【導(dǎo)讀】隨著煤炭資源的日益減少，如何更好的實現(xiàn)對薄煤層的開采成為了一個重要話題。在我國西南部的很多礦區(qū)，薄煤層已經(jīng)成為主采煤層。護設(shè)備，在保證工人的人身安全的同時，還要提高煤礦的生產(chǎn)效率。因此，研制高質(zhì)高。效的薄煤層液壓支架具有重要的意義。困難，最終只能用近似的雙紐線實現(xiàn)頂梁端部的運動，頂梁仍然有傾向煤壁的趨勢。力抵抗水平力，是液壓支架設(shè)計方法的巨大進步。液壓支架的三維模型，實現(xiàn)運動仿真，最后進行有限元分析校核關(guān)鍵部件的強度。本設(shè)計的主要創(chuàng)新點在于：八根立柱對頂板實現(xiàn)密集支護，不僅提高了支護阻力，化生產(chǎn)，大大縮短了生產(chǎn)和檢測周期，加快了我國綜采機械化生產(chǎn)進程。控制的液壓系統(tǒng)，對液壓支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考價值。

　　

【正文】 源嚴(yán)重浪費。隨著厚煤層及中厚煤層煤炭資源的逐漸減少，許多煤礦開始重視對薄煤層的開采工作。 液壓支架是現(xiàn)代化煤礦進行高效綜采和安全生產(chǎn)最為關(guān)鍵的設(shè)備之一。無論是采用刮板輸送機、滾筒采煤機和液壓支架的綜采技術(shù) ， 還是運行軌道、強力刨煤機和液壓支架的綜采技術(shù) ， 液壓支架都是作為煤礦井下支護關(guān)鍵設(shè)備，因此，研究高質(zhì)高效的薄煤層液壓支架有著重要的意義。 薄煤 層開采技術(shù) 五十年代以前， 我國在薄煤層中主要使用炮采工藝 ， 以后使用了截煤機掏槽爆破落煤 ， 并發(fā)展了薄煤層采煤機 ，六十 年代開始采用刨煤機 ， 并在技術(shù)上逐步得到 完善。 薄煤層開采應(yīng)有合適的配套設(shè)備 ， 目前 ， 從國內(nèi)外發(fā)展來看 ， 比較理想 的 是刨煤機 或爬底板式采煤機 采煤 ， 用液壓支架進行支護 ，實現(xiàn)采煤機械化。 在現(xiàn)有技術(shù)條件下， ： 1 傳統(tǒng)的長壁炮采采煤法； 2 單體液壓支柱高檔普采采煤法； 3 薄煤層螺旋鉆采煤法； 4 綜合機械化采煤法。 以上四種可行的薄煤層采煤方法中，第一、二種采煤方法由于工人 勞動強度大，作業(yè)條件惡劣，生產(chǎn)效率低，同時不符合現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展方向，除個別開采條件過于復(fù)雜，難以使用綜采機組開采的區(qū)域以外，不應(yīng)推薦其作為主要的采煤方法。第三種采煤方法具有勞動強度較小，作業(yè)環(huán)境良好的優(yōu)點，但由于其生產(chǎn)效率太低，難以使作為保護層開采的薄煤層開采和主采煤層的開采速度相配套，也難以作為薄煤層開采的主要采煤方法。只有薄煤層綜采開采既具有工人勞動強度小、作業(yè)環(huán)境較好的優(yōu)點，也具有安全高效的優(yōu)勢，滿足了主采煤層高強度開采的需要，更代表了薄煤層采煤方法的技術(shù)發(fā)展方向 ,因此，對于薄煤層的高產(chǎn)高效提出了更高 的要求。 液壓支架的用途及分類 液壓支架的作用 液壓支架是綜采工作面的主要設(shè)備之一，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業(yè)空間，推移工作面采運設(shè)備。 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。液壓支架與可彎曲刮板輸送機和采煤機組成綜采機械化采煤設(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。 液壓支架的工作過程 1 支架的升降和推移 中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 圖 液壓支架工作原理圖 1頂梁； 2立柱； 3底座； 4推移千斤頂； 5安全閥； 6液控單向閥； 8操縱閥； 9輸送機； 10乳化液泵； 11主供液管； 12主回液管 當(dāng)操縱閥 8 處于升柱位置時，從乳化液泵站來的高壓液體通過操縱閥 液控單向閥6 進入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥 8 處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。 支架的前移和推移輸送機是通過操縱閥 7 和推移千斤頂 4 來進行的。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥 7 置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進入推移千斤頂 4的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。這時，支架以輸送機為支點前移。移架結(jié)束后，在把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥 7 置于推溜位置，高壓液體進入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機以支架為支點被推向煤壁。 