【正文】 a8oF65a ①538264coscsosaxFPF?????? ②8253iniiny?聯(lián)立以上兩式可得: 42424533(cosisico)sincosaaxyF? ??????3864cosaPx?故當(dāng)平衡千斤頂為推力時(shí),將 , , ,???3461,83????, 代入可得:??54(cosin3si6co83) KN??????????????當(dāng)平衡千斤頂為拉力時(shí),將 , , ,? ,83????, 代入可得:???52947(cos6in8si6co83) KN????????? ?????底板對(duì)底座的支撐反力 與 大小相等。若這個(gè)條件強(qiáng)度計(jì)算能滿足，其它條件都能滿足。圖中 Pt=，P8 為平衡千斤頂?shù)耐疲ɡ┝?，P8 為推力時(shí)，P8=，當(dāng) P8 為拉力時(shí)，P8=，需求 FF1′及作用點(diǎn)位置。因此其極限條件為：cPD cPD()0DCSin???得：　　　　　　　　　 ＝0即：　　　　　　　　 DC?當(dāng)分母等于 1 時(shí)， 和 得最小值，其條件為：cP()1DCSin??＝90 ?由以上兩個(gè)條件得到下列結(jié)論，前后連桿不能平行放置，前后連桿的水平支架必須要有差值，從連桿受力的角度著眼，其差值應(yīng)越大越好，極限差是 90 。2） 對(duì)連桿受力影響　　由連桿受力 和 的計(jì)算式可以看出，摩擦力對(duì)連桿受力的影cPD響表現(xiàn)在 和 項(xiàng)中。maxf水平載荷的方向可以只考慮向后作用，也就是從煤壁向老塘的方向作用。產(chǎn)1tg??生水平載荷的原因很多，所以它的大小和方向也是根據(jù)具體情況而變化。所以設(shè)計(jì)掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架時(shí)，應(yīng)特別注意使支架承載力在整范圍內(nèi)的變化盡量小。一般情況下，掩護(hù)式支架常用加大立柱的傾角來(lái)擴(kuò)大支架的調(diào)高范圍。在支架的工作高度范圍內(nèi)，一般把 tgθ 值控制在 以下，從而把附a加力控制在支架名義工作阻力的 10％范圍內(nèi)。當(dāng) O 點(diǎn)在頂梁下方時(shí) tgθ 取負(fù)值。 圖 4－1因此叢支架承載能力的角度看，立柱傾角不要大于 18 。立柱支撐在頂梁，當(dāng)立柱的工作阻力為 ，傾角為BP時(shí)，顯然支架的承載能力與 COS 有直接的關(guān)系。下面就根據(jù)這一理論對(duì)支架簡(jiǎn)化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。 支架受力分析支架的受力分析與計(jì)算，是按理論力學(xué)中一個(gè)物體受幾個(gè)力的作用下處于平滑狀態(tài)時(shí)，所受力和力矩之和為零的原理來(lái)進(jìn)行分析和計(jì)算的。（6） 作用在頂梁上水平力的產(chǎn)生有二種情況：一種是支架在承載讓壓時(shí)，由于頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡為雙扭線，所以頂梁與頂板有產(chǎn)生位移的趨勢(shì)，水平力為頂梁合力與靜摩擦系數(shù)的乘積，其方向與頂梁產(chǎn)生位移方向趨勢(shì)相反；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動(dòng)，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平力，最大水平力值與上相同。（2） 金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)上的直梁理論來(lái)計(jì)算。開(kāi)始支架以初承力支承頂板，此時(shí)為無(wú)壓狀態(tài)，當(dāng)周期來(lái)壓時(shí)，頂板下沉，使立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到大于安全閥調(diào)定正壓力時(shí)，安全閥被打開(kāi)，使立柱下腔壓力下降，稱立柱讓壓狀態(tài)，使支架以工作阻力支護(hù)頂板；如繼續(xù)來(lái)壓，就要不斷讓壓，所以立柱要有一定的向下行程，如沒(méi)有向下行程，稱壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計(jì)和使用中，必須要注意避免的現(xiàn)象。圖 35　插板千斤頂結(jié)構(gòu)圖1缸體 2活塞 3擋圈 4壓盤(pán) 68 5半環(huán) 556壓環(huán) 7活塞導(dǎo)向環(huán) 8鼓形密封圈 9O 形密封圈10擋圈 11活塞 12蕾形密封圈 擬定液壓系統(tǒng) 本支架的液壓系統(tǒng)，由乳化液泵站，主進(jìn)，主回液膠管，各種液壓元件，立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。掩護(hù)梁為面板式箱形結(jié)構(gòu)件。采用整體式底座：這種底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小，底座的前端做成滑靴形，以減小支架的移動(dòng)阻力，同時(shí)底座后部重量大于前部避免移架時(shí)底座啃底，底座與立柱之間連接處用鑄剛球面柱窩接觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷柱限位，防止立柱脫出柱窩。