【正文】 則處于無(wú)立柱狀態(tài)，僅靠支護(hù)力較小的前梁來(lái)維護(hù)。頂板作用在頂梁上的合力為Q3，載荷分布如圖26所示掩護(hù)梁受力：由于頂板破碎，在頂梁后部自由冒落巖石的一部分作用在掩護(hù)梁上，對(duì)掩護(hù)梁的作用力可分解垂直分立和水平分力，如圖掩護(hù)式液壓支架雖然立柱少，支撐力小，但由于頂梁短，單位面積支撐力大，載荷分布和支架支撐力的作用部位基本一致。圖25掩護(hù)式液壓支架支撐力分布圖圖26 掩護(hù)式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況2）掩護(hù)式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況。周期來(lái)壓時(shí)，由于頂梁后部頂板不能充分切斷，基本頂壓力將由整個(gè)支架和采空區(qū)垮落巖石承擔(dān)或者有可能在切頂時(shí)，基本頂直接壓在掩護(hù)梁上，這就使掩護(hù)梁上載荷劇增，迫使頂梁支撐力減小，使支架難以承受頂板的壓力和控制頂板的冒落。圖27 掩護(hù)式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況3．支撐掩護(hù)式液壓支架支撐力分布與承載的關(guān)系及適用范圍圖28 支撐掩護(hù)式液壓支架支撐力分布支撐掩護(hù)式液壓支架是為了改善支撐式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架的性能和對(duì)頂板的適應(yīng)性而設(shè)計(jì)的，主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機(jī)構(gòu)和掩護(hù)梁，增強(qiáng)了支架的支撐力和承載能力。1．液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板。2．，頂板有側(cè)向推力和水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不宜選用支撐式支架。4．應(yīng)使支架對(duì)地板的接觸比壓不超過(guò)地板允許的抗壓強(qiáng)度。176。時(shí)，液壓支架可以不設(shè)防倒防滑裝置?！?5176。傾角在18176。6．對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》要求，并優(yōu)先選擇通風(fēng)面積大的支撐式或支撐掩護(hù)液壓支架。8．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。基本（老）頂級(jí)別:三級(jí)直接頂級(jí)別:三級(jí)采高:～ 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(guó)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)。二．中等穩(wěn)定頂板：這類頂板強(qiáng)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(hù)設(shè)備前移后隨即冒落。三．穩(wěn)定頂板即完整頂板：不易發(fā)生局部冒落。四．堅(jiān)硬頂板：極難冒落的砂巖、堅(jiān)硬砂質(zhì)頁(yè)巖等屬于這一類頂板。老頂周期來(lái)壓越不明顯，作用于支架上的載荷就越小，而且穩(wěn)定。表22 老頂級(jí)別 類 別指 標(biāo)ⅠⅡⅢⅣ不穩(wěn)定頂板中等穩(wěn)定頂板穩(wěn)定頂板堅(jiān)硬頂板主要指標(biāo)強(qiáng)度指數(shù)D1l=3 l≤8l=～7 l=9～18l=～12l=19～25l＞12l＞25無(wú)直接頂，巖層厚度在2～5m以上σ＞60～80參照指標(biāo)直接頂初次垮落步距l(xiāng)/m表中按右式計(jì)算： D1=σc1c2σ=巖石單向抗拉強(qiáng)度（Mpa）c1= 節(jié)理裂隙影響系數(shù)；c2=分層厚度影響系數(shù)。)采高1m采高2m采高3m采高4m294343（245）441（343）539（441）295343（245）441（343）539（441）295343441539＞2295＞2343＞2441＞2539應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)注: (1)表中括號(hào)內(nèi)數(shù)字系掩護(hù)式支架頂梁上的支護(hù)強(qiáng)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(hù)式液壓支架。圖31 支撐掩護(hù)式液壓支架1護(hù)幫；2防片幫千斤頂；3前梁；4頂梁；5掩護(hù)梁；6四連桿機(jī)構(gòu)；7底座；8推移千斤頂；9立柱；10機(jī)械加長(zhǎng)桿108169754321．支撐式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)21支撐式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)形式如圖32所示。頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好，但對(duì)頂板適應(yīng)性差。其中，b為全鉸式，它能適應(yīng)支架頂梁上方前后頂板的變化，但當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時(shí)，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。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(lái)支撐靠近煤壁處的頂板，同時(shí)還可以使前梁上下擺角適應(yīng)頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。如圖f所示為不帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂式頂梁伸縮，由于前梁可以及時(shí)伸出支護(hù)暴露的頂板，從而允許固定頂梁減小長(zhǎng)度，也可以用前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動(dòng)。因?yàn)樗茉陧敯灏纪棺兓瘯r(shí)自取平衡，所以叫平衡式頂梁，頂梁鉸接點(diǎn)前、后側(cè)面的比例接近于2：1（按載荷分布近似三角形設(shè)計(jì)）。為此，在頂梁后部加設(shè)擋矸板。如圖b所示為潛入式頂梁，頂梁后端為扇形結(jié)構(gòu)，掩護(hù)梁可潛入扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)，消除三角區(qū)。平衡千斤頂調(diào)節(jié)頂梁的接觸面積。