2 支架的承載過程 支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過程。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。 （ 1） 初撐階段 在升架過程中，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，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。初撐力的大小取決于泵站的工作壓力 、 立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。 （ 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，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。 （ 3） 恒阻階段 隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。當(dāng)升高到安全閥 5 的調(diào)定壓力時，安全 閥打開溢流，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，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，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。 支架的支撐力和時間 的關(guān)系 曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖 所示。 中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 圖 支架的工作特性曲線 t0— 初撐階段； t1— 增阻階段； t2— 恒阻階段； p1— 初撐力 ； p2— 工作阻力 液壓支架的現(xiàn)場布置 圖 液壓支架在工作面布置示意圖 1－采煤機 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機 4－轉(zhuǎn)載機 5－刮板輸送機 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－單體液壓支柱 圖 所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。每個工作面一般由滾筒、采煤機、液壓支架、刮板輸送機、裝載機、乳化液壓站和油管等主要設(shè)備組成。為了實現(xiàn)頂板及時支護，常采用先移架后推溜的方式。采煤機每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個主要動作過 程。 AA截面是采煤機割煤前支架的工作狀態(tài)。此時，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機緊靠煤壁。采煤機割煤后，支架尚未前移時（ BB 截面），端面距最大（等于采煤機截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后升柱支護新裸露頂板時，端面距又達到最?。?CC 截面）。支架支撐頂板后，以其為支點操作推溜千斤頂。將輸送機推向煤壁，實現(xiàn)推溜。此時，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U又處于伸出狀態(tài)（ DD 截面），以便完成下一個動作過程。 隨著采煤機割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個主要動作過程。從而對中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 頂板進行及時支護，防止頂板冒 落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設(shè)備的安全，實現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過程機械化，提高采煤工作效率。 液壓支架的分類 1 按架型結(jié)構(gòu)及與圍巖關(guān)系分 （ 1） 掩護式 1）支掩掩護式支架分插底式和不插底式； 2）支頂掩護式分為支架平衡千斤頂設(shè)在頂梁與掩護梁之間和支架平衡千斤頂設(shè)在底座與掩護梁之間。 （ 2）支撐掩護式 1）支頂支撐掩護式支架； 2）支頂支掩支撐掩護式，其中一排立柱支撐在掩護梁上。 （ 3） 支撐式支架 1）節(jié)式支架分兩框架式、三框架及四框架組合式兩類； 2）垛式支 架。 2 按適用煤層傾角分 （ 1）一般工作面支架； （ 2）大傾角支架。 3 按適用采高分 （ 1）薄煤層支架； （ 2）中厚煤層支架； （ 3）大采高支架。 4 按適用采煤方法 （ 1）一次采全高支架； （ 2）放頂煤支架； （ 3）鋪網(wǎng)支架； （ 4）充填支架。 5 按在工作面中的位置分 （ 1）工作面支架； （ 2）過渡支架（排頭支架）； （ 3）端頭支架。 