【文章內(nèi)容簡介】 角式防滑裝置的防滑千斤頂安裝在排頭支架的底座下側(cè)，同千斤頂相連的圓環(huán)鏈通過導(dǎo)鏈筒與第三架底座后部的鉸接座相連。當(dāng)排頭架降 架后，收縮防滑千斤頂，即可將排頭架底座后部往傾斜上方調(diào)整。 底調(diào)式防滑裝置是將相鄰支架的底座通過十字連接頭與底調(diào)千斤頂相連，利用千斤華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 頂?shù)耐评Ψ乐沟鬃禄?，并可調(diào)整架間距離。 底推式防滑裝置一般安設(shè)在底座的后下側(cè)，由底推千斤頂和推桿組成，同鄰架底座不連接，支架降架后，推出防滑千斤頂，頂往下方支架的底座，便可將本架底座上調(diào)，由于推底座的后部，效果較好，得到廣泛應(yīng)用，大多用于工作面支架。所以選用底推式防滑裝置。 掩 護(hù)梁和底座的連接型式 掩護(hù)梁與底座的連接，經(jīng)歷了一個(gè)發(fā)展過程。起初，掩護(hù)梁與底座用單鉸點(diǎn) 連接，這時(shí)，立 柱 伸縮，頂梁鉸接點(diǎn)的軌跡為圓弧形；頂梁端部距煤 壁 的距離，通常稱為梁端距，變動(dòng)甚大，過大的梁端距，會(huì)使近煤縫處的頂板冒落，影響安全生產(chǎn)，過小的梁端距，易發(fā) 生 采煤機(jī) 割 頂梁的事故。因此，必須控制梁端距的變化。為解決此問題，先后采用了伸縮掩護(hù)梁 、 伸縮頂梁 、 改變掩護(hù)粱與底座的鉸接點(diǎn)位置和四連桿機(jī)構(gòu)。實(shí)踐證明，用四連桿機(jī)構(gòu)的連接方式優(yōu)點(diǎn)較多，故為現(xiàn)代掩護(hù)式液壓支架和 支 撐掩護(hù)式液壓支架所廣泛采用。 立 柱的結(jié)構(gòu) 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外 ，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 立柱 由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。 缸體是立柱的承壓部件，一般用 27SiMn無縫鋼管制成。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度，一般用鏜滾壓復(fù)合加工缸體內(nèi)表面；活塞是立柱的關(guān)鍵元件，對(duì)它的主要要求是保證密封性能良好，運(yùn)動(dòng)表面能承受外力的沖擊。活柱和活塞桿是立柱傳遞機(jī)械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用 27SiMn 無縫鋼管或 45號(hào)鋼制成?；钪突钊麠U與導(dǎo)向套的配合精度為 89H/f ，表面粗糙為 。為了防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護(hù)，防止外部硬傷。缸口是缸體與活柱或活塞桿接觸的部位，它裝有密封圈、導(dǎo)向套和缸蓋等主要零件。缸蓋和缸體相連接，保證環(huán)形腔密封和承壓。導(dǎo)向套為活柱和活塞桿導(dǎo)向。導(dǎo)向套與活塞桿表面既要緊密接觸又要?jiǎng)幼黛`活，同時(shí)要承受活塞桿形成的橫向載荷。導(dǎo)向套的材料通常為聚甲醛或銅合金。華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 導(dǎo)向套內(nèi)表面與活塞桿的配合精度一般采用 99H/f ，粗糙度不低于 。 立柱的結(jié)構(gòu)型式如圖 。 圖 立柱的結(jié)構(gòu)型式 （ 1） 單伸縮雙作用立柱（圖 a）只有一級(jí)行程，伸縮比一般為 左右。這類立柱結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整高度方面，缺點(diǎn)是跳高范圍小。 （ 2） 單伸縮機(jī)械加長段立柱（圖 b）總行程為液壓行程 l1 與機(jī)械行程 l2 之和。這類立柱的調(diào)高范圍較大，可在較大范圍內(nèi)適應(yīng)煤層厚度 的變化。但機(jī)械行程只能在地面根據(jù)煤層的最大厚度調(diào)定。這種立柱造價(jià)比雙伸縮立柱低，應(yīng)用廣泛。所以選用此種立柱。 為需要增加支架最大高度時(shí)，可以先拆下四根立柱中對(duì)角線上的兩根立柱上機(jī)械加長桿的卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動(dòng)機(jī)械加長桿從立柱中拔出，當(dāng)達(dá)到所調(diào)高度時(shí)，再把這兩根機(jī)械加長桿的卡環(huán)固定。把支架降至原來高度，拆下另兩根機(jī)械加長桿的卡環(huán)，用同樣的方法使這兩根機(jī)械加長桿達(dá)到與前兩根相同的高度為止。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 （ 3） 雙伸縮雙作用立柱（圖 c）兩級(jí)行程都有液壓力操縱，總行程為 l1 + l2 ，可在較大范圍內(nèi)適應(yīng)煤層厚度的變化，而且可在井下隨時(shí)調(diào)節(jié)，其伸縮比 可 達(dá) 3。但這類立柱造價(jià)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 千斤頂 千斤頂是完成支架及其各部位動(dòng)作、承載的主要元件。大多屬于單伸縮雙作用，活塞式液壓缸。按用途分，有推移千斤頂、前梁千斤頂、 側(cè)推千斤頂、平衡千斤頂、護(hù)幫千斤頂、復(fù)位千斤頂、調(diào)架千斤頂、防倒千斤頂和防滑千斤頂?shù)取ＧЫ镯敽土⒅际腔钊絼?dòng)力油缸，因此其工作原理、基本組成以及對(duì)零部件的要求等大體相同。但是，與立柱相比，千斤頂仍有一些區(qū) 別，如：立柱受力大，一般承載力 800～ 2800KN；千斤頂受力小，一般為 100～ 1000KN。立柱壓力高，一般為 30～ 60MPa。立柱最長約為 4m 左右；千斤頂最大長度一般為 2m左右。立柱主要承載推力，拉力較小，拉推力相差較大，而千斤頂推拉力均有要求，一般相差不大，有時(shí)還要求拉力大于推力。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第 3 章 液壓支架的選型原則 從液壓支架架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看、由于直接頂類別和基本頂級(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。 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)厚度超過 ，不宜用 支 撐式液壓支架。 (2)厚度不超過 時(shí)，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 10 15?? ? (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 18? 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。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 5)地質(zhì)構(gòu)造 斷層十分 復(fù)雜 ，煤層厚度變化過大 ，頂板的允許暴露面積和時(shí)間在 5— 8 2m 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》來選取，架型選樣過程如下： (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。基本頂級(jí)別按基本頂來壓強(qiáng)弱來劃分?；卷攣韷簭?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之比 )和基本頂初次來壓步距／ pL 通常按 N 和 pL ，把基本頂分為四級(jí)．見表 。 表 基本頂級(jí)別 注： N應(yīng)根據(jù)采煤工作 面所在位置的地質(zhì)柱狀圖中 M和 h來計(jì)算 pL 可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測或礦壓顯現(xiàn)特征確定 ② 直接頂類別按表 。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 表 直接頂類別 表中 1D 按下式計(jì)算： 1 1 2D cc?? 式中 ? ： 巖備單向抗壓強(qiáng)度 ； 1c ： 節(jié)理裂隙影響系數(shù) 2c ： 分層厚度影響系數(shù) 1c ： 按所測 量 的節(jié)理裂隙間距 l查表 。 表 節(jié)理裂隙間距表 2c 可按所測得的分層厚度 xH 查表 得到。 表 分層厚度表 (2)支架架型和支護(hù)強(qiáng)度的確定。按表 根據(jù)基本頂級(jí)別和直接頂類別來確定支架架型，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 )。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 表 支架架型確定參數(shù) 注 ： 。 ， ， 2為增壓 系數(shù)。 采高為最大采高。 支撐式液壓支架的支 撐 力分布與承 載 的關(guān)系及適用范圍 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，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，則處于無立柱支撐狀態(tài)，僅靠支撐力較小的前梁來維護(hù)。故支架的工作阻力在控頂區(qū)范圍內(nèi)很不均勻，其預(yù)想的支撐力分布規(guī)律如圖 。 圖 支撐式液壓支架支撐力分布圖 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 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，如圖 。一般來說，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 1Q ；其二為基本頂通過直接頂間接地作用在支架上的壓力 2Q 。開始，支架只承受直接頂壓力 1Q ，作用點(diǎn)近似位于支架頂梁中部，它相當(dāng)于均布載荷。周期來壓時(shí)，斷裂帶 (亦稱裂隙帶 )下沉，其一 端 通過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 2Q ，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 1Q 和 2Q ，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。 圖 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，如圖 。 由于支撐式液壓支架頂梁較長，在支架重復(fù)支撐過程中 (假設(shè)頂梁長為 4m，支架每前進(jìn)一次為，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 3Q ，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。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 支撐式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況 掩護(hù)式液壓支架的支 撐 力分布與承 載 的關(guān)系及適用范圍 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 ，其支撐力的分布規(guī)律如圖 所示。 圖 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 3Q ，裁荷分布如圖 所示。掩護(hù)梁受力：由于頂板破碎，在頂梁華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 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，如圖 。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。 圖 (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．受力情況如圖 所示。 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。 圖 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 支撐 掩 護(hù)式液壓支架的支撐力分布與 承 載的關(guān)系及適用范圍 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，其受力狀況如圖 。 圖 支撐掩護(hù)式液壓支架的支撐力分布圖 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 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?。 （ 2） 最大和最小采高。根據(jù)最大和最小 采 高 ，來確定支架的 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