如圖e所示為帶伸縮前梁的鉸接式頂梁，可及時(shí)支護(hù)頂板，減少頂板的暴露時(shí)間鉸接式頂梁加伸縮和擺動(dòng)前梁，為如圖d、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。4．頂梁的斷面形狀各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，移減少移架阻力。在頂梁下面含有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，孔用鋼絲繩或銷軸不立柱和頂梁連接起來(lái)。按頂梁的斷面形狀，還可以把頂梁分成如下結(jié)構(gòu)式：1）閉式頂梁頂梁上下蓋板與筋板焊接成封閉型，如圖(34)所示：圖34 頂梁筋板焊接圖2）開式頂梁開式頂梁結(jié)構(gòu)如圖所示其特點(diǎn)為減輕頂梁重量，曾強(qiáng)頂梁抗彎強(qiáng)度。掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座（有的支架在掩護(hù)梁上焊有立柱柱窩）。從側(cè)面看掩護(hù)梁，有直線型，折線型兩種。其中，如圖a所示為折線型，圖b為直線型。從掩護(hù)梁的寬度方向分，可分為整體式和相分式兩種。1．側(cè)護(hù)板的種類頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種：一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動(dòng)的側(cè)護(hù)板。一般燕傾斜方向的上方為固定側(cè)護(hù)板，下方為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。但當(dāng)改換工作面開采方向時(shí)，活動(dòng)側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，給調(diào)架、防倒等帶來(lái)不便，所以很少采用。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。通常有兩種類型。這種類型側(cè)護(hù)板又有三種形式，如圖37a所示，頂梁上無(wú)頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落的矸石卡住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；如圖37b、c所示，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點(diǎn)，但支架承受偏載時(shí)，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。他克服了以上兩種側(cè)護(hù)板的缺點(diǎn)，但由于架間側(cè)護(hù)板造成的三角帶容易填入矸石，影響架間密封效果。1）整體式。如圖38a所示的底座用于支撐式液壓支架，箱體高度大便于安裝復(fù)位裝置。2）對(duì)分式。如圖38c、d所示為前、后兩個(gè)底座的對(duì)分式，兩者通過(guò)銷軸與彈簧鋼板鉸接而成。3）底靴式。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，對(duì)地板的不平整適應(yīng)性強(qiáng)，但剛性差，與地板接觸面積小，穩(wěn)定相差，一般用于節(jié)式支架上。同時(shí)底座后部的重力大于前部，避免移架時(shí)啃底。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，增加底座后部的比壓，同時(shí)有利于排矸。1．立柱的結(jié)構(gòu)立柱按動(dòng)作方式分為單作用和雙作用立柱；按結(jié)構(gòu)分為活塞式和柱塞式立柱；按伸縮方式分為單伸縮和雙伸縮式立柱，如圖39所示。單伸縮雙作用活塞式立柱，靠液壓力伸柱和降柱。2）雙伸縮立柱的動(dòng)作原理雙伸縮立柱動(dòng)作原理如圖310所示當(dāng)高壓液進(jìn)入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，如圖310a所示。降柱時(shí)如圖310c、d所示。立柱上部進(jìn)液孔經(jīng)中缸小孔進(jìn)入上柱上腔，下腔液體經(jīng)底閥從立柱下部孔回液，上柱下降，如圖310d所示圖310 雙伸縮立柱動(dòng)作原理3．機(jī)械加長(zhǎng)桿的結(jié)構(gòu)原理由于雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，為了降低成本，在單伸縮立柱上安裝機(jī)械加長(zhǎng)桿，滿足支撐高度的變化要求。把支架降至原來(lái)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。第二個(gè)原因，當(dāng)立柱為傾斜布置時(shí)，在支架升降過(guò)程中，立柱一方面要伸縮，一方面要傾斜，立柱與頂梁和立柱與底座之間依靠立柱上、下端半球形發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而增大了支架的調(diào)高范圍。移架和推溜的動(dòng)作就是通過(guò)推移千斤頂及其附屬裝置來(lái)完成的，但隨著礦山地質(zhì)條件、液壓支架結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程不同，推移方式和推移千斤頂?shù)牟贾靡膊灰粯印?．護(hù)幫裝置：液壓支架的護(hù)幫裝置時(shí)為了開采厚煤層或煤質(zhì)松軟的一些中厚煤層時(shí)防止煤壁片幫而設(shè)計(jì)的。正常情況下，護(hù)幫板伸出緊貼煤壁，防止片幫，或在片幫時(shí)起緩沖作用，防止硬傷工作人員。3．擋矸裝置：矸石涌入支架內(nèi)會(huì)造成行人不便，移架困難，有時(shí)甚至?xí)褡〔倏v閥把手，損壞高壓軟管，嚴(yán)重影響支架的正常工作，架內(nèi)矸石的清理也需要繁重的體力勞動(dòng)。4．防滑防倒裝置：液壓支架在移架過(guò)程中，由于支架自重在傾斜方向的分力會(huì)使支架沿傾斜下滑，所以煤層傾角越大，下滑力也越大。當(dāng)煤層傾角增大至使支架失去橫向穩(wěn)定性時(shí)，支架會(huì)向下傾倒，因此，為了保證支架的正常工作，必須采用相應(yīng)的防滑、第4章液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)支架的高度確定應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來(lái)確定，其最大與最小最小高度為Hm≥hm＋S1（41）Hn≤－α－σα（42）式中Hm——支架最大高度；Hn——支架最小高度；hm——煤層最大厚度（最大采高）；hm=hn——煤層最小厚度（最小采高）；hn=S1——考慮偽頂、煤皮冒落以后仍有可靠初撐力的支撐高度，一般取200～300mm；S2——頂板最大下沉量，一般取100～200mm；σα——移架時(shí)支架的最小可伸縮量，一般取50mm；α——浮矸、浮煤厚度，一般取50mm。立柱結(jié)構(gòu)可以采用單伸縮液壓缸加加長(zhǎng)桿。