6 按穩(wěn)定機構(gòu)分 （ 1）四連桿機構(gòu)支架； （ 2）單鉸點機構(gòu)支架； （ 3）反四連桿機構(gòu)支架； （ 4）單擺桿式支架； （ 5）機械限 位支架（橡膠限位、彈簧鋼板限位、千斤頂限位）。 7 按組合方式 （ 1）單架式支架； （ 2）組合式支架。 8 按控制方式分 中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 （ 1）本架控制方式； （ 2）鄰架控制方式； （ 3）成組控制方式。 9 按控制原理分 （ 1）液壓直接控制支架； （ 2）液壓先導(dǎo)控制支架； （ 3）電液控制支架。 液壓支架的支護方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 3 個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護方式，從而決定工作面 “三機 ”的不同配套關(guān)系。 1 即時支護 一般循環(huán)方式為：割煤 —移架 —推溜 。 即時支護的特點是：頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護方式。 2 滯后方式 一般循環(huán)方式為：割煤 —推溜 —移架。 滯后支護的特點是：支護滯后時間較長，梁端距大，支護頂梁較短。適用于穩(wěn)定、完整的頂板。 3 復(fù)合支護 一般循環(huán)方式為：割煤 —支架伸出伸縮梁 —推溜 —收伸縮梁 —移架。 復(fù)合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加的反復(fù)支撐的次數(shù)。可用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 對液壓支架的基本要求 1 為了滿足采煤工藝 及地質(zhì)條件的要求，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。 2 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100kN左右；移架力按煤層厚度而定，對中厚煤層一般為 150～ 250kN。 3 防矸性能要好。 4 排矸性能要好。 5 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 7 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 8 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9 要求支架有足夠的 剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。 10 在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。 11 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。 12 液壓元件要可靠。 薄煤層液壓支架的結(jié)構(gòu)特點 中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 根據(jù)煤層厚度劃分，薄煤層截高一般小于 。我國不少礦區(qū)薄煤層是主采煤層。薄煤層支架的結(jié)構(gòu)特點是： 1 伸縮比大 立柱大多采用雙伸縮立柱，薄煤層支架高度低，操作不太方便，立柱很少采用帶機械加長段結(jié)構(gòu)。為滿足大伸縮比的要求，特別是掩護式液壓支架，立柱傾角較大，在低位狀態(tài)工作時，支護效率較低。 2 人行通道困難 對于薄煤層支架，如何設(shè) 置人行通道是十分重要的。在瓦斯含量大、對通風(fēng)有特殊要求的綜采工作面，大多設(shè)計成雙人行通道。支撐掩護式支架的前立柱前留有人行通道，在前、后柱間再設(shè)計一個人行通道，二柱掩護式支架立柱前后各設(shè)一通道這樣有利于通風(fēng)，便于行人。對于通風(fēng)沒有特殊要求的綜采工作面，大多設(shè)計成二柱掩護式液壓支架，在柱前設(shè)置人行通道。 3 梁體薄 薄煤層支架由于其伸縮比大，且最低高度很低，所以結(jié)構(gòu)件設(shè)計既要滿足強度要求，又要截面高度尺寸盡可能小。為此，結(jié)構(gòu)件大多采用高強度鋼板、箱形結(jié)構(gòu)，頂梁前部有的設(shè)計成板式結(jié)構(gòu)，甚至是幾層彈簧鋼板疊加。 4 結(jié)構(gòu)交叉布置 薄煤層支架由于其最低位置的高度十分低，結(jié)構(gòu)件除了盡量薄之外，結(jié)構(gòu)件間盡量采用空間交錯布置，所以，前連桿大多設(shè)計成單連桿，后連桿設(shè)計成雙連桿，在最低位置時，前、后連桿可以側(cè)投影重疊而不干涉，底座設(shè)計成分底座、活連接，左右底座中間為推移機構(gòu)布置的空間；對于兩柱掩護式支架，平衡千斤頂和推移液壓缸采取交錯布置，以滿足最大重合度。由于柱前大多為人行通道，所以薄煤層支架推桿前部大多設(shè)計成板式，厚度為 50～ 70mm。人行通道最小要求寬 ，凈高 。 