【正文】 轉(zhuǎn)載機(jī)、乳化液泵站和油管等主要設(shè)備組成。 泵站泵站一般有乳化液泵、乳化液箱和一套壓力控制與保護(hù)裝置組成，裝在可沿軌道或底板移動(dòng)的平板列車上，泵站是液壓支架的動(dòng)力源，一般按設(shè)在中間運(yùn)輸巷內(nèi)，支架的液壓傳動(dòng)以乳化液作為傳遞能量的介質(zhì)，泵站的工作壓力除了應(yīng)滿足支架初撐力要求的壓力和千斤頂?shù)淖畲髩毫ν?，還應(yīng)加上管路損失。但體積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，閥的操作機(jī)構(gòu)一般采用杠桿式凸輪閉輪鎖的控制裝置，也可用電控或電液控，因此往復(fù)式操作有利于實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)化。往復(fù)式：往復(fù)式操縱閥的閥芯元件是沿軸向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，開閉進(jìn)出口油路實(shí)現(xiàn)換向作用。操縱閥的機(jī)能通過和位數(shù)必須滿足支架的動(dòng)作要求，操縱閥的機(jī)能一般在停止位置時(shí)，各個(gè)通路應(yīng)全部回液，相當(dāng)于“Y”型機(jī)能，故操縱閥上油液高壓進(jìn)液口和一個(gè)低壓回路上。液壓支架采用安全閥均為直動(dòng)式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作靈敏度高，過載時(shí)，它能及時(shí)起到溢流作用，利用液壓和彈簧力的相互作用，以實(shí)現(xiàn)閥的開啟溢流和復(fù)位定壓作用。支架經(jīng)常的工作狀態(tài)取決于頂板壓力逐漸增強(qiáng)和頂板巖石的極其緩慢下沉情況。 安全閥安全閥也稱為定壓閥，它與液控單向閥組合在一起，是液壓支架不可缺少的一種控制閥。 液控單向閥液控單向閥是支架液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件之一，通常稱為“液壓鎖”。立柱的供液方式有外供液和內(nèi)供液兩種，一般雙伸縮立柱采用內(nèi)供液方式，單伸縮立柱大多用外供液方式，此方法簡(jiǎn)單，加工、維修都很方便。立柱結(jié)構(gòu)：液壓支架實(shí)際上是推力油缸作為支撐裝置，具有以下特點(diǎn)：立柱一般由活塞、活塞桿、缸體三部分組成，由于支架工作時(shí)，立柱承受的載荷較大，降柱力較小，故活塞桿直徑較大，常采用空心結(jié)構(gòu)，以保證有足夠的剛度，活塞一般采用Y型密封圈，銅環(huán)導(dǎo)向，缸體底部焊接，缸體與缸蓋之間用鋼絲、螺紋或卡環(huán)連接。單作用立柱是屬于液壓升柱、自由降柱的工作方式，應(yīng)用較少，目前廣泛采用的是雙作用活塞立柱，依靠液壓力來實(shí)現(xiàn)升柱和降柱。 液壓支架的主要液壓元件和泵站 立柱立柱是支架實(shí)現(xiàn)支撐和承載的主要部件，它直接影響到支架的工作性能，同時(shí)還處于高壓受力狀態(tài)，因此，立柱除了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和抗彎強(qiáng)度，密封良好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并能適應(yīng)支架的工作要求。掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的底座多采用整體剛性平底座，各種形式的底座前端都制成滑橇形，避免移架時(shí)啃底，底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的進(jìn)一步發(fā)展方向之一是尋求減輕支架的重量的方法，其中一個(gè)辦法就是把剛性連桿用液壓油缸代替，它的最大承受載荷可由安全閥調(diào)定，這樣適當(dāng)控制支架承受的水平載荷，從而減輕支架的重量,但這樣做的結(jié)果使得支架的穩(wěn)定性降低，因此在限制液壓連桿的受力時(shí)應(yīng)滿足支架穩(wěn)定性的需要。雙扭線式支架的連桿應(yīng)能承受從掩護(hù)梁傳遞來的冒落石的載荷和頂板水平運(yùn)動(dòng)引起的載荷，從而對(duì)它們有足夠的要求，一般后連桿為整體鑄鋼件，前連桿為左右分支的鑄鋼件,這樣可使支架的有效利用空間大些。同時(shí)，側(cè)護(hù)板必須同時(shí)具有導(dǎo)向、防倒和調(diào)架等功能，否則將因支架不平行、傾倒或間距加大而出現(xiàn)架間空隙，影響防釬效。還有一種是兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板，這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于放倒和調(diào)架。 活動(dòng)側(cè)護(hù)板目前用的掩護(hù)式支架都有比較完善的側(cè)護(hù)裝置，不僅掩護(hù)梁兩側(cè)有側(cè)護(hù)板，而且主梁或整體頂梁從前排立柱到頂梁后端的兩側(cè)均有側(cè)護(hù)板。掩護(hù)梁一般做成整體，也有做成左右對(duì)分的對(duì)分式結(jié)構(gòu)，尺寸小，易于加工、運(yùn)輸和安裝,但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差。