小。所以支撐式液壓支架不能適應(yīng)破碎不穩(wěn)定頂板。 支撐式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況1)掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)和支撐力分布掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)是頂梁較短，控頂距較小，支撐力主要集中在頂梁部位，且分布較均勻，頂梁端部的支撐能力比支撐式液壓支架大。 掩護(hù)式液壓支架支撐力分布圖2)掩護(hù)式液壓支架在不同頂板條件下的承載分折(1)掩護(hù)式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況：頂梁受力：由于支架頂梁短，使支架重復(fù)支撐次數(shù)少，所以頂板較完整。頂板作用在頂梁上的為合力。掩護(hù)梁受力：由于頂板破碎，在頂梁后部自由冒落巖石的一部分作用在掩護(hù)梁上，對(duì)掩護(hù)梁的作用力可以分解為垂直分力和水平分力。掩護(hù)式液壓支架雖然立柱少，支撐力較小，但由于頂梁短，單位面積支撐力大，裁荷分布與支架支撐力的作用部位基本一致。所以，此種支架能在破碎不穩(wěn)定頂板下工作。(2)掩護(hù)式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況。掩護(hù)式液壓支架由于立柱少，且呈傾斜布置，支撐力較小，切頂性較差．。直接頂冒落時(shí)．冒落巖石分別作用在頂梁上和掩護(hù)梁上。周期來(lái)壓時(shí)．由于頂梁后部頂板不能充分切斷?；卷攭毫⒂烧麄€(gè)支架和采空區(qū)垮落巖石承擔(dān)，或者有可能在切頂時(shí)，基本頂直接加壓在掩護(hù)梁上，這就使掩護(hù)梁上載荷劇增，迫使頂粱支撐力減少，使支架難以承受頂板的壓力和控制頂板的冒落。所以，此種支架不能在中等穩(wěn)定以上頂板下工作。支撐掩護(hù)式液壓支架是為了改善支撐式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架的性能和對(duì)頂板的適應(yīng)性而設(shè)計(jì)的。主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機(jī)構(gòu)和掩護(hù)梁，增強(qiáng)了支架的穩(wěn)定性和防護(hù)性，提高了支架的支撐力和承載能力，所以、此種支架介于以上兩種支架之間，提高了適用范圍，適用于頂板較堅(jiān)硬、頂扳壓力較大或頂板破碎的各種煤層。 支撐掩護(hù)式液壓支架的支撐力分布圖第4章 液壓支架的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)（1）頂板條件。根據(jù)基本頂和直接頂?shù)姆诸悺＃?）最大和最小采高。根據(jù)最大和最小采高，來(lái)確定支架的最大和最小高度。（3）瓦斯等級(jí)。根據(jù)瓦斯等級(jí)，按《煤礦安全規(guī)程》第一百零五條規(guī)定斷面。（4）工作面煤壁條件。根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。(5)煤層傾角。根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。(6)井筒罐籠尺寸。根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。(7)配套尺寸。根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 液壓支架的高度確定支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的確定，其最大與最小高度為： （41）（42）式中 ：支架最小高度；：支架最大高度；：煤層最大厚度(最大采高)；：煤層最小厚度(最小采高)；：考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200300mm；：頂板最大下沉量，一般取100—200mm；a：移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取50mm：浮矸、浮煤厚度，一般取50mm。 支架的伸縮比和單位缸長(zhǎng)行程的確定支架的伸縮比指支架最大與最小高度之比，即。由于液壓支架的使用壽命較長(zhǎng)，并可能被安裝在不同采高的采煤工作面，所以支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，；；。，煤層較薄時(shí)選較大值。但考慮盡量減輕支架重量，降低造價(jià)，可搞系列化架型，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。一般根據(jù)單位缸長(zhǎng)行程來(lái)確定，當(dāng)＜，可采用單伸縮立柱。按下式確定： （43）式中 ：?jiǎn)挝桓组L(zhǎng)行程；：活塞全部伸出時(shí)立柱的總長(zhǎng)度；：活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)度；：活塞行程；所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離，按下式計(jì)算：式中 ：支架間距(支架中心距)；：每架支架頂梁總寬度；：相鄰支架(或框架)頂梁之間的間隙；n：相鄰支架包含的組架數(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架中n＝1；整體邁步式支架中n=2；節(jié)式組合邁步支架中，n＝支架節(jié)數(shù)。支架間距要根據(jù)支架型式來(lái)確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)中部槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)中部槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來(lái)確定。，千斤頂連接塊位置在中部槽中間位置，所以除節(jié)式和邁步式支架外。 底座長(zhǎng)度的確定底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應(yīng)有足夠空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護(hù)式液壓支架的底座長(zhǎng)度取移架步距的3．5倍(，即2．1m左右；支撐掩護(hù)式液壓支架的底座長(zhǎng)度取移架步距的4倍。 用幾何作圖法來(lái)設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾何作圖法按如下步驟進(jìn)行：(1)確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面的距離。(2)掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定。用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度。 掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定設(shè) ：G：掩護(hù)梁長(zhǎng)度；A：后連桿長(zhǎng)度；：點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)的距離；：支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；：支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度。從幾何關(guān)系出發(fā)可以列出如下兩式：Gcos 一Acos ＝ （44）Gcos —Acos＝ （45）將式(44)和式(45)聯(lián)立可得 （46）以上關(guān)系式說(shuō)明支架計(jì)算高度為支架高度減去掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面的距離。按四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，選定、代人式（46），可以求得的比值。由于支架型式不同，一般的比值按以下范圍來(lái)取。掩護(hù)式液壓支架： ＝～支撐掩護(hù)式液壓支架： ＝～ （47）支架最高位位時(shí)的計(jì)算高度為：（48）根據(jù)的比值和式(48)可以求得掩護(hù)梁的長(zhǎng)度G和后連桿長(zhǎng)度A，經(jīng)過(guò)取整后，再重新算出、的角度，這幾個(gè)參數(shù)就確定了。1）頂梁長(zhǎng)度計(jì)算的有關(guān)因索支架頂梁長(zhǎng)度與配套尺寸有直接關(guān)系。同時(shí)為了防止當(dāng)采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，又考慮到采煤機(jī)截割時(shí)，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm ，這個(gè)距離叫空頂距。另外，在輸送機(jī)鏟煤板前也留有一定距離。一般為135—150mm，也是為了防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定距離。除此以外，所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī)，均要在頂梁掩護(hù)下工作，以此來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。2）頂梁長(zhǎng)度的計(jì)算(1)掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式液壓支架頂梁長(zhǎng)度計(jì)算頂梁長(zhǎng)度＝(配套尺寸十底座長(zhǎng)度十4cos)一Gcos+300+e+掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)的距離式中：配套尺寸：參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套團(tuán)冊(cè)確定。底座長(zhǎng)度：底座前端至后這桿下鉸點(diǎn)的距離； E：支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離；：支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。(2)支撐式液壓支架頂梁長(zhǎng)度計(jì)算：頂梁長(zhǎng)度＝配套尺寸十底座長(zhǎng)度3001）支架立柱數(shù)的確定目前國(guó)內(nèi)支撐式液壓支架立柱數(shù)為2—6根，常用為4根，掩護(hù)式液壓支架為2根，支撐掩護(hù)式液壓支架為4根。2）支架立柱的支撐方式和支柱間距的確定支撐式液壓支架立柱為垂直布置。掩護(hù)式液壓支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。一般立柱軸線與頂梁垂線的夾角小于 (支架在最低工作位置時(shí))，因?yàn)榻嵌容^大，可使調(diào)高范圍增加。同時(shí)由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增大。支撐掩護(hù)式液壓支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁垂線的夾角小 (支架在最高工作位置時(shí))，因?yàn)閵A角較小，有效支撐能力較大。立柱間距是就支撐式和支撐掩護(hù)式液壓支架而言的，即前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式和支撐掩護(hù)式液壓支架的立柱間距為1—。3）立柱柱窩位置的確定（1）掩護(hù)式液壓支架柱窩位置的確定掩護(hù)式液壓支架立柱上、下柱窩位置的確定，對(duì)液壓支架能否正常工作，極為重要。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)頂板載荷分布和底板條件，先確定支架頂梁的支撐力分布和底座對(duì)底板的比壓分布，使支架能適應(yīng)工作面條件的要求，以此來(lái)確定立柱上、下柱窩的位置。①立柱上柱窩位置的確定。液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復(fù)雜．分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。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)度力向按線性規(guī)律變化，沿支架寬度方向均勻分布。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時(shí)為偏于安全，可以認(rèn)為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向向后越來(lái)越大，呈三角形分布，并按集中載荷計(jì)算。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計(jì)算立柱上柱窩位置。此時(shí)認(rèn)為支架頂梁承受集中載荷在頂梁1／3處，取頂梁為分離體。 頂梁受力分析 對(duì)A點(diǎn)取矩： （49）式中 x：立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)的距離，m；：支架支護(hù)阻力，kN； g：支架最大支護(hù)強(qiáng)度，kN／； ：支護(hù)面積，； ：頂梁長(zhǎng)度(不包括頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁后端的距離)，m； ：立柱工作阻力之和，kN； ：頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離，m； ：立柱上校窩中心至頂梁頂面的距離，m； ：立柱在最高位置時(shí)的傾角； ②立柱下柱窩位置的確定。立柱下柱窩位置的確定，要有利于移架，使底座前端比壓小。同時(shí)考慮柱前行人和支架的調(diào)高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點(diǎn)的距離．一般按支架在最低工作位置時(shí)，立柱最大傾角應(yīng)小于來(lái)考慮。 下柱窩位置計(jì)算圖按幾何關(guān)系列出下列公式進(jìn)行計(jì)算 （410） （411）將（41