5 簡化結(jié)構(gòu) 薄煤層支架結(jié)構(gòu)要盡量簡單，以減 少事故，頂梁可設(shè)計成整梁，適當(dāng)加寬頂梁寬度，一般可不設(shè)置活動側(cè)護板。 6 提高控制系統(tǒng)自動化 薄煤層工作面行人困難，所以操作系統(tǒng)最好實現(xiàn)成組控制、自動控制或鄰架控制，以減輕工人體力勞動和提高安全程度、工作效率及產(chǎn)量。 液壓支架的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 液壓支架的設(shè)計、制造和使用，從 1854 年英國研制成功發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)基本成熟，形成了能適應(yīng)各種不同煤礦地質(zhì)條件的各類液壓支架。 從液壓支架的形式來看，有掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架。從支架的質(zhì)量來看，有輕型液壓支架、中型液壓支架和重型液壓支架。從支 撐高度來看，有薄煤層液壓支架、中厚煤層液壓支架和厚煤層液壓支架。厚煤層液壓支架又分厚煤層一次采全高液壓支架、厚煤層分層開采液壓支架和放頂煤液壓支架。從用途來看，有端頭液壓支架和中間液壓支架。所以從液壓支架的現(xiàn)狀來看，已經(jīng)發(fā)展到一個完整的液壓支架體系。從液壓支架的設(shè)計來看，由過去的手工設(shè)計發(fā)展到全部計算機程序設(shè)計。總之，隨著時代的發(fā)展和進步，液壓支架設(shè)計、制造和使用，將越來越完善、安全、可靠。 中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 新型液壓支架普遍具有微型電機或電磁鐵驅(qū)動的電液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機裝有紅外線傳感器裝置，立柱缸 徑超過 400MPa。為減少割煤時間，一般采用 ~1m的截深。支架還采用屈服強度 800~1000MPa 的鋼板，既有較高的強度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能。隨著長壁工作面長度的不斷增加，為適應(yīng)快速移架的需要，國外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為 40~50MPa，額定流量400~500L/min，可實現(xiàn)工作面成組或成排快速移架，達到 6~8s/架。 美國是世界上最先進的采煤國家，早在 1990 年就己采用額定壓力 50MPa， 額定流量478L/ mi n的乳化液泵站，以實現(xiàn)支架快速推進，移架速度達 6~8s/架。美國的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護式支架，使用壽命 8~10年，可用率高達 95% ~98%。支架平均工作阻力6470kN(最大為 9800kN)，支架寬度普遍增大，中心距達到 ，并向 2m發(fā)展，增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時間、增加有效工作時間和提高單產(chǎn)。如洛斯公司20 英里礦在 250 5280m長壁綜采面用工作阻力為 2 8565kN電液控制兩柱掩護式支架，1997 年 6 月產(chǎn)商品煤 90..43 萬噸，成為世界上首次月產(chǎn)商品煤近百萬噸的工作面； 1995年 9 月，糜鹿礦用工作阻力為 8900kN 電流 控制的兩柱掩護式支架，月產(chǎn)煤達到 60. 11 萬噸。美國綜采工作面最高日產(chǎn)超 7 萬噸，工效 為 1336 噸 /工。 澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn)，使用兩柱掩護式支架，支架的平均工作阻力為 7640kN。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護式支架，在 1995 年 8 月 8 日創(chuàng)下澳大利亞有史以來日產(chǎn) 萬噸的最高記錄，班產(chǎn)一直保持在 5000~6000 噸。 英國也在大力發(fā)展兩柱掩護式支架，工作阻力有了很大提高，達到 6000~8000kN。 液壓支架的發(fā)展不斷完善，未來的發(fā)展趨勢主要有以下幾種： 1 前連桿加油缸的液壓支 架 在掩護式和支撐掩護式液壓支架中的四連桿機構(gòu)，克服了頂板作用在支架上的水平力，但當(dāng)水平力過大時，不能讓壓，為了安全起見，所以掩護梁和前、后連桿的強度計算中安全系數(shù)比其他構(gòu)件增加 20%，為了解決此問題，目前國外正在設(shè)計一種前連桿帶油缸的液壓支架。 油缸為雙作用單伸縮，上下腔都帶安全閥，當(dāng)頂板水平力大于額定值時，油缸讓壓，使液壓支架達到新的平衡，從而在設(shè)計時可降低安全系數(shù)，減輕了液壓支架的質(zhì)量。 2 沿頂板移架的液壓支架 為適應(yīng)破碎頂板下使用液壓支架，設(shè)計了一種不在底板上移架的液壓支架，利用提起底座擦頂移 架的液壓支架，底座與節(jié)式液壓支架類似，為底靴式，質(zhì)量較輕，架與架之間用液壓千斤頂連接起來。 