（3）底座底座為支架的其它結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)，與前、后連桿和上連桿一起組成四連桿機(jī)構(gòu)，將立柱和前、后連桿傳遞的頂板壓力傳給底板。來(lái)考慮，具體計(jì)算如上圖所示。支架頂梁只支承兩柱時(shí),上柱窩位置在頂梁后部,一般頂梁前端與后端之比為 ～:1。此掩護(hù)式支架為二柱，采用傾斜布置，這樣可以克服一部分水平力，并能增調(diào)高范圍。其中寬面頂一般為 ～,節(jié)式支架一般為 ～,此處取 1600mm。cos ][G 減小頂梁長(zhǎng)度，有利于減小擰頂面積，增大支護(hù)強(qiáng)度。為了防止銷子脫出，用擋板固定。主頂梁為焊接箱式結(jié)構(gòu)。整個(gè)頂梁分前梁和主頂梁兩部分。（17）過(guò)點(diǎn)向線作垂線，交點(diǎn)，則線段和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。 aeHHFFo（14）連接 e′′ a′ 、e ′′′ a′′ ，并以 a′ 點(diǎn)為圓心，ab 長(zhǎng)為半徑作弧，交 a′ e′′ 上一點(diǎn) b′；以點(diǎn)為圓心，長(zhǎng)為半徑作弧，交上一點(diǎn)點(diǎn)。（10）取 e′′′ e′ 某一點(diǎn)， ′′ e 為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)（液壓支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，中間這一點(diǎn)的位置直接影響頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀、變化寬度等）。（6）過(guò) e′點(diǎn)作 H—H 線的平行線 F—F 線，則 H—H 線與 F—F 線的距離為 H1，為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度。（2）過(guò) O 點(diǎn)作與底座面平行的水平 H—H 線。按類比法確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距和連桿下鉸點(diǎn)至底座至底面之距均為 100mm。P2=26176。P2=26176。（4） 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁梁面之距和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距取掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁梁面之距為 100mm，取后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距為 100mm。當(dāng)支架中心距為 ，最小寬度一般1650～1680mm，最大寬度一般 1850～1880mm。支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。m=Hm/Hn=2600/1200=符合掩護(hù)式支架的伸縮比范圍。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。下面僅分析目前廣泛應(yīng)用的三種典型架型的總體布置與結(jié)構(gòu)尺寸的一般范圍。④ 支架的工作穩(wěn)定性好。（6） 地質(zhì)構(gòu)造 斷層十分發(fā)育，煤層變化過(guò)大，頂板的允許暴露面積在 5～8㎡以下時(shí)，時(shí)間在 20min 以上時(shí)，暫不宜使用綜采。（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(guò)底板允許比壓?！?5176。③ 煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式，帶有機(jī)械加長(zhǎng)桿或雙伸縮立柱的支架。液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。（3） 眾所周知，三點(diǎn)決定一個(gè)平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對(duì)頂板的實(shí)際支撐力很低，因而二柱式掩護(hù)支架支撐能力利用率高于四柱式。在綜采工作面支架選型時(shí)，還應(yīng)注意下述四點(diǎn)原則：（1） 對(duì)于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護(hù)式支架。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，支承式支架最便宜，其次為掩護(hù)式。 