【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 縱閥置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時(shí) 輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤壁。 支架承載過(guò)程 支架的承載過(guò)程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過(guò)程，它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。 (1) 初撐階段 在升架過(guò)程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過(guò)程為支架的初撐階段。此時(shí)支架對(duì)頂板的支撐力為初撐力。 (2) 承載增阻階段 支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過(guò)程為支架的承載增阻階段。 (3) 恒阻階段 隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來(lái)越高，當(dāng)升高到安全閥 5 的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開(kāi)溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過(guò)程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力成為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 22 支架的工作特性曲線 由上可知，支架工作時(shí)，其支撐力 與時(shí)間的關(guān)系，可用支架工作特性曲線表示，如圖 22 所示，曲線上的 0t 、 1t 、 3t 分別表示支架的初撐、增阻、和恒阻階段的時(shí)間。 上述工作過(guò)程表明：支架在達(dá)到額定工作阻力以前具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板有效的支撐作用；當(dāng)支架達(dá)到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性，支架的工作特性決定于立柱、液控單向閥、安全閥和操縱閥的性能和密封的好壞。所以這些元件是支架的關(guān) 鍵液壓元件 通常液控單向閥和安全閥組合在一起，稱(chēng)為控制閥。支架的工作阻力是支架的一個(gè)重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長(zhǎng)短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對(duì)頂板的支撐能力。因此，通常單位支護(hù)面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護(hù)強(qiáng)度來(lái)表示支架的支護(hù)性能。即 FPq? 310?? MPa 式中 F—— 支架的支護(hù)面積， 2m 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 對(duì)液壓支架的基本要求 ，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。 。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。 。 。 斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有毒氣體等安全方面的要求。 ，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? ，照明和通訊方便。 ，底座最大比壓要小于規(guī)定植。 ，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。 ，盡可能減輕支架重量。 ，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單。 。 支架的選型設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的原始條件 支架的支撐高度： ， 煤層厚度： H＝ 3m，煤層傾角最高至 15度 。 老頂 級(jí)別 II 級(jí)、直接頂 II 級(jí) ， 支架的工作阻力 3200KN，煤層采高。 工作面配套設(shè)備：采煤機(jī)： MXA300/，刮板輸送機(jī)： SGZ－ 730/320。 ，支護(hù)強(qiáng)度、底板抗壓強(qiáng)度、泵站壓力、安全閥調(diào)定壓力 40MPa。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 支架的支護(hù)性能與外載荷 由液壓支架的工作狀態(tài)可知，支架承受的外載荷是頂板下沉形成的。在頂板下沉過(guò)程中，支架的頂梁與頂板有相對(duì)滑動(dòng)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。設(shè)垂直于頂梁的力為 F1， F1 由支架的工作阻力來(lái)平衡。在支架承載過(guò)程中，支架底座承受工作面底板的反作用力。 為了設(shè)計(jì)計(jì)算方便，要對(duì)支架的外載荷和支架本身進(jìn)行簡(jiǎn)化，概述如下： (1)把支架簡(jiǎn)化成一個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu)。為偏于安全，在計(jì)算時(shí)把外載荷視為集中載荷。 (2)金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計(jì)算。 (3)頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長(zhǎng)度方向按線性規(guī)律分布，沿支架寬度方向?yàn)榫肌? (4)通過(guò)分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低所以，在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì)，使掩護(hù)梁偏于安全。 (5)立柱和短柱按最大工作阻力計(jì)算。 (6)產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種， — 是由于支架讓壓回縮，頂梁前 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對(duì)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(dòng)，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 ~。 (7)按不同支護(hù)高度時(shí)各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 影響架型選擇的因素 (1) 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(dāng)煤層厚度大于 ～ （軟煤取下限，硬煤取上限 ） 時(shí)，應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩 護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 (2) 煤層傾角 煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時(shí)易發(fā)生傾倒、下滑 。 當(dāng)煤層傾角大于 10? ～ 15? 時(shí)，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過(guò) 18? 時(shí)，應(yīng)同時(shí)具有防滑防倒裝置。 (3) 底板性質(zhì) 底板承受支架的全部載荷，對(duì)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(jié)構(gòu)和支承面積。選型時(shí)，要驗(yàn)算底 座對(duì)底板的接觸比壓，其植要小于底板的允許比壓 (對(duì)于砂巖底板，允許比壓為 ～，軟底板為 左右 )。 (5) 瓦斯涌出量 對(duì)于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風(fēng)斷面應(yīng)滿足通風(fēng)的要求，選型時(shí)要進(jìn)行驗(yàn)算。 (6) 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時(shí)間分別在 5～ 8 2m 和 20min 以下時(shí)，暫不宜采用液壓支架。 (7) 設(shè)備成本 在滿足要求的前提下，應(yīng)選用價(jià)格便宜的支架。 