3 適用特種條件下的液壓支架 （ 1）特厚煤層一次采全高液壓支架 目前北京煤礦機械廠生產(chǎn)的 BC52025/47 型液壓支架，支架高度為 ~，還可根據(jù)需要設(shè)計支架高度為 6m的液壓支架，立柱可采用三伸縮柱的液壓支架。 （ 2）新型放頂煤液壓支架 可設(shè)計一種回收率高、夾矸少的放頂煤液壓支架。 （ 3）水采液壓支架 為適應(yīng)水采工作面的支護，可設(shè)計一種水采工作面液壓支架。 中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 （ 4）重型液壓支架 為適應(yīng)頂板壓力特大 的需要，還可依據(jù)將工作阻力設(shè)計適當(dāng)?shù)囊簤褐Ъ堋? （ 5）新型端頭液壓支架 為了加快綜采速度和無人采煤工作面的需要，設(shè)計一種能適應(yīng)井上操作，既安全又可靠的新型端頭支架。 （ 6）大傾角工作面液壓支架 為適應(yīng)煤層傾角小于或等于 45176。 的工作面，設(shè)計一種新型的大傾角工作面液壓支架。 4 液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計方向 （ 1）輕型化 對液壓支架各部分進行受力分析和優(yōu)化設(shè)計，使結(jié)構(gòu)緊湊，在滿足強度條件和配套的條件下，底座及頂梁盡量短些，使液壓支架輕型化。 （ 2）標(biāo)準(zhǔn)化 為了減輕支架質(zhì)量、降低成本，提高對煤層厚度變化和頂板 條件的適應(yīng)性，使液壓支架的范圍變小，對同一型號設(shè)計成系列化，適應(yīng)不同煤層厚度的要求。 （ 3）材質(zhì)強化 提高結(jié)構(gòu)件鋼材的強度，采用優(yōu)質(zhì)鋼材，減輕液壓支架的質(zhì)量，設(shè)計時可進行技術(shù)經(jīng)濟分析比較，選用合理的材質(zhì)。 （ 4）高壓化 各種閥類的壓力等級加高，相應(yīng)的強度增高，使閥和油缸的體積減小，使液壓支架的質(zhì)量減輕。 5 操作自動化 能適應(yīng)無人采煤工作面的需要，設(shè)計自動化操作的新型全自動液壓支架。 我國液壓支架經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，盡管取得了顯著成績，在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸甚至班產(chǎn)超萬噸的記錄。但總體水 平與世界先進采煤國家仍存在一定差距。在支架架型功能上我國與國外相差無兒，有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強力支架、端頭支架還有獨到之處，但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低，電液控制閥可靠性差，所用鋼材的耐壓能力一般為 260MPa，最好的屈服極限才700MPa，液壓系統(tǒng)壓力在 35MPa 以下，流量在 200L/min 以內(nèi)，供液管直徑 25~32rnrn，回液管直徑 25~50mrn， 最快移架速度為 10~12s/架 (井下實際應(yīng)用有時在 20s 以上 )，工作阻力更是相對較低。 我國科學(xué)工作者經(jīng)過 30 多年的 發(fā)展和努力，液壓支架的設(shè)計、制造水平在不斷提高，特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗，架型已基本趨于成熟、完善，在品種和質(zhì)量方面與國際先進水平相比，差距越來越小。但在控制元件和控制系統(tǒng)方面，與先進國家的產(chǎn)品相比還 有較大差距 。所以 .今后除應(yīng) 繼續(xù)針對我國國情和煤層具體條件，開發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)將 設(shè)計 重點放在 支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面。 今后，我國的液壓支架的設(shè)計將向著 技術(shù)含量大、鋼板強度高、移架速度快 (6~8s/架 )和電液控制閥的方向發(fā)展，對有破碎帶和斷層的工作面將加大 支架的移架力，盡量采用整體可靠推桿和抬底座機構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。另外，將普遍采用額定壓力為中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 40MPa，額定流量為 400L/min 的高壓大流量乳化液泵站，以適應(yīng)快速移架的需要 ， 系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供液，保證支架有足夠的壓力達到初撐力，保證支架接頂位置準(zhǔn)確。 ZY兩柱掩護式支架的比重將大大增加，缸的直徑將增至 360mm，端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。 