【正文】 主要作用1 用于支撐、維護(hù)和覆蓋頂板，為工作面創(chuàng)造安全的工作空。不但要具有一定的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，而且對頂板的覆蓋率要盡可能高。本次設(shè)計的超靜定液壓支架，是由立柱傾角產(chǎn)生的水平分力來抵抗水平力的，所以傾角的確定應(yīng)滿足水平分力的要求，按以往的經(jīng)驗值，暫將夾角定位 8176。支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于 10176。（支架在最低工作位置時），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。掩護(hù)式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。本次設(shè)計的超靜定液壓支架，采用 8 根立柱，增大了工作阻力，提高了穩(wěn)定性。由式(25)可得：本次設(shè)計支架的 =%，對于頂板情況良好的薄煤層已經(jīng)足夠了。 頂板覆蓋率 （25）=10%bFL??式中： ——頂梁總面積（米 ）bF2——支架控頂距（米）L——支架間距（米）對破碎頂板，覆蓋率 δ 值應(yīng)達(dá)到 85—95%，故掩護(hù)式支架裝有可活動側(cè)護(hù)板，以維護(hù)架間的間隙；中等穩(wěn)定的頂板覆蓋率 δ 值為 75—85%；穩(wěn)定頂板的覆蓋率 δ 值為60—70%。薄煤層工作面頂板一般較完整，可以不用設(shè)可活動的側(cè)護(hù)板，但因為間距大，不僅可能掉矸石，還可能產(chǎn)生擠架60/tAv??中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁現(xiàn)象，支架行走又會出現(xiàn)困難。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為 100mm～200mm。 4 刮板輸送機(jī)的選型：SGB630/220，運量 400t，中部槽 1500630190根據(jù)三機(jī)配套的尺寸關(guān)系可知：頂梁長度（包含前梁）=384+630+550+3200200=4564mm 頂梁寬度頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定。（5）輸送機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)與支架高度、架型等相適應(yīng)。（3）溜槽本身及榴槽之間聯(lián)接裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要適應(yīng)支架推拉力的要求。目前最長見的溜槽長度為 ，支架中心距也為 ，個別為 。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(jī)構(gòu)，采高較小，所以梁端距定為 200mm。所以，一般采高較大，底板起伏變化大，梁端距要求也大。它主要取決于采高、底板起伏情況、頂板條件及采煤機(jī)械的型式。由于推移機(jī)構(gòu)間隙等原因，推移千斤頂?shù)男谐桃话阋?100～200mm。對滾筒采煤機(jī)： 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(jī)工作牽引速度，m/min。（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(jī)身的采煤機(jī)。bBnc??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(jī)與液壓支架的配套原則：（1）采煤機(jī)的采高范圍應(yīng)與液壓支架的調(diào)高范圍相適應(yīng)。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(hù)方式。先移架后推溜方式（即時支護(hù)）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護(hù)）要求頂梁長度較小。 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。通常掩護(hù)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(hù)式支架的底座長度取 4 倍的移架步距，即 左右。 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。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 。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)。該支架的伸縮比 m=。一般范圍是 至 ，煤層較薄時選大值。通過公式 222 可得，可采煤n層的高度約為 。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。如果支架中有 1 一 3 根立柱損壞，可以在現(xiàn)場直接進(jìn)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(qiáng)度，縮短了維修設(shè)備的時間。9 懸浮式液壓立柱各密封點采用密封補(bǔ)償和密封脹緊技術(shù)，而且內(nèi)部無圓弧焊縫，無內(nèi)泄漏。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(qiáng)。7 支架前梁可以上擺 3176。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)模化生產(chǎn)，大大縮短了生產(chǎn)和檢測周期，加快了我國綜采機(jī)械化生產(chǎn)進(jìn)程。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。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。ZY兩柱掩護(hù)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。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(qiáng)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(jī)構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。但在控制元件和控制系統(tǒng)方面，與先進(jìn)國家的產(chǎn)品相比還有較大差距。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(qiáng)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。 （4）高壓化 各種閥類的壓力等級加高，相應(yīng)的強(qiáng)度增高，使閥和油缸的體積減小，使液壓支架的質(zhì)量減輕。 （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。的工作面，設(shè)計一種新型的大傾角工作面液壓支架。 （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。 （3）水采液壓支架為適應(yīng)水采工作面的支護(hù)，可設(shè)計一種水采工作面液壓支架。 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(jī)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。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(dá)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。英國也在大力發(fā)展兩柱掩護(hù)式支架，工作阻力有了很大提高，達(dá)到 6000~8000kN。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(hù)式支架，支架的平均工作阻力為 7640kN。如洛斯公司 20 英里礦在 2505280m 長壁綜采面用工作阻力為 28565kN 電液控制兩柱掩護(hù)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(hù)式支架，月產(chǎn)煤達(dá)到60. 11 萬噸。美國的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護(hù)式支架，使用壽命 8~10 年，可用率高達(dá) 95% ~98%。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(dá)到 6~8s/架。為減少割煤時間，一般采用 ~1m 的截深。總之，隨著時代的發(fā)展和進(jìn)步，液壓支架設(shè)計、制造和使用，將越來越完善、安全、可靠。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。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。 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。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(hù)板。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。為此，結(jié)構(gòu)件大多采用高強(qiáng)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。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(hù)式液壓支架，在柱前設(shè)置人行通道。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。為滿足大伸縮比的要求，特別是掩護(hù)式液壓支架，立柱傾角較大，在低位狀態(tài)工作時，支護(hù)效率較低。我國不少礦區(qū)薄煤層是主采煤層。12 液壓元件要可靠。10 在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。8 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。6 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 排矸性能要好。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。 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。 復(fù)合支護(hù)的特點是：支護(hù)滯后時間短，但增加的反復(fù)支撐的次數(shù)。適用于穩(wěn)定、完整的頂板。 2 滯后方式 一般循環(huán)方式為：割煤—推溜—移架。 即時支護(hù)的特點是：頂板暴露時間短，梁端距較小。3 個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī) ”的不同配套關(guān)系。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。7 按組合方式（1）單架式支架； （2）組合式支架。 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。 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。 （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。 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(hù)式 1）支掩掩護(hù)式支架分插底式和不插底式； 2）支頂掩護(hù)式分為支架平衡千斤頂設(shè)在頂梁與掩護(hù)梁之間和支架平衡千斤頂設(shè)在底座與掩護(hù)梁之間。隨著采煤機(jī)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。將輸送機(jī)推向煤壁，實現(xiàn)推溜。采煤機(jī)割煤后，支架尚未前移時（BB 截面），端面距最大（等于采煤機(jī)截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后升柱支護(hù)新裸露頂板時，端面距又達(dá)到最?。–C 截面）。AA 截面是采煤機(jī)割煤前支架的工作狀態(tài)。為了實現(xiàn)頂板及時支護(hù)，常采用先移架后推溜的方式。中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 支架的工作特性曲線t0—初撐階段；t 1—增阻階段；t 2—恒阻階段；p 1—初撐力；p 2—工作阻力 液壓支架的現(xiàn)場布置 液壓支架在工作面布置示意圖1－采煤機(jī) 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機(jī) 4－轉(zhuǎn)載機(jī) 5－刮板輸送機(jī) 6－主進(jìn)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。對于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。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。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。（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越高。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。（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。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。移架結(jié)束后，在把支架升起，使支架撐緊頂板。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(jìn)入推移千斤頂 4 的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。當(dāng)操縱閥 8 處于降柱位置時，工作液體進(jìn)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。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。實踐表明，液壓支架具有支護(hù)性能