掩護(hù)梁的側(cè)面形狀有折線型和直線型兩種，通常插腿式掩護(hù)式支架掩護(hù)梁采用折線型，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，可以增大通風(fēng)斷面，但工藝性差。 掩護(hù)梁掩護(hù)梁是支撐掩護(hù)式和掩護(hù)式支架的特征之一，它直接承受冒落矸石的載荷和頂板通過頂梁傳遞的水平載荷引起的彎距，一般都采用有鋼板焊接而成的箱體結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座。為了滿足各種支架強(qiáng)度和剛度的要求，頂梁可分為整體頂梁和分段組合式頂梁兩大類。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，孔用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。 液壓支架各部件結(jié)構(gòu)及用途 頂梁頂梁都為箱型結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。 圖2—4 液壓支架工作原理1 — 輸送機(jī)；2 — 推移千斤頂；3 — 立柱；4 — 安全閥；5 — 液控單向閥；6 — 操縱閥 支架和輸送機(jī)前移支架和輸送機(jī)的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成的。 升柱和降柱當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液及進(jìn)入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，使于活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。 液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來完成的。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動(dòng)作及保證所需的工作特性；輔助裝置 如推移裝置、護(hù)幫（或挑梁）裝置、伸縮梁（或插板）裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷；液壓油缸 包括立柱和各類千斤頂。 液壓支架的組成液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與圍巖的作用關(guān)系一般分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式。6) 自動(dòng)化電子液壓控制系統(tǒng)可使液壓支架實(shí)現(xiàn)程序、成組或者自動(dòng)化集中控制，從而改善支護(hù)效果，適應(yīng)工作面高產(chǎn)、高效和安全的要求。此外，液壓支架還要與特殊采煤工藝，如放頂煤、風(fēng)力(水砂)充填、水平分層及急傾斜煤層開采等采煤工藝加以成套考慮。5) 成套化與系列化液壓支架只有與采煤機(jī)、輸送機(jī)等設(shè)備共同配套使用，才能最大限度地發(fā)揮作用。為使液壓支架更加合理，實(shí)用，面向用戶，結(jié)構(gòu)也趨于多樣化。3) 強(qiáng)力化為適應(yīng)工作面高產(chǎn)、高效，增加液壓支架的可靠性，減少維修，滿足地質(zhì)條件較好的大、中型礦井集中化生產(chǎn)等要求，在美國、澳大利亞等國，這種液壓支架強(qiáng)力化的趨勢(shì)比較明顯。2) 輕型化進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕支架重量，這樣不僅降低成本，而且利于運(yùn)輸搬家，適應(yīng)中小礦井和地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜的煤層。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7640kN。如洛斯公司20英里礦在2505280m長(zhǎng)壁綜采面用工作阻力為28565kN電液控制兩柱掩護(hù)式支架，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。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8一10年，可用率高達(dá)95%一98%。隨著長(zhǎng)壁工作面長(zhǎng)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40一50MPa，額定流量400~800L/min，實(shí)現(xiàn)工作面支架的單架程控或分組程控操作，其移架速度可達(dá)到6一8s/架。為減少割煤時(shí)間。 國外液壓支架現(xiàn)狀80年代以來，世界主要采煤國家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、降低成本、實(shí)現(xiàn)礦井集中生產(chǎn)做努力，人們積極開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)，致力于高性能、高可靠性的新一代液壓支架的研制。制定有關(guān)支架檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)n項(xiàng)，建立了各項(xiàng)支架檢測(cè)手段，造就了一支研究制造和使用液壓支架的龐大隊(duì)伍；形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。