超靜定結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和優(yōu)點 1 頂梁和底座通過 8 根懸浮式液壓立柱鉸接連接 ,， 立柱均為二力桿 ， 所以支架頂梁無論承受哪個方向上的壓力都不會對底座產(chǎn)生附加彎 曲應(yīng)力 。 2 頂梁所受的水平力均轉(zhuǎn)化為立柱的內(nèi)壓力 ， 因此只要立柱能夠承受足夠的壓力 ,，則支架就能承受與之相應(yīng)的水平載荷 。 3 立柱布置成正三角形 ， 不但使支架的水平內(nèi)力互相抵消 ， 減少了頂梁和底座的內(nèi)力 ， 也使支架具有很高的穩(wěn)定性 。 4 八 根立柱密集支撐頂梁 ， 在相同的泵站壓力下 ， 可以 用 較小的缸徑實現(xiàn)較大的支撐力 。 同時 ， 頂梁成為具有多點支撐的柔性頂梁 ， 受力合理 ， 可靠性 高。 5 可以通過只更換缸徑相同 、 行程不同的立柱的方法 ， 裝配成采高不同而工作阻力相同的一系列液壓支架 ， 從而實現(xiàn)支架的模塊化設(shè)計 、 集成化裝配和規(guī)?；?產(chǎn) ， 大大縮短了生產(chǎn)和檢測周期 ， 加快了我國綜采機械化生產(chǎn)進程 。 6 由于沒有四連桿機構(gòu) ， 頂梁的運動軌跡為垂直直線而不是近似的雙扭線 ， 克服了傳統(tǒng)四連桿機構(gòu)給支架設(shè)計帶來的缺陷和不足 。 7 支架前梁可以 上擺 3176。，下擺 42176。 ， 用 2 個缸徑相同的懸浮式液壓千斤頂支撐 ， 不僅支撐力大 ， 而且對不平整頂板的適應(yīng)性強 。 8 立柱采用懸浮式技術(shù)原理 ， 懸浮力達到工作阻力的 4/5， 立柱的受力僅為 1/5， 大大提高了立柱的穩(wěn)定性和安全性 ， 從而提高了支架的承載能力和抗偏載能力 。 9 懸浮式液壓立柱各密封點采用密封補償和密封脹緊技術(shù) ， 而且內(nèi)部 無圓弧焊縫 ，無內(nèi)泄漏 。 立柱一旦泄漏 ， 肉眼便可發(fā)現(xiàn) 。 如果支架中有 1 一 3 根立柱損壞 ， 可以在現(xiàn)場直接進行更換與維修 ， 而不影響整個支架的超靜定結(jié)構(gòu)和工作狀況 ， 大大減小了工人的勞動強度 ， 縮短了維修設(shè)備的時間 。 10 在設(shè)計過程中 ， 對支架各部件進行了詳細(xì)的受力分析和強度校核 ， 并對各結(jié)構(gòu)件的焊縫進行了強度校核 ， 而且充分考慮了沖擊載荷的影響 ， 其安全系數(shù) 滿足設(shè)計要求 。中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 液壓 支架 的設(shè)計參數(shù) 設(shè)計參數(shù) 數(shù)值 支架的立柱數(shù) 8 支架的工作阻力（ KN） 5000 支架的中心距（ mm） 1500 支架的最大高度（ mm） 1300 立柱伸縮形式 單伸縮 煤層傾角 8176。 支架的高度和支架的伸縮比 支架高度 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確定， 其最大與最小高度為： 1mmH h S?? （ 21） 2n n aH h S a ?? ? ? ? （ 22） 式中 ： mH —— 支架最大高度（ mm）； nH —— 支架最小高度（ mm）； mh —— 煤層最大厚度（ mm）； nh —— 煤層最小厚度（ mm）； 1S —— 考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度 2S —— 頂板最大下沉量，一般取 100～ 200mm； a—— 移架時支架的最小可縮量，一般取 50mm； a? —— 浮矸石、浮煤厚度，一般取 50mm； 由設(shè)計參數(shù) mH = 及液壓缸的活塞行程 L=400mm，可得出液壓支架的最小高度 約為 nH =，所以液壓支架的高度范圍為： ～ 。 通過公式 2 22 可得，可采煤層的 高度 約為 。 支架的伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值即： （ 23） 由于液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。一般范圍是 ，煤層較薄時 選大值。但是考慮盡量減輕支架重量，降低造價，可搞系列化，加強支架 對頂?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械加長桿來增加調(diào)高范圍。該支架的伸縮比 m=。 . 支架間距 maxminHm H?中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 所謂支架間 距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計算： （ 24） 式 中 : b—— 支架間距（支架中心距）； B—— 每架支架頂梁總長度； c—— 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 n =1； 整體邁步式支架 n =2；節(jié)式邁步支架 ， n =支架節(jié)數(shù)。 