【文章內(nèi)容簡介】 ...................................................................................................................80 外文文獻 ...........................................................................................................................84 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前言 我國是世界上厚煤層儲量最大的國家之一，煤炭生產(chǎn)的高產(chǎn)高效和現(xiàn)代化是當今國際煤炭工業(yè)的發(fā)展方向，也是我國煤炭行業(yè)的必然選擇，這就要求大力發(fā)展綜合機械化采煤。綜合化采煤方法是高校安全的采煤方法，而液壓支架是綜合機械 化采煤方法中的最重要的設(shè)備之一。從消化引進設(shè)備開始，到我國能獨立設(shè)計、研究和制造液壓支架，我們已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，對這些經(jīng)驗進行總結(jié)和提高勢在必行。 在采煤工作面的煤炭時間生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。而液壓支架的是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設(shè)備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高，移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤機組成綜 合機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理，安全上可靠、是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。 液壓支架在工作面工作 時， 為了及時保護，采用先移架后推溜的工作方式一個循環(huán)包括降柱，移架，升柱，推溜等四個動作。隨著采煤機的前進，按次序搬動操縱閥，使頂梁下降，支架前移，到達預(yù)定位置后， 頂梁升起，支護頂板。再通過支架的推移千斤頂，又將輸送機推向煤壁 ，完成整個采煤過程。 楊鎮(zhèn)源：支撐掩護式液壓支架總體及推移千斤頂強度設(shè)計 2 1 概述 液壓支架發(fā)展過程及現(xiàn)狀 液壓支架是綜合機械化采煤工作面的主要設(shè)備之一，分散布置在整個采煤工作面上，液壓支架是以高壓液體為動力，由金屬構(gòu)件和若干液壓元件組成。它能實現(xiàn)支撐、切頂、自移的推溜等工序，與大功率采煤機、大運量的可彎曲刮板機運輸機組成回采工作面的綜合機械化設(shè)備。由于液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點，所以，它的使用能增加采煤產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低開采成本、減輕工人的勞動強度和保證生產(chǎn)安全等。 因此，液壓支架是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的 主要設(shè)備。 作為綜采工作面關(guān)鍵設(shè)備的液壓支架 ， 經(jīng)歷了幾個階段的發(fā)展過程 。 50 年代英國研制的垛式支架和法國研制的節(jié)式支架代替了木支架、金屬摩擦支架，開辟了采煤工作面支護設(shè)備的技術(shù)革命 ； 60 年代前蘇聯(lián)研制并改進的 OMKT 型掩護式支架 (具有四連桿機構(gòu) )，解決了支架梁端距變化大且不能承受水平力的問題，開辟了液壓支架設(shè)計的新時代 ： 70年代主要是“立即支護”方式 ； 80年代以來，為提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，液壓支架在液壓性能和自動化程度方面有了大幅度提高。 我國從 1958 年開始設(shè)計掩護式支架，從1964 年開始由專門研究室 全面開展架型及閥類的攻關(guān)， 1970 年在山西大同首次全工作面裝備了 TZ140 型垛式液壓支架。至 70 年代中期，研制了 QY 型掩護支架和 ZY35 型支撐掩護支架。 80 年代以來，開發(fā)了適用于堅硬頂板的大噸位 TZ720 型支架，分層開采自動鋪聯(lián)網(wǎng)支架、放頂煤液壓支架及大流量安全閥和操縱閥等。到目前為止，適于我國高產(chǎn)高效的國產(chǎn)液壓支架有 20 余種架型，其中用于緩傾斜中厚煤層和緩傾斜厚煤層的各占一半。適用于緩傾斜厚煤層高產(chǎn)高效的液壓支架 圖 綜采工作面設(shè)備布置圖 Fig .11 Fully mechanized coal face equipment layout 1采煤機； 2液壓支架； 3可伸縮皮帶運輸機； 4轉(zhuǎn)載機； 5工作面可彎曲刮板機； 6主進液管； 7主回液管； 8乳化 液泵； 9乳化液箱； 10端頭支架； 11單體液壓支架 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 分為機械化鋪聯(lián)網(wǎng)支架、一次采全高支架和放頂煤支架三 大 類。 