液壓支架的選型 液壓支架結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)選根據(jù)以往液壓支架設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，考慮到不同架型　和機(jī)構(gòu)的支架――圍巖力學(xué)相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點(diǎn)，可以對(duì)掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。適用于破碎和中等穩(wěn)定直接頂（1～2 類），老頂壓力不明顯的頂板（Ⅰ～Ⅱ級(jí)）。支撐式支架有垛式和節(jié)式兩種。 液壓支架的架型根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與支護(hù)型式，液壓支架有三種基本架型（1） 支撐式支架支撐式支架立柱較多，均呈直立狀態(tài)，項(xiàng)梁較長(zhǎng)，立柱頂梁與底座構(gòu)成一多鉸點(diǎn)的矩形結(jié)構(gòu)。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。 31 可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn) e′和瞬時(shí)中心 O 之間的連線與水平夾角為⊙。而 Q 角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降?！?5176。，如下圖所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 e 應(yīng)小于或等于 70mm，最好為 30mm 以下。其作用概括起來(lái)主要有兩個(gè)，其一是當(dāng)支架由高到低變化時(shí)，借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點(diǎn)與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。 四連桿機(jī)構(gòu)前、后連桿分別與上連桿和底座鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜。 底座底座是將頂板承受的壓力通過(guò)立柱傳遞到底板并穩(wěn)定支架的主要結(jié)構(gòu)件。 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用 頂梁頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負(fù)荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，以滿足強(qiáng)度和剛度要求。 支架的組成液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。目前，分組程序控制已經(jīng)開(kāi)始使用，全工作面的自動(dòng)控制和處在研究階段。同時(shí)，為擴(kuò)大支架適應(yīng)的高度范圍，廣泛采用雙伸縮式支柱。1976 年國(guó)際采礦設(shè)備展覽會(huì)展出的 89 種液壓支架中，有 80%是掩護(hù)式支架，這些支架的主要特點(diǎn)是：采用四連桿機(jī)構(gòu)，使梁斷和煤壁之間的距離基本保持恒定；支柱支在頂梁上，提高了支架的工作阻力；頂梁和掩護(hù)梁鉸接，取消了兩者間易被鉛石阻塞的三角區(qū)；掩護(hù)梁和頂梁的主梁部分均裝設(shè)側(cè)護(hù)板，提高了支架的防護(hù)能力；采用整體自移式，便于支架操作和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 液壓支架的發(fā)展動(dòng)向近幾年來(lái)，為適應(yīng)采煤綜合機(jī)械化的發(fā)展需要，液壓支架獲得了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了很多類型，據(jù)統(tǒng)計(jì)，它的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)達(dá)到數(shù)百種。二柱掩護(hù)支架的大量使用也是與該架型移架速度快有關(guān)。然而平衡干斤頃及其連接耳座的損壞問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的解決?？梢?jiàn)提高移架速度和提高液壓支架初撐力之間存在著矛盾。要保證實(shí)施煤炭工業(yè)部關(guān)于初撐力的規(guī)定要求(達(dá)到設(shè)計(jì)韌撐力的 80％以上)，往往需要保證 l0 一 30s 的升柱和切撐供液時(shí)間。變流量變壓力乳化液泵等新產(chǎn)品的研制，將會(huì)大大改善支架供液系統(tǒng)的特性。此外，對(duì)于綜采放頂煤工作面，移架速度問(wèn)題不是十分突出。然而，事實(shí)上液壓支架和采場(chǎng)圍巖之間存在著密不可分的、相互作用的動(dòng)態(tài)關(guān)系。然而，大流量高壓力的乳化液泵、液壓閥件、大通徑高壓膠管等的研制有相當(dāng)大的難度。支護(hù)速度主要取決于移架速度(即完成液壓支架降、移、升等動(dòng)作的快慢)，它直接影響著工作面的產(chǎn)煤量。