支架架型的確定 從架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái) 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(lái)看，由于直接頂類(lèi)別和老頂級(jí)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(duì)支架的支撐力、采煤高度與承載的關(guān)系進(jìn)行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。 根據(jù)煤層厚度 3 米，屬于中厚煤層。支架的適應(yīng)高度為 ～ 米煤質(zhì)條件老頂 II 級(jí)、直接頂 II 級(jí)，底板平整，無(wú)影響支架通過(guò)的斷層，根據(jù)表21 初步選定為掩護(hù)式兩柱液壓支架。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 表 21 支架架型的選擇 注：①括號(hào)內(nèi)的數(shù)字是掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度。表中所列支護(hù)強(qiáng)度在選用時(shí)，可根據(jù)本礦情況允許有 5? %的波動(dòng)范圍。 ②表中 、 、 2 分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)老頂?shù)姆旨?jí)增壓系數(shù)；Ⅳ級(jí)老頂給出最低值 2，選用時(shí)可根據(jù)本礦實(shí)際確定適宜值。 老頂級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類(lèi)別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類(lèi)型 掩護(hù)式 掩護(hù)式 支撐式 掩 護(hù) 式 掩 護(hù) 或 支 撐 掩 護(hù) 式 支 撐 式 支撐掩護(hù)式 支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 支撐式 采高小于 時(shí) 支撐掩 護(hù)式 采高大于 時(shí) 支架支護(hù)強(qiáng)度 MPa 采高m 1 ? ? 2? 49 應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 2 （ ） ? （ ） ? 2? 43 3 （ ） ? （ ） ? 2? 41 4 （ ） ? （ ） ? 2? 39 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 3 液 壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 支架高度、中心距和底座長(zhǎng)度的確定 支架高度的確定 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)條件的變化等因素來(lái)確定，其最大與最小高度為： 1ShH mm ?? （式 ） ??? ???? 2ShH nn （式 ） hm —— 煤層最大采高， hn — — 煤層最小采高 S1 —— 偽頂冒落的最大厚度，一般取 ～ 2S —— 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 ?a —— 矸、浮煤厚度，一般取 50mm 本設(shè)計(jì)采高 ～ ,取支架高度為 ～ 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? （式 ） 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(jì)算： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 3cmb B n C? ? ? （式 ） 式 中： cb — 支架間距（支架中心距）； mB — 每架支架頂梁總長(zhǎng)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(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)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來(lái)確定，我國(guó)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為 ,千斤頂連結(jié)塊位置在 溜槽中長(zhǎng)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(shè)計(jì) 取 支架的中心距為 。 底座長(zhǎng)度 底座是將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)考慮如下諸方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應(yīng)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(hù)式支架的底座長(zhǎng)度 取 倍的移架步距 (一個(gè)移架步距為 )，即 ；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 4 倍移架步距，即 。本次設(shè)計(jì)取底座 長(zhǎng) 。 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(duì)底板比壓，厚煤層支架可加大到 ，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(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)，一般為 300～ 380mm。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 四連桿機(jī)構(gòu)的作用與缺點(diǎn) 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。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許 值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。 2．擋矸 鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)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(cè)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(gè)水平推力由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)將液壓 支架連成一個(gè)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(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)。首先，支架在工作過(guò)程當(dāng)中，四連桿機(jī)構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)頂板產(chǎn)生一個(gè)水平力（又稱(chēng)水平支撐力），因此對(duì)支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響 四連桿幾何特征 （ 1）支架在最高位置時(shí)， 1P =52～ 62176。 ，即： ～ ； 1Q =75～ 85176。 即 ～ ；支架在最低位置時(shí)，保證 P?1 25? 。 （ 2）后 1連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為 I =~。支撐掩護(hù)式為 I = ～ 。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 （ 3）前后連桿上絞點(diǎn)之距與掩護(hù)梁的比值 為 I?1 ～ 。 （ 4） 39。e 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 70e? mm以下。 （ 5）支架在最高位置時(shí)的 tan? 應(yīng)小于 ，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對(duì)支撐掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于 。 ea 圖 31 四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)圖 2. 作圖方法 已知條件是支架的最大高度 xhma 和支架的最低高度 minh 。要求在這范圍內(nèi)掩護(hù)梁上下運(yùn)動(dòng)時(shí)軌跡是一條直線或近似直線。水平偏移量不允許超過(guò)75mm。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 圖 32 四連桿機(jī)構(gòu) 1)在上圖中，先畫(huà)基線 AB 向上取 xhma ，在 xhma 頂端向下取一定距離（頂梁頂面之掩護(hù)梁的鉸接軸 中線的距離），得到 I點(diǎn)。由 I點(diǎn)向