【正文】 擺動。 如圖 d 所示為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接，在鉸接前梁處安裝有前梁千斤頂，用來支撐靠近煤壁處的頂板，同時還可以使前梁上下擺角適應頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。其中， b為全鉸式，它能適應支架頂梁上方前后頂板的變化，但當頂板出現(xiàn)凹坑時，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好，但對頂板適應性差。 液壓支架的各部件結(jié)構 液壓支架的頂梁 1．支撐式液壓支架的頂梁結(jié)構 2 4 3 5 6 7 9 11 8 圖 31 支撐掩護式液壓支架 1護幫； 2防片幫千斤頂； 3前梁； 4頂梁； 5掩護梁； 6四連桿機構； 7底座； 8推移千斤頂； 9立柱； 10機械加長桿 24 支撐式液壓支架頂梁結(jié)構形式如圖 32 所示。) 采高 3m采高 4m 441（ 343） 539（ 441） 441（ 343） 539（ 441） 441 539 ＞ 2 441 ＞ 2 539 破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 注 : (1)表中括號內(nèi)數(shù)字系掩護式支架頂梁上的支護強度 (2)、 、 2 為增壓系數(shù) (3)表中采高為最大采高 2．液壓支架類型的確定 由給定的頂板條件參照表 25 可選取的液壓支架的選型為支撐掩護式液壓支架。 表 22 老頂級別 類 別 指 標 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 不穩(wěn)定頂板 中等穩(wěn)定頂板 穩(wěn)定頂板 堅硬頂板 主要指標 強度指數(shù) D1 l=3 l≤ 8 l=～ 7 l=9～ 18 l=～ 12 l=19～ 25 l＞ 12 l＞ 25 無直接頂，巖層厚度在 2～5m以上 σ ＞ 60～80 參照指標 直接頂初次垮落步距 l/m 表中按右式計算： 1 = σ 1 2 σ=巖石單向抗拉強度（ Mpa） 基本頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 基本頂來壓 不明顯 明 顯 強 烈 極強烈 指 標 N=3～ 5 ＜ N≤ 3～ 5 LP=25～ 50 0,3＜ N≤ 3～ 5 LP＞ 50 N≤ LP=25～ 50 N≤ LP＞ 50 21 1= 節(jié)理裂隙影響系數(shù)； 2=分層厚度影響系數(shù)。 老頂周期來壓越不明顯，作用于支架上的載荷就越小，而且穩(wěn)定。 LP 可根據(jù)現(xiàn)場實測或礦壓顯示特征確定。 四．堅硬頂板：極難冒落的砂巖、堅硬砂質(zhì)頁巖等屬于這一類頂板。 三．穩(wěn)定頂板即完整頂板：不易發(fā)生局部冒落。 二．中等穩(wěn)定頂板：這類頂板強度較高，但由大量節(jié)理裂隙，局部較完整，厚度不大，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般支護設備前移后隨即冒落。 液壓支架的選型過程 1．確定直接頂和基本頂類別 1)頂板分類 （ 1）直接頂分類 我國將緩傾斜煤層回采工作面的直接頂分為四類： 一．不穩(wěn)定頂板即破碎頂板，很容易冒落，冒落能基本充滿采空區(qū)。支撐式液壓支架最便宜，其次是掩護式液壓支架，最貴為支撐掩護式液壓支架。 7． 當煤層為軟煤時，支架最大高度一般應≤ ；中硬煤時，支架最大高度一般≤ ；硬煤，支架最大高度＜ 5m。以上時，應選用同時帶有防滑防倒裝置的液壓支架。（支撐式液壓支架取下限，掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架取上限）以上時，應選用帶有防滑裝置的液壓支架。傾角在 10176。 5．煤層傾角小于 10176。在地板較軟條件下，應選 19 用抬地板裝置的支架或插腿掩護式支架。 3．當煤層厚度達到 ～ ，需要選擇有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架，煤層厚度變化大時，應選擇調(diào)高范圍較 大、帶有機械加長桿或雙伸縮立柱的掩護式支架。一般情況下可根據(jù)頂板的級別直接選出架型。所以此種支架介于以上兩種支架之間，增強了適用范圍，適用于頂板較堅硬 、頂板壓力較大頂板破碎的各種煤層，其受力狀況如圖 28 所示 液壓支架的選型 液壓支架的選型原則 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設備適合礦井和工作面的條件，投產(chǎn)后能夠做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術和設備條件進行選擇。所以，此種支架不能在中等穩(wěn)定以上頂板下工作。掩護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 27 所示 直接頂冒落時，冒落巖石分別作用在頂梁上和掩護梁上。所以，此種支架能在破碎不穩(wěn)定頂板下工作。股支架的工作阻力在控 頂區(qū)范圍內(nèi)很不均勻，起預想的支撐力分布規(guī)律如圖 圖 24 支撐式液壓支架支撐力分布圖 16 2．掩護式液壓支架的特點和支撐力分布 掩護式液壓支架的特點是頂梁較短，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是液壓支架大，其支撐力的分布規(guī)律如圖 25 所示 掩護式液壓支架在不同頂板條件下的承載分析 1）掩護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，使支架重復支撐次數(shù)減少，所以頂板較完整。因此，支撐力也相應集中在控頂區(qū)的后半部分，以阻止上部巖層的移動，實現(xiàn)切頂。老頂常能在采空區(qū)維持很大懸露面積而不隨直接頂一起垮落，其垮落步距的長短對支護設備的載荷大小由決定性影響。 3．老頂：是指位于直接頂之上厚而堅實、節(jié)理裂隙和層理都不發(fā)育的整體巖層。一般隨回柱或移架而冒落。為頂對支護設備的使用一般沒影響。它通常使灰質(zhì)頁巖和泥質(zhì)頁巖，厚度一般不大于 ～ ，經(jīng)常隨采隨冒。不同結(jié)構形式的支撐掩護式液壓支架，其主要區(qū)別是立柱的布置方式不同。 支撐掩護式液壓支架適用范圍很廣，可用于各種頂板條件，尤其用于中等穩(wěn)定以上的頂板條件。它保留了支撐式支架支撐力大、切頂性能好、工作空間寬敞等優(yōu)點，采用雙排立柱支撐；同時又吸取掩護式支架擋矸掩護性能好，抗水平力腔結(jié)構穩(wěn)定等長處。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。 2．掩護式液壓支架：掩護式液壓支架有插腿式和非插腿式兩種形式。頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。如圖 21所示， 前梁較長，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復位裝置來保證。 目前使用的液壓支架分為三類，即：支撐式、掩護式和支撐掩護式液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。