我國制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計(jì)、選型和使用提供了有力的指導(dǎo)依據(jù)。1990年后，國產(chǎn)液壓支架得到了全面的發(fā)展，到1998年止，全國己建成88處高產(chǎn)高效礦井，%，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 國內(nèi)液壓支架現(xiàn)狀我國在1964年由太原分院和鄭州煤機(jī)廠設(shè)計(jì)70型邁步式自移支架，從此開始了液壓支架的國產(chǎn)化道路。不僅從根本上改善了勞動(dòng)和安全條件，也為工作面產(chǎn)量和效率的迅速提高奠定了基礎(chǔ)，使煤礦生產(chǎn)面貌徹底改觀。工作面支護(hù)問題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問題。綜合機(jī)械化采煤技術(shù)在我國的研究試驗(yàn)、使用、發(fā)展，徹底改變了我國煤炭工業(yè)的面貌，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)效益，滿足了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)煤炭的需求，合理的集中生產(chǎn)簡(jiǎn)化了生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)安全性。因此，為了降低成本，提高采煤的經(jīng)濟(jì)效益，世界各產(chǎn)煤大國都一直在積極地開展液壓支架的研究。我國綜采技術(shù)日趨成熟，不但生產(chǎn)水平，而且工藝水平已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。采煤綜合機(jī)械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。目前，在國內(nèi)大、中型礦井中，條件合適的煤層均采用液壓支架進(jìn)行綜合機(jī)械化開采。我國是煤炭生產(chǎn)大國，在20世紀(jì)60年代也曾研制了幾種液壓支架，但未得到推廣和應(yīng)用。20世紀(jì)50年代前，在國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)中，基本上采用木支柱、木頂梁或金屬摩擦支柱鉸接頂梁來支護(hù)頂板。中國礦業(yè)大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 124 頁掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)1 前言我國液壓支架技術(shù)起步于20世紀(jì)60年代末70年代初,當(dāng)時(shí)煤炭科學(xué)研究總院北京開采所、太原、唐山和上海研究所等單位都先后開始對(duì)液壓支架展開研究。30多年來，先后開發(fā)研制了垛式、節(jié)式和掩護(hù)式等系列液壓支架,并且針對(duì)不同地質(zhì)條件和煤層厚度開發(fā)了大采高液壓支架、薄煤層液壓支架、大傾角液壓支架和鋪網(wǎng)式等液壓支架。1954年英國首次研制出液壓支架，目前，以液壓支架為主體的地下綜采設(shè)備，已逐步向程控、遙控和自動(dòng)化方向發(fā)展。20世紀(jì)70年代，我國從英、德、波蘭和前蘇聯(lián)等國家引進(jìn)數(shù)十套液壓支架，經(jīng)過使用、仿制和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，到20世紀(jì)80年代以后，我國液壓支架的研制和應(yīng)用獲得了迅速的發(fā)展，相繼研制和生產(chǎn)了TD系列、ZY系列和ZZ系列等20多種不同規(guī)格的液壓支架。1980年起，人們?nèi)〉昧藢?duì)自移式液壓支架的研制成功并逐步改進(jìn)完善，進(jìn)而普遍推廣應(yīng)用，使回采工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運(yùn)煤和支護(hù)控頂?shù)裙ば蛉繉?shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化，煤礦取得了較大綜合效益。綜合機(jī)械化采煤不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕繁重的體力勞動(dòng)，改善工人的作業(yè)環(huán)境，保護(hù)工人的生命安全，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。液壓支架作為綜合機(jī)械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備之一，其重量約為綜采設(shè)備總重量的80%90%，其費(fèi)用約占綜采設(shè)備總費(fèi)用的60%70%。2 緒論 國內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀綜合機(jī)械化采煤是煤炭工業(yè)的一次技術(shù)革命，從根本上改變了煤炭工業(yè)的面貌，綜合機(jī)械化采煤是20世紀(jì)人類科技發(fā)展的重要成果。我國綜采技術(shù)發(fā)展的30多年，使我國的煤炭生產(chǎn)技術(shù)水平跨進(jìn)了世界先進(jìn)行列，綜放技術(shù)躍居世界領(lǐng)先地位。