【文章內(nèi)容簡介】 時，高壓液進入立柱下腔，立 柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初承力階低壓液體 升 降 推 移 1 2 3 4 5 6 高壓液體 圖 11 液壓支架工作原理 1 輸送機； 2 推移千斤頂； 3 立柱； 4 安全閥； 5 液控單向閥；6 操縱閥 圖 12 支架的工作特性曲線 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 段 ；支架初撐后，隨著頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架安全閥的調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力，此階段為增阻階段 ；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，是立柱下腔壓力超過的安全閥調(diào)正壓力值時，安全閥打開溢流，立柱下縮，是頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下，壓 力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段 。 設計 液壓支架 必須的參數(shù) 支架參數(shù) ： 支撐高度 ： (m)； 頂壓、煤層高度（即厚度）、煤層傾斜度、頂板性質(zhì)，底板強度及平整性、瓦斯含量、年產(chǎn)量 、配套尺寸 等。 ：頂壓是設計支架承載能力的依據(jù)，承載能力安全系數(shù)一般取 。 ：它與支架設計的最大支撐高度有關(guān)。若是中厚煤層 （ ～ 3． 5m） ，或較薄的厚煤層（ ～ ），一次采全高；或較厚的厚煤層（ 以上），分層開采，設計支架的最大支撐高度應大于采高。 若厚煤層采用放頂煤開采方式，則支架設計的最大支撐高度只許大于采高即可。 3．煤層傾斜度：煤層傾斜角度過大時，支架應設置防滑防倒裝置。 4．頂板性質(zhì)：頂板的性質(zhì)影響架型選擇。一般情況下，穩(wěn)定頂板選用支撐式支架；中等穩(wěn)定頂板選用支撐掩護式支架；不穩(wěn)定頂板選用掩護式支架。 5．底板強度及平整性：它與移架的順利與否有關(guān)。因此涉及到支架底座的結(jié)構(gòu)形式、底座作用于底板合力的位置（即與支架架型和支架整體結(jié)構(gòu)布局有關(guān)）和推移千斤頂設置形式等。 6．瓦斯含量：若瓦斯含量大，必須考慮支架的通風斷面也要大。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 7．年產(chǎn)量：年產(chǎn)量涉 及到采煤機的開采能力和運輸機的運輸能力（即選擇適當型號的采煤機和運輸機），因此設計支架的幾何參數(shù)也應與之相應配套 。 ：根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 第二章 液壓支架的 結(jié)構(gòu) 特點 及選型 支撐掩護式液壓支架 的整體結(jié)構(gòu) 圖 21 支撐掩護式液壓支架 液壓支架的各主要部件結(jié)構(gòu) 液壓支架的頂梁 支撐式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)形式如圖 22 所示。如圖 a 所示為整體剛性頂梁。頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好，但對頂板適應性差。 2 1 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 圖 22 支撐式液壓支架的頂梁類型 1前 梁； 2后梁； 3尾梁； 4前梁千斤頂； 5前梁伸縮千斤頂 如圖 b， c 所示為鉸接式頂梁，由前梁和后梁組成，分別由前、后排立柱支撐。其中，b 為全鉸式，它能適應支架頂梁上方前后頂板的變化，但當頂板出現(xiàn)凹坑時，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。半餃式頂梁如圖 c 所示，它克服了全鉸式的缺點，當中部頂板出現(xiàn)凸起時，使前、后梁向上翹；當頂板出現(xiàn)凹坑時，由于鉸接點下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。 如圖 d 所示為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接，在鉸接前梁處安裝有前梁千斤頂，用來支撐靠近煤壁處的頂板， 同時還可以使前梁上下擺角適應頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。 為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護擋矸簾，還可以增設尾梁，如圖 e 所示。 如圖 f 所示為不帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂式頂梁伸縮，由于前梁可以及時伸出支護暴露的頂板，從而允許固定頂梁減小長度，也可以用前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 2．掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)型式如圖 23 所示 如圖 a 所示為平衡頂梁頂梁較短，與其下部的的掩護梁鉸接。因為它能在頂板凹凸變化時自取平衡，所以叫平衡式 頂梁，頂梁鉸接點前、后側(cè)面的比例接近于 2： 1（按載荷分布近似三角形設計）。