【正文】 定以 上 頂板的受力情況。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。頂板作用在 頂 梁上的為合力 3Q ，裁荷分布如圖 所示。 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。同時(shí)，底板對(duì)底座后部的反作用力也小。 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 。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。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。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 。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 。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。 采高為最大采高。 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 ： 。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。 表 節(jié)理裂隙間距表 2c 可按所測(cè)得的分層厚度 xH 查表 得到。 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(chǎng)實(shí)測(cè)或礦壓顯現(xiàn)特征確定 ② 直接頂類別按表 ?；卷敿?jí)別按基本頂來壓強(qiáng)弱來劃分。 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。 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。 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。 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。 (4)假頂分層開采，應(yīng)選用掩 護(hù) 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。下面簡(jiǎn)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 。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。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。立柱壓力高，一般為 30～ 60MPa。千斤頂和立柱都是活塞式動(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。大多屬于單伸縮雙作用，活塞式液壓缸。但這類立柱造價(jià)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。把支架降至原來高度，拆下另兩根機(jī)械加長(zhǎng)桿的卡環(huán)，用同樣的方法使這兩根機(jī)械加長(zhǎng)桿達(dá)到與前兩根相同的高度為止。所以選用此種立柱。但機(jī)械行程只能在地面根據(jù)煤層的最大厚度調(diào)定。 （ 2） 單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)段立柱（圖 b）總行程為液壓行程 l1 與機(jī)械行程 l2 之和。 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。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 。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。缸蓋和缸體相連接，保證環(huán)形腔密封和承壓。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?；钪突钊麠U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。 缸體是立柱的承壓部件，一般用 27SiMn無縫鋼管制成。 立 柱的結(jié)構(gòu) 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)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(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。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)。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。所以選用底推式防滑裝置。 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⒖烧{(diào)整架間距離。 兜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。這種斜拉式防倒裝置多用于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架工作面的排頭支架。斜拉式是由斜拉式千斤頂和圓環(huán)鏈組成。在液壓支架上也要 安 設(shè)防倒防滑裝置。時(shí)，多在工作面下排頭支架上安設(shè)有效的防倒防滑裝置；而傾角大于 25176。支架的防倒防滑措施很多，除了采煤工藝措施（偽斜）、移架順序、及支架本身的穩(wěn)定性之外，需要附加一些防倒防滑裝置。 圖 側(cè)護(hù)板 防 倒 防 滑 裝 置 的結(jié)構(gòu) 當(dāng)工作面傾角大于 15176。在整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少底座后部與底板的接觸面積，增加底座后部比壓，同時(shí)有利于排矸。同時(shí)底座后部重量大于前部，避免移架時(shí)啃底。但剛性差，與底板接觸面積小，穩(wěn)定性差，一般用于節(jié)式支架上。底靴式底座的特點(diǎn)是每根立 柱 支承在一個(gè)底靴上，立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷軸連接， 如圖 。如圖 、右兩個(gè)底座箱的對(duì)分式，兩者用彈簧鋼板和銷軸等連接。為使底座在一定范圍內(nèi)適 應(yīng) 底扳起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對(duì)分式。如圖 ，占用空間小，一般用于掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式液壓支架。整體式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，與底扳接觸面積大，比壓 小。 圖 底座的結(jié)構(gòu)型式 底座的結(jié)構(gòu)型式如圖 ，通常有 3種類型。另 —華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 種是鉸接式側(cè) 護(hù) 板，如圖 。 一種是側(cè)護(hù)板在頂梁的外側(cè)。 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式如圖 。另一種是兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板通過彈簧 筒 和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動(dòng)側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。 圖 前、后連桿是單桿式的結(jié)構(gòu)型式 圖 前連桿是單桿、后連桿是整體式的結(jié)構(gòu)型式 側(cè)護(hù)板的 結(jié)構(gòu)型式 頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種。后連桿有直線型 和圓弧型，圓弧形有利華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 于矸石下滑。 如圖 、后連桿是整體式的結(jié)構(gòu)型式。 四連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 四連桿機(jī)構(gòu) 有 兩種結(jié)構(gòu)型式。