在我國(guó)的工業(yè)領(lǐng)域中，液壓支架等煤礦機(jī)械的設(shè)計(jì)水平和技術(shù)水平相對(duì)落后于其他行業(yè)， 主要表現(xiàn)在：設(shè)計(jì)中以靜態(tài)的、經(jīng)驗(yàn)的方法為主；各種工序中工作機(jī)構(gòu)動(dòng)作和各種工況轉(zhuǎn)換的控制還是以手動(dòng)為主；工作過(guò)程中在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的技術(shù)還比較落后，對(duì)許多綜采工作面而言還是空白。 存在問(wèn)題液壓支架經(jīng)歷了研制試驗(yàn)、引進(jìn)仿制和改進(jìn)創(chuàng)新階段，直到現(xiàn)在的獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造階段。底座后部自動(dòng)鋪底網(wǎng)支架(如 BC7A400—17／3PY3200—17／35 型)使用效果較好。80 年代以來(lái)，開(kāi)發(fā)了適用于堅(jiān)硬頂板的大噸位TZ—720 型支架，分層開(kāi)采自動(dòng)鋪聯(lián)網(wǎng)支架、放頂煤液壓支架及大流量安全閥相操縱閥等。90％以上的美國(guó)長(zhǎng)壁綜采工作面使用了電液控制兩拄掩護(hù)支架，其額定工作阻力最高可達(dá)9800kN，初撐比為 ~，移架循環(huán)時(shí)間大多小于 10s。實(shí)踐證明，液壓支架具有強(qiáng)度高、支護(hù)性能好、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能使采煤工作面達(dá)到高產(chǎn)量、高回采率和高工效，能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本和掘進(jìn)率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)支撐、降落移架和推移運(yùn)輸機(jī)等一整套工序。綜合機(jī)械化。又如占有 90％以上的交流拖動(dòng)提升應(yīng)采用 Pc 控制技術(shù)。錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高掘進(jìn)速度，改善巷道支護(hù)質(zhì)量，減少輔助作業(yè)時(shí)間，而且解決了綜采工作面的端頭支護(hù)問(wèn)題。掘進(jìn)速度跟不上綜采工作面的推進(jìn)速度是一個(gè)大問(wèn)題。特別是采煤機(jī)、工作面輸送機(jī)、液壓支架電液控制技術(shù)、采區(qū)供電技術(shù)、工況監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)等，與國(guó)際先進(jìn)水平相比不存在較大差距。一方面造成對(duì)國(guó)有煤礦的市場(chǎng)沖擊，成為影響綜采發(fā)展的一個(gè)消極因素。（2）職工隊(duì)伍素質(zhì)差，許多綜采隊(duì)以農(nóng)民輪換工為主，文化基礎(chǔ)差，隊(duì)伍不穩(wěn)定。四、我國(guó)綜采技術(shù)發(fā)展中存在的問(wèn)題（1）我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，老礦井受生產(chǎn)系統(tǒng)制約，綜采效率難以發(fā)揮。（5）液壓支架控制系統(tǒng)有了重大進(jìn)步。（3）技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)取得重要進(jìn)展。長(zhǎng)家口煤機(jī)廠、西北煤機(jī)一廠等重點(diǎn)輸送機(jī)廠分別與國(guó)際長(zhǎng)壁公司和威斯特伐利亞公司等合作，開(kāi)發(fā)槽寬 1000mm，運(yùn)輸能力 2022～2500t/h，功率 2575kW，過(guò)煤量 500 萬(wàn) t 以上的刮板輸送機(jī)等設(shè)備，目前正處于試制階段。我國(guó)放頂煤技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。綜采放頂煤技術(shù) 50 年代末起源于歐州，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的試驗(yàn)和使用在世界近 10 個(gè)國(guó)家得到發(fā)展，然而進(jìn)入 80 年代以來(lái)，這一技術(shù)在國(guó)外已奄奄一息，不但美、英、德、澳等國(guó)家不再采用，連放頂煤技術(shù)發(fā)展最早的法國(guó)、匈牙利、南斯拉夫和俄羅斯等也極少采用。工作面平均個(gè)數(shù)由 149 個(gè)減到 107，減少原煤生產(chǎn)人員 7 萬(wàn)人，實(shí)現(xiàn)了一井一面或一井兩面的生產(chǎn)模式，向集約化生產(chǎn)邁出可喜的一步。到目前已形成了較完整的設(shè)計(jì)、制造和科研體系。 液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，近 10 年來(lái)主要的發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(1．75m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來(lái)越多地采用高強(qiáng)度鋼材，例如屈服極限 69MPa 以上的鋼板，支架的壽命和可靠性要求大大提高，有些公司要求