支架間距bc要根據(jù)支架型式來(lái)確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)中部槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)中部槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來(lái)確定。底座是將頂板壓力傳遞到頂板和穩(wěn)固支架的部件。通常，（），；支撐掩護(hù)式液壓支架的底座長(zhǎng)度取移架步距的4倍。其作用概括起來(lái)有兩個(gè)，其一是當(dāng)支架又高到低變化時(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，從而使支架頂梁的取端點(diǎn)與煤壁間的距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使頂板承受較大的水平力。如圖41所示：2．支架在最高和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角為P和后連桿與低平面的夾角為Q，如圖41所示，應(yīng)滿足如下要求:支架在最高位置時(shí)，P≤52176。Q≤75176。支架在最低位置時(shí)有利于矸石的下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求tanP〉w,如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)W=，則P=176。而Q一般取Q≥25176。3．從圖41可知，掩護(hù)梁與頂梁的餃點(diǎn)e’和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線夾角為θ其范圍要為tgθ圖41四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征4．應(yīng)取頂端梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖41的h段。同時(shí)底板阻止底座向后移，使整個(gè)支架產(chǎn)生向順時(shí)針轉(zhuǎn)到的趨勢(shì)，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端底板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底。以上可知當(dāng)知道掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就可以了，如圖42所示：1．確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，掩護(hù)式液壓支架盡量取大些，支撐掩護(hù)式液壓支架盡量取小些。2．掩護(hù)梁和后連桿距離的確定。圖43 掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定設(shè)：G——掩護(hù)梁的長(zhǎng)度；A——后連桿的長(zhǎng)度；L2——e’點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)的距離；H1——支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；H2——支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度。掩護(hù)式液壓支架： AG =～支撐掩護(hù)式液壓支架： AG =～支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度為： H1=GsinP1+AsinQ1 (46)根據(jù)AG的比值和式46可以求得掩護(hù)梁的長(zhǎng)度G和后連桿長(zhǎng)度A，經(jīng)過(guò)取整后計(jì)算出PP2的角度，確定這幾個(gè)參數(shù)。 P2=30176。 Q2=35176。+176。+176。用幾何做圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸，具體作圖如圖44所示。2) 過(guò)O點(diǎn)作于底座地面平行的水平線HH線。4) 在此斜線上截取線段oa,oa長(zhǎng)度等于A（1350mm），a點(diǎn)即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。）的斜線，以a點(diǎn)為圓心，以G（1950mm）為半徑作圓弧交此斜線于一點(diǎn)e‘，此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。7) 以a為圓心，（480mm）長(zhǎng)度為半徑作?。ā谘谧o(hù)梁上交與一點(diǎn)b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 P2=26176。 Q2=29176。9) 在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)（距HH1520mm），頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)e’’’。11) 以O(shè)點(diǎn)為圓心，Oa（1350mm）為半徑作弧。13) 以e’’’為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)ae’為半徑作弧，交與最前面圓弧上一點(diǎn)a’’，此點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。則b、b’、b’’三點(diǎn)為液壓支架三個(gè)位置時(shí)，前連桿上的鉸點(diǎn)。16) 分別作bb’和b’b’’的垂直平分線，其交點(diǎn)c即為前連桿下鉸點(diǎn)，bc為前連桿長(zhǎng)度（作圖后測(cè)得長(zhǎng)度為1717mm）。第5章液壓支架頂梁設(shè)計(jì)支架的工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度影響很大，如圖51所示的工作方式：600圖51 支架工作方式比較從圖51可以看出先移架后推溜的方式（又稱及時(shí)防護(hù)措施）要求有較大長(zhǎng)度；先推溜后移架的方式（有稱滯后支護(hù)方式）要求頂梁長(zhǎng)度較短。所以前一個(gè)要比后一個(gè)步距多一個(gè)（一般為600毫米）。設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長(zhǎng)度有直接關(guān)系，為了防止采煤機(jī)想內(nèi)部?jī)A斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，同時(shí)考慮到采煤機(jī)截割時(shí)不一定把煤壁割成一個(gè)垂直面，所以我在設(shè)計(jì)時(shí)頂梁前端距