鉸接式頂梁加 伸縮 和擺動(dòng)前梁，為如圖 、 e所示兩種型式的結(jié)合型，由前梁千斤 頂調(diào)節(jié)前梁角度，并在前梁內(nèi)加 伸 縮前探梁。如圖 ，由前梁千斤頂 7調(diào)節(jié)前梁角度，可提高前梁前端的支撐能力，改善前梁前端的支控效果。如圖 所示為鉸接式頂梁，頂梁 1 為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護(hù)梁 4鉸 接，取消了三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上。為此，在頂梁后部加設(shè)擋 矸 板。頂梁 鉸 接點(diǎn)前、后側(cè)面的比例近似為 2： l(按載荷分布近似為三角形設(shè)計(jì) )。頂梁 1較短，與其下部的掩護(hù) 梁 4鉸 接。 圖 1前梁 2后梁 3尾梁 4前梁千斤頂 5后梁伸縮千斤頂 2） 掩護(hù)式液壓支架的 頂 梁結(jié)構(gòu) 掩護(hù)式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)型式如圖 。在鉸接前梁 l 處安裝下擺角適應(yīng)頂板起伏為了 使冒落的頂板 矸石 滑向采空區(qū)，保護(hù)檔 矸簾 ，還可以增設(shè)尾梁 3，如圖 所示。半鉸式頂梁如圖 所 示，它克服了 全 鉸式的缺點(diǎn)，當(dāng)頂梁中部頂板出現(xiàn)凸起時(shí)，使前、后梁向 上 翹；當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時(shí)，由于餃接點(diǎn)下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。如圖 、 c 所示為鉸接式頂梁，由前梁和后梁鉸接而成， 分別由前、后排立柱支承。 頂梁 的 結(jié)構(gòu) 1） 支撐式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu) 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 支撐式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)型式如圖 。升架時(shí)前梁千斤頂先推出，前梁端 部先接觸頂板，在支架繼續(xù)升起直到頂梁撐緊頂板時(shí)，前梁被迫 下降，使前梁千斤頂收縮，在此過程中，大流量安全閥過載而大量溢流，從而使前梁千斤頂達(dá)到 最大 工作阻力。 3） 支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng) 支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu) 由 前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。 液壓系統(tǒng)采用本架控制，有 2種供液壓力，立柱、平衡千斤頂、前梁千斤頂?shù)幕钊挥酶邏?，其?的活塞腔用低壓。 2） 掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng) ?？刂崎y裝在立柱和前梁短柱的活塞控制液路上。各架的回 液 經(jīng)主回液管返回泵站。液壓系統(tǒng)由泵站、立柱、千斤頂、前梁短柱、操縱閥、控制閥和管路等組成。 (12)液壓元件要可靠。 (9)要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷 (10)在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。 (7)調(diào)高范圍要大，照明和通信方便。 (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。 (3)防矸性能要好。 (2)液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此．液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。了滿足對(duì)煤炭日益增長(zhǎng)的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面 (簡(jiǎn)稱綜采工作面 )。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 支架的工作特性曲線 t0 — 初撐階 段； t1 — 增阻階段； t2 — 橫阻階段； P1 — 初撐力； P2 — 工作阻力 當(dāng) 支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化過程可分為 3個(gè)階段：支架在升柱時(shí)，高壓液進(jìn)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(dāng)增加到泵站工作壓力時(shí)，泵站自動(dòng)卸載，支架的液控單向閥 關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階段為初撐階段 0t ；支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架的安全閥調(diào)正壓力；立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力．此階段為增阻階段 1t 隨著頂板壓力繼續(xù)增加，立柱下腔壓力超過支架的安全閥調(diào)正壓力，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?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)正壓力的限制下，壓力曲線隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段 2t 。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊唬硪磺换匾?，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。 (3)支架和輸送機(jī)前移。 (2)降柱。當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔。其工作原理如圖 所示。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠的實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。實(shí)踐表明，液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度大、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。 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，維持一定空間，保證工人安全和各項(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。 3)支撐掩護(hù)液壓式支架 支 撐掩護(hù)式液壓支架的頂梁很長(zhǎng) （ 與垛式支架的頂梁相似 )，掩護(hù)梁很短， 四 根立柱組成垛式結(jié)構(gòu)。所以稱為掩護(hù)式支架。從現(xiàn)在支架發(fā)展情況來看，基本被淘汰。它 與 垛式支架相比，結(jié)構(gòu)比較靈巧，質(zhì)量較輕。一架節(jié)式支架一般由兩個(gè)框 節(jié) 組成，也有的 由 三節(jié)或更多的框節(jié)組成，所以叫它為節(jié)式支架。所以垛式 支 架僅適用于頂板較堅(jiān)硬和穩(wěn)定的煤層。垛式支架 支 撐力大．切頂性能好，穩(wěn)定華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 性較好．工作 空 間比較大，容易滿足通風(fēng)的要求。垛式支架一般具有很長(zhǎng)的頂梁。 1)支 撐式液壓支架 支撐式液壓支架有垛式和節(jié)式兩種。支撐式液壓支架又有垛式和節(jié)式之分 。中間液壓支架是安裝在除工作面兩端以外的采煤工作面上所有位置的支架。 液壓支架在采煤工作面的位置來劃分，液壓支架分端頭液壓支架和中間液壓支架。另外，將普速采用額定壓力為 40MPa、額定流量為 400L/mim 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(dá)到初撐力，保證支架接頂位置準(zhǔn)確。所以，今后除應(yīng)繼續(xù)針對(duì)我國(guó)國(guó)情和煤層具體條件，開發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)在設(shè)計(jì)支架控制系統(tǒng)和提