這種頂梁后部和掩護梁形成三角區(qū)，易被冒落矸石堵住，影響支護效果。為此，在頂梁后部加設擋矸板。 如圖 b 所示為潛入式頂梁，頂梁后端為扇形結(jié)構(gòu)，掩護梁可潛入扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)，消除三角區(qū)。 如圖 c 所示為鉸接式頂梁，頂梁為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護梁鉸接，取消三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上。平衡千斤頂調(diào)節(jié)頂梁的接觸面積。 圖 23 掩護式液壓支架定量的類型 1頂梁； 2前梁； 3后梁； 4掩護梁； 5立柱； 6 限位千斤頂； 7 前梁千斤頂 如圖 d 所示 為帶前梁的鉸接式頂梁，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，可以提高前梁前端的支撐能力，改善前梁前端的支控效果。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 如圖 e 所示為帶伸縮前梁的鉸接式頂梁，可及時支護頂板，減少頂板的暴露時間 鉸接式頂梁加伸縮和擺動前梁，為如圖 d、 e 所示兩種型式的結(jié)合型，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，并在前梁內(nèi)加伸縮前探梁。 3．支撐掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 由于支撐掩護式液壓支架的結(jié)構(gòu)介于支撐式和掩護式液壓支架之間，所以，支撐掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)可采用前述諸種型式，但應根據(jù)頂板條件來選取。 掩護梁的結(jié)構(gòu) 掩護梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)， 在掩護梁上上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座（有的支架在掩護梁上焊有立柱柱窩）?；顒觽?cè)護板裝在掩護梁的兩側(cè)。 從側(cè)面看掩護梁，有直線型，折線型兩種。如圖 24 所示。其中，如圖 a 所示為折線型，圖 b 為直線型。 折線型相對直線型支架斷面大，結(jié)構(gòu)強度高，但工藝性差，所以很少采用。 從掩護梁的寬度方向分，可分為整體式和相分式兩種。對分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強度較差。 (a) (b) 圖 24 掩護梁的結(jié)構(gòu)型式 1 頂梁； 2 掩護梁； 3 立柱； 4 前連桿； 5 后連桿； 6 底座； 7 限位千斤頂 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 底座 的結(jié)構(gòu) 1．底座的結(jié)構(gòu)型式如圖 25 所示，通常有 3 種類型。 1）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，穩(wěn)定向好，強度高，不易變形，與底座接觸面積大，比壓小。 如圖 25a 所示的底座用于支撐式液壓支架，箱體高度大便于安裝復位裝置。 如圖 25b 所示的底座高度低，占用空間小，一般用于掩護式和支撐掩護式液壓支架。 2）對分式。為使底座在一定范圍內(nèi)適應底板起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對分式。如圖 25c、 d 所示為前、后兩個底座的對分式，兩者通過銷軸與彈簧鋼板鉸接而成。如圖 25e 所示為左、右兩個底座箱的對分式，兩者用彈簧鋼板和銷軸連接。 3）底靴式。底靴式底座的特點是每根立柱支撐在一 個底靴上，立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷軸連接，如圖 25f 所示。它的結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，對地板的不平整適應性強，但剛性差，與地板接觸面積小，穩(wěn)定相差，一般用于節(jié)式支架上。 各種型式的底座前端都制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。同時底座后部 的重力大 于前部，避免移架時啃底。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 (a) (b) (c)(f)(e)(d) 圖 25 底座的結(jié)構(gòu)型式 a、 b 整體式底座； c、 d、 e 對分式底座； f 底靴式底座 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，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。在整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少 底座后部與底板的接觸面積，增加底座后部的比壓，同時有利于排矸。 2．底座立柱柱窩上要開槽的原因：由于底座立柱柱窩的形狀為半球體，為防止底座立柱柱窩內(nèi)存有煤粉和積水，所以在柱窩上開一個槽或鉆一個孔，便于消除積水和煤粉。