因此以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化采煤(以下簡(jiǎn)稱綜采)的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展史上的一次重大革命。但是綜采設(shè)備初期投資高，特別是液壓支架占綜采設(shè)備總投資約60%，因此液壓支架的合理選用尤顯重要。1984年，北京開采所、沈陽所、鄭州煤機(jī)廠在沈陽蒲河礦進(jìn)行我國第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗(yàn)，繼而研制了多種低位、中位和高位放頂煤支架，成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水平分層工作面使用。30多年來在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤科總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計(jì)所為主的支架研究設(shè)計(jì)隊(duì)伍，采用計(jì)算機(jī)CAD進(jìn)行各種類型支架的設(shè)計(jì)，用有限元計(jì)算軟件等進(jìn)行計(jì)算，并普及計(jì)算機(jī)繪圖。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機(jī)械工業(yè)部及船舶制造總公司等工業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國家煤礦支護(hù)設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)中心為骨干的檢測(cè)隊(duì)伍。不僅能滿足國內(nèi)的需要，還向美國、俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架或成套綜采設(shè)備。新型液壓支架普遍具有微型電機(jī)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)的液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機(jī)裝有紅外線傳感裝置，立柱缸徑超過400mm。支架還采用屈服強(qiáng)度800~I000MPa的鋼板，既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能。美國是世界上最先進(jìn)的采煤國家，早在1990年就己采用額定壓力50MPa、額定流量478L/min的乳化液泵站，以實(shí)現(xiàn)支架快速推進(jìn)，移架速度達(dá)6~8s/架。支架平均工作阻力6470kN(最大為9800kN)，支架寬度普遍增大，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(shí)間、增加有效工作時(shí)間和提高單產(chǎn)。美國綜采工作面最高日產(chǎn)超7萬噸，工效1336噸/工。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護(hù)式支架，班產(chǎn)一直保持在5000一6000噸。 液壓支架的發(fā)展方向當(dāng)前，世界液壓支架發(fā)展方向：1) 掩護(hù)支架化由于掩護(hù)與支撐掩護(hù)式支架的優(yōu)良性能，今后仍將是工作面液壓支架的主要架型。中國、俄羅斯和歐洲一些國家的液壓支架有這種發(fā)展趨勢(shì)。4) 多樣化由于煤礦地質(zhì)條件、采煤方法以及生產(chǎn)，管理等各不相同，對(duì)液壓支架提出了各種不同的要求。液壓支架的使用范圍，如適應(yīng)的采高、傾角，頂?shù)装鍡l件及采煤方法等更為廣泛。由于液壓支架使用范圍逐漸擴(kuò)大，要求與采煤機(jī)、輸送機(jī)等設(shè)備進(jìn)行成套化設(shè)計(jì)與制造。支架的液壓元部件逐漸系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，這樣便于多樣化的總體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)支架的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD一CAM)。有的還與采煤機(jī)，輸送機(jī)等一起實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為四個(gè)部分：承載結(jié)構(gòu)件 如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是實(shí)現(xiàn)支架的各種動(dòng)作，產(chǎn)生液壓動(dòng)力；控制元部件 包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。如圖2—4所示。當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。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?，另一腔回液，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型頂梁，頂梁前端呈滑橇式或圓弧型，以減少移架阻力。掩護(hù)式液壓支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。用途：l 用