兩柱掩護式液壓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計將朝技術含量高、鋼板強度高、移架速度快（ 6～ 8 s/架）和電液控制閥的方向發(fā)展，對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 12 靠的推桿和抬底座機構，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。 我國液壓支架的設計制造水平經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，不斷提高，特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架反面積累了豐富的經(jīng)驗，架型也基本趨于成熟完善，在品種和質(zhì)量方面與國際相比還有較大的差距。 我國液壓支架與國外液壓支架存在的差距及今后的發(fā)展趨勢 我國的液壓支架經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，盡管取得了顯著的成績，在雙高礦井建設中 出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸甚至班產(chǎn)萬噸的記錄，但總體水平與世界先進采煤國家仍存在一定的差距。 5．操作自動化。 4．高壓化。 3．材質(zhì)強化。 2．標準化。 液壓支架結(jié)構設計的方向 1．輕型化。為適應煤層傾角小于等于 45176。為了加快綜采速度和無人采煤工作面的需要，設計一種能適應井上 11 操作且安全可靠的斷頭液壓支架。為適應頂板壓力特別大的需要，可將液壓支架的工作阻力設計的較大。為了適應水采工作面的支護需要，設計一種水采工作面。設計一種回采率高，夾矸少的放頂煤液壓支架。 。 液壓支架的發(fā)展趨勢 新型適用特種條件下的液壓支架 為了安全高效的開采復雜地質(zhì)條件的煤炭資源，必須設計能適應某種特殊地質(zhì)條件使用的液壓支架。 7．井向罐籠尺寸 根據(jù)井向罐籠尺寸考慮支架的運輸外形尺寸。 5．工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件決定是否用護幫裝置。 3．瓦斯等級 根據(jù)瓦斯等級，按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，驗算通風斷面。 10 設計液壓支架必須的基本參數(shù) 1．頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進行選型。 11．要易于拆卸，結(jié)構要簡單。 9．要求支架有足夠的剛度，能承受事實上不均 衡載荷和沖擊載荷。 7．調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 5．要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風面積，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 3．防矸性能要好。 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，以使有效地控制頂板，保證合理的下沉量。因此，液壓支架的設計工作是很重要的。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機械性質(zhì)等的不同，對不同液壓支架的需求也不同。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化設備，機械化采煤工作面。 支架的支撐力與時間曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖 12所示 支架立柱工作時，其支撐力隨時間的變化可分為三個階段：支架升柱時，高壓液進入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的液控單向閥關閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初承力階段 t0；支架初撐后，隨著頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架安全閥的調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力，此階段為增阻階段 t1；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，是立柱下腔壓力超過的安全閥調(diào)正壓力值時，安全閥打開溢流，立柱下縮，是頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段 t2。 支架和輸送機前移： 支架和輸送機的前移都是由底座上的推移千斤頂來完成。 升柱： 當需要液壓支架上升支護頂板時，高壓乳化液進入立柱的下活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，是與活塞桿相連的頂梁緊緊接觸頂板。液壓支架可與彎曲輸送機和采煤機組合機械化采煤設備，它的應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 缺少的主要設備。 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(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工作正常進行，必須對頂板進行支護，而液壓支架是以高壓液體作為動力由液壓元件與金屬構件組成的 至呼和控制頂板的設備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。通過此次設計，能夠更好的梳理所學的知識，基本掌握機械設計制造及其自動化專業(yè)在機械設計方面的工作方法，同時提高獨立為完成工作的能力，為以后的工作打下堅實的基礎。從架型的結(jié)構特點來看，由于直接類別和老頂級別的不同，所以為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力承載力的關系進行分析使支架能適應頂板載荷的要求。 目前使用的液壓支架分為三類。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。我國液壓支架經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，取得顯著的成果，至今已能成批制造兩柱掩護式和四柱支撐掩護式液壓支架，這些系列化液壓支架一 般用于緩傾斜中厚煤層及厚煤層分層開采。 關鍵詞：支撐掩護式液壓支架，四連桿設計，掩護梁 5 Abstract The prehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country, raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of prehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining. Hydraulic support major from some following basically partial positions: T