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 立柱 立柱按動作方式分為單作用和雙作用立柱；按結(jié)構(gòu)分為活塞式和柱塞式立柱；按伸縮方式分為單伸縮和雙伸縮式立柱，如圖 26 所示。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 圖 26 立柱類型 a 單作用活塞式； b單作用柱塞式； c雙作用活塞式； d、 e、 f雙伸縮 2．幾種立柱的動作原理 1）單伸縮立柱的動作原理 單 伸縮單作用活塞式或柱塞式立柱，靠液壓力伸柱，靠自重或彈簧力降柱。單伸縮雙作用活塞式立柱，靠液壓力伸柱和降柱。當下腔進液上腔回液時伸柱，反之為降柱。 2）雙伸縮立柱的動作原理 雙伸縮立柱動作原理如圖 27 所示 當高壓液進入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，如圖 27a 所示。 當中缸全部伸出后中缸下腔壓力增加，當壓力增加至超過底閥彈簧調(diào)正壓力時，底閥打開，高壓液進入上柱下腔，上柱上腔液體經(jīng)中腔上部小孔排出，使上柱伸出，如圖27b 所示。降柱時如圖 27c、 d 所示。 當高壓液進入中缸上腔，下腔回液，中缸下降；當中缸 降到底時，一方面底閥被缸內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 15 底頂開，另一方面中缸上孔正對立柱上部進液孔，如圖 27c 所示。 立柱上部進液孔經(jīng)中缸小孔進入上柱上腔，下腔液體經(jīng)底閥從立柱下部孔回液，上柱下降，如圖 27d 所示 (a)(b)(c)(d) 圖 27 雙伸縮立柱動作原理 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 液壓支架的選型 液壓支架的選型原則 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設備適合礦井和工作面的條件，投產(chǎn)后能夠做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設備條件進行選擇。 1．液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板。一般情況 下可根據(jù)頂板的級別直接選出架型。 2．當煤層厚度超過 時，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應選用抗扭能力強的支架，一般不宜選用支撐式支架。 3．當煤層厚度達到 ～ 以上時，需要選擇有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架，煤層厚度變化大時，應選擇調(diào)高范圍較大、帶有機械加長桿或雙伸縮立柱的掩護式支架。 4．應使支架對地板的接觸比壓不超過地板允許的抗壓強度。在地板較軟條件下，應選用抬地板裝置的支架或插腿掩護式支架。176。 5．煤層傾角小于 10176。時，液壓支架可以不設防倒防滑裝置。傾角在 10176。～ 15176。（支撐式液壓 支架取下限，掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架取上限）以上時，應選用帶有防滑裝置的液壓支架。傾角在 18176。以上時，應選用同時帶有防滑防倒裝置的液壓支架。 6．對瓦斯涌出量大的工作面，應符合《煤礦安全規(guī)程》要求，并優(yōu)先選擇通風面積大的支撐式或支撐掩護液壓支架。 7．當煤層為軟煤時，支架最大高度一般應≤ ；中硬煤時，支架最大高度一般≤；硬煤，支架最大高度＜ 5m。 8．同時允許選用幾種架型時，應優(yōu)先選用價格便宜的支架。支撐式液壓支架最便宜，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 17 其次是掩護式液壓支架，最貴為支撐掩護式液壓支架。 液壓支架的選 型過程 1．確定直接頂和基本頂類別 1)頂板分類 （ 1）直接頂分類 我國將緩傾斜煤層回采工作面的直接頂分為四類： 一．不穩(wěn)定頂板即破碎頂板，很容易冒落，冒落能基本充滿采空區(qū)。泥質(zhì)頁巖、再生頂板等屬于這一類。 二．中等穩(wěn)定頂板：這類頂板強度較高，但由大量節(jié)理裂隙，局部較完整，厚度不大，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般支護設備前移后隨即冒落。砂質(zhì)頁巖、粉砂巖等直接頂屬于這一類頂板。 三．穩(wěn)定頂板即完整頂板：不易發(fā)生局部冒落。砂巖頂板、堅硬的砂質(zhì)頁巖頂板屬于這一類頂板。 四．堅硬頂板：極難冒落的砂巖、堅硬砂質(zhì)頁巖等屬于 這一類頂板。 表 21 基本頂級別 基本頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 基本頂來壓 不明顯 明 顯 強 烈 極強烈 指 標 N=3～ 5 ＜ N≤ 3～ 5 LP=25～ 50 0,3＜ N≤ 3～ 5 LP＞ 50 N≤ N≤ LP＞ 50 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 18 注： N 應根據(jù)采煤工作面所在位置的地質(zhì)柱狀圖中的 M 和 h 來計算。 LP 可根據(jù)現(xiàn)場實測或礦壓顯示特征確定。 表 22 直接 頂級別 類 別 指 標 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 不穩(wěn)定頂板 中等穩(wěn)定頂板 穩(wěn)定頂板 堅硬頂板 主要指標 強度指數(shù) D1 l=3 l≤ 8