支架間距 b 要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié) 溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及幫槽上千斤頂 連結(jié)塊 的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每 節(jié)長度為 ,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。 大采高支架為提高穩(wěn)定性 ， 中心距可采用 ， 輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 。 本次設(shè)計的薄煤層液壓支架， 取 支架的中心距為 。 底座長度的確定 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)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對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、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架 的穩(wěn)定性等。通常掩護式支架的底座長度取 倍的移架步距（一個移架步距為 ），即 左右，支撐掩護式支架的底座長度取 4 倍的移架步距，即 左右。 本次設(shè)計的超靜定液壓支架，由于立柱數(shù)目較多，設(shè)置雙人行通道的要求，底座寬度相對較長， 參照以前的支架， 人行道寬度 600mm，單根立柱安裝空間 300mm，立柱距底座前后端面 400mm，由此 暫將底座長度確定為 。 頂梁尺寸 根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來確定頂梁長度 。 支架工作方式對頂梁長度的影響 支架工作方式對支架頂梁長度 有 很大影響 。先移架后推溜方式（ 即 時支護）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護）要求頂梁長度較小。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護，因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距，一般為 600 mm 。 本次設(shè)計采用了雙人行通道，頂梁長度較長，為減小控頂距，降低控頂面積，因此采用 滯后 支護方式。 頂梁長度 頂梁長度的確定應(yīng)根據(jù)采煤機、刮板輸送機的配套尺寸來確定， 薄煤層“三機”配套除了從生 產(chǎn)能力、性能、壽命考慮外，由于薄煤層的復(fù)雜賦存條件 ， 它還必須結(jié)合煤礦的實際情況 ， 更多地考慮機械設(shè)備工作機構(gòu)的最大結(jié)構(gòu)高度、調(diào)高范圍、機身高度及過機空間等問題，否則會嚴(yán)重影響生產(chǎn)能力和設(shè)備性能的發(fā)揮，降低設(shè)備的使用壽命。 b B nc??中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 1 采煤機與液壓支架的配套原則： （ 1）采煤機的采高范圍應(yīng)與液壓支架的調(diào)高范圍相適應(yīng)。一般，支架的最大高度應(yīng)大于采煤機最大高度 ～ 。 （ 2）為減小液壓支架的控頂距，尤其是對于破碎頂板，應(yīng)采用較載機身的采煤機。 （ 3）采煤機的最大可能工作牽引速度應(yīng)與支架的移架速度相適應(yīng)。對滾筒采煤機 ： 式中 : t—— 每架支架的平均移架時間， s； A—— 支架中心距， m； v—— 采煤機工作牽引速度， m/min。 （ 4）液壓支架的移動步距應(yīng)與采煤機的截深相適應(yīng)。由于推移機構(gòu)間隙等原因，推移千斤頂?shù)男谐桃话阋?100～ 200mm。 （ 5）梁端距一般取 150～ 400mm。它主要取決于采高、底板起伏情況、頂板條件及采煤機械的型式。從頂板管理的角度看，梁端距應(yīng)盡可能的小，但由于采煤機沿走 向方向傾角的變化，容易引起割頂梁。所以，一般采高較大，底板起伏變化大， 梁端距要求也大。事實上一些掩護式支架在初撐時都有頂梁移向煤壁、使 梁端距減小的趨勢，所以在確定梁端距時應(yīng)考慮以上因素。本次設(shè)計的超靜定薄煤層液壓支架，取消了 傳統(tǒng)的 四連桿機構(gòu)，采高較小，所以梁端距定為 200mm。 2 采煤機的選型： MG2 75PF 型外牽引爬底板式采煤機，采高范圍 ～ ，牽引速度 0～ 5m，截深 800mm，外形尺寸 5600 1660 550，生產(chǎn)能力： Q=60HBVP=3 刮板輸送機與液壓支架的配套原 則： （ 1） 當(dāng)支架與輸送機直接相連時，溜槽長度應(yīng)與支架中心距相適應(yīng)。目前最長見的溜槽長度 為 ，支架中心距 也為 ， 個別為 。 （ 2） 與支架 推移 機構(gòu)相聯(lián)結(jié)的位置、配合尺寸和強度等應(yīng)與支架推移機構(gòu)的位置、結(jié)構(gòu)尺寸和推拉力等相適應(yīng)，并保證推溜時不致于上飄或下扎。