液壓支架的應(yīng)用 液壓支架的作用 液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件 (油缸和閥件 )與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的支撐和控制頂板的支護設(shè)備。其作用是： (1)對采煤工作面工作空間的頂板進行有效的支護。 (2)隨著采煤工作面的推進，支架本身可以向前移動，防止支架后部垮落的 矸 石竄入工作空間。 (3)推移工作面運輸機。 綜采工作面的布置 綜合機械化采煤設(shè)備在工作面的布置情況如圖 11 所示，其中主要設(shè)備有：用于破煤和裝煤工作的滾筒式采煤機 1(也可用刨煤機 )，進行運煤的工作面可彎曲刮板運輸機 5 和順槽運輸設(shè)備 (轉(zhuǎn)載機 4 和可伸縮皮帶運輸機 3)，用以支護頂板的工作面液壓支架 2 和端頭支架 10及單體液壓支柱 11，設(shè)在下順槽的乳化液泵站 (包括乳化液泵 8和乳化液箱 9)，以及由乳化液泵站引入工作面的主進液管 6和主回液管 7等。 液壓支架的類型及其結(jié)構(gòu)特點 到目前為止，世界各主要產(chǎn)煤國家對液壓支架仍沒有一個統(tǒng)一的架型分類標準。根據(jù)支架與圍巖的相互作用，一般將液壓支架分為三大類，即 支撐式支架的特點是：頂梁較長，其長度多在 4m左右；立柱多，一般 4～ 6 根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置，以平衡水平推力和防止矸石串入支架工作 空間內(nèi)。 支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復(fù)支撐次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷能力差，穩(wěn)定性差；護矸能力差，矸石易串入支架工作空間；支架的工作空間和通風斷面大。 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。 支撐式支架 液壓支架 掩護式支架 垛式支架 節(jié)式支架 單鉸式掩護支架 四連桿式掩護支架 支撐掩護式支架 楊鎮(zhèn)源：支撐掩護式液壓支架總體及推移千斤頂強度設(shè)計 4 掩護式支架的特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區(qū)的矸石進入作業(yè)工作空間；底座、前后連桿和掩護梁形成四連桿機構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力；立柱較少，一般為 2 根，傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍；支架的兩側(cè)有活動 側(cè)護板，可以把架間密封；頂梁較短。 掩護式支架的支護性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護強度較大、且均勻，掩護性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風斷面小。 掩護式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。 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(chǔ)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特點和性能，可適應(yīng)各種頂?shù)装鍡l件。 支撐掩 護式支架的優(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(yīng)用范圍廣。它的主要缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 支架的結(jié)構(gòu)及工作原理 液壓支架的組成 液壓支架 一般由 承載 結(jié)構(gòu)件、執(zhí)行元件、控制元件和輔助裝置四大部分組成。 (1) 承載結(jié)構(gòu)件 ① 頂梁 直接與頂板相接觸并承受頂板載荷的支架部分叫頂梁。支架通過頂梁實現(xiàn)支撐、管理頂板功能。頂梁一般由兩種結(jié)構(gòu)形式：一種為整體頂梁，這種頂梁的梁體較長，結(jié)構(gòu)簡單，能順利通過頂板局部冒落凹坑，但對頂板臺階的適應(yīng) 能力差；另一種為分段頂梁，即頂梁分為前梁和后梁兩部分，前梁又可分為伸縮式活動前梁、鉸接式活動前梁或兼而有之的活動前梁。由于分段頂梁鉸接處的縱向間隙和銷軸可以允許各段之間相互有稍許扭轉(zhuǎn)，因而比整體頂梁容易滿足港督要求。 伸縮式活動前梁可在伸縮千斤頂?shù)淖饔孟孪蛎罕诜较蛏斐龊涂s回，及時支護采煤機割煤后所暴露的頂板，實現(xiàn)立即支護。當采煤工作面出現(xiàn)較嚴重的片幫時，伸縮梁可直接插入煤壁進行支護。因此，在頂板破碎、片幫現(xiàn)象嚴重的工作能，多采用帶伸縮式活動前梁的支架。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 鉸接式活動前梁又稱擺梁，即在前梁千斤頂?shù)淖饔孟?，可沿與 頂梁鉸接的鉸接軸向上或向下擺動一定角度，以改善支架的接頂情況，從而可提高支架對靠近煤壁頂板的支撐能力。 ② 掩護梁 阻擋采空區(qū)冒落的 矸石 竄入工作面并承受采空區(qū)冒落矸石的載荷和承受頂板通過頂梁傳遞的水平推力的部件叫掩護梁。掩護梁是掩護式和支撐掩護式支架的特征部件之一。掩護梁與前后連桿、底座共同組成四連桿機構(gòu)，承受支架的水平分力。當?shù)装宀黄綍r，掩護梁還將承受扭轉(zhuǎn)載荷。掩護梁一般做成箱式整體結(jié)構(gòu)，也有做成左、右對分結(jié)構(gòu)的。 ③ 前后連桿 前后連桿只有掩護 式和支撐掩護式支架才安設(shè)。前后連桿與掩護梁、底座組成的四連桿機構(gòu)，即可承受支架的水平分力，又可使掩護梁的鉸接點在支架的調(diào)高范圍內(nèi)做近似的直線運動，使支架的梁端距基本保持不變，從而提高了支架控制的可靠性。前后連桿一般采用箱形分體式結(jié)構(gòu)，即左、右各一件。后連桿常常用鋼板將兩個箱形結(jié)構(gòu)連接在一起。 ④ 底座 直接與底板相接觸，承受立柱傳來的頂板壓力并將其傳遞至底板的部件叫底座。支架通過底座與推移裝置相連，以實現(xiàn)自身前移和推移輸送機前移。 ⑤ 側(cè)護板 目前生 產(chǎn)的掩護式和支撐掩護式支架都具有較完善的側(cè)護裝置，不僅掩護梁兩側(cè)有側(cè)護板，而且主梁或整體頂梁從前排立柱到頂梁后端的兩側(cè)也有側(cè)護板。側(cè)護板的作用是： ，防止冒落矸石進入支護空間； ； ； 。 支架工作時一側(cè)的側(cè)護板是固定的，另一側(cè)為活動的。制造時，通常兩側(cè)側(cè)護板做成對稱的；安裝時，可按需要將一側(cè)側(cè)護板用螺栓或銷子固定在頂梁和掩護梁上。按側(cè)護板和掩護梁或頂梁上板面關(guān)系，側(cè)護板有上復(fù)式、埋伏式、抽出式和 拆頁式等幾種結(jié)構(gòu)型式。 (2) 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件包括立柱和各種千斤頂。 ① 立柱 支架上凡是支撐在頂梁（或掩護梁）和底座之間直接或間接承受頂板載荷、調(diào)節(jié)支護楊鎮(zhèn)源：支撐掩護式液壓支架總體及推移千斤頂強度設(shè)計 6 高度的液壓缸稱為立柱。立柱式液壓支架的主要動力元件，可分為單伸縮和雙伸縮兩種。單伸縮立柱調(diào)高范圍較小，但結(jié)構(gòu)簡單、成本低；雙伸縮立柱則與之相反。有的立柱兩端還有機械加長段。立柱兩端一般采用球面結(jié)合形式與頂梁和底座鉸接。 ② 千斤頂 液壓支架中除立柱以外的液壓缸均稱為千斤頂，依其功能分別為前梁千 斤頂、推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、平衡千斤頂、護幫千斤頂和復(fù)位千斤頂?shù)?。由于前梁千斤頂也承受由鉸接前梁傳遞的部分頂板載荷，所以結(jié)構(gòu)與立柱基本相同，只是長度和行程較短，也有人稱它為短柱。平衡千斤頂是掩護式支架獨有的，其兩端分別與掩護梁和頂梁鉸接，主要用于改善頂梁的界定接頂狀況，改變頂梁的載荷分布。 當支架設(shè)置防倒防滑裝置時，還設(shè)有各種防倒、防滑千斤頂和調(diào)架千斤頂。 (3) 控制元件 液壓支架的液壓系統(tǒng)中所使用的控制元件主要有兩大類：壓力控制閥和方向控制閥。壓力控制閥主要有安全閥；方向控制閥主要有液控單向閥、操縱閥 等。 ① 安全閥 安全閥是支架液壓控制系統(tǒng)中限定液體壓力的元件。它的作用是保證液壓支架具有可縮性和恒阻性。立柱和千斤頂用的安全閥，可按照立柱和千斤頂?shù)念~定工作阻力來調(diào)整開啟壓力。當立柱和千斤頂工作腔內(nèi)的液體壓力在外載荷作用下超過額定工作阻力，即超過安全閥的調(diào)定壓力時，工作腔內(nèi)的壓力液可通過安全閥釋放，達到卸壓目的。卸載以后，工作腔內(nèi)的壓力低于調(diào)定壓力時，安全閥自動關(guān)閉。在此過程中，可使立柱和千斤頂保持恒定的工作阻力，避免立柱、千斤頂過載損壞。 ② 液控單向閥 液控單向閥是液壓支架的重要元件之一。它的作用是閉鎖立柱或千斤頂?shù)哪骋磺恢械囊后w，使之承受外載產(chǎn)生的增加阻力，使立柱或千斤頂獲得額定工作阻力。液控單向閥往往和安全閥組合在一起，組成控制閥。 ③ 操縱閥 在支架液壓控制系統(tǒng)中用來使液壓缸換向，實現(xiàn)支架各個動作換向（分配）閥，習慣上稱為操縱閥。操縱閥有轉(zhuǎn)閥和滑閥二種類型。 (4) 輔助裝置 輔助裝置包括推移裝置、擋矸裝置、復(fù)位裝置、護幫裝置、防倒防滑裝置等。 ① 推移裝置 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 推移 裝置是實現(xiàn)支架自 身前移和刮板輸送機前移的裝置，由連接頭、框架、推移千斤頂組成。推移千斤頂一端與支架底座相連，另一端通過框架、連接頭與刮板輸送機相連。 ② 擋矸裝置 擋矸裝置由懸掛在頂梁后端的擋矸簾或擋矸板構(gòu)成，其作用是防止矸石從采空區(qū)涌入工作面。 ③ 復(fù)位裝置 復(fù)位裝置是支撐式支架的特征裝置。這是由于支撐式支架的頂梁、前后立柱和底座恰好形成四桿雙曲柄機構(gòu)，因而支架的結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，在側(cè)向力的作用下，容易發(fā)生立柱傾斜現(xiàn)象。安設(shè)復(fù)位裝置的目的就是為了使支架立柱保持在垂 直于頂板的正確位置，使支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有抵抗頂板水平分力的能力。 ④ 護幫裝置