【正文】 操作自動化。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(shè)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。我國液壓支架的設(shè)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。今后，我國的液壓支架的設(shè)計將朝技術(shù)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，盡量采用整體可靠的推桿和抬底座機構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。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。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。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。如圖21所示，圖21 支撐式液壓支架的類型 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(fù)位裝置來保證。頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。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。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。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(gòu)穩(wěn)定等長處。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。不同結(jié)構(gòu)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。它通常使灰質(zhì)頁巖和泥質(zhì)頁巖，～，經(jīng)常隨采隨冒。為頂對支護設(shè)備的使用一般沒影響。一般隨回柱或移架而冒落。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。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(shè)備的載荷大小由決定性影響。因此，支撐力也相應(yīng)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。股支架的工作阻力在控頂區(qū)范圍內(nèi)很不均勻，起預(yù)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(fù)支撐次數(shù)減少，所以頂板較完整。所以，此種支架能在破碎不穩(wěn)定頂板下工作。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，此種支架不能在中等穩(wěn)定以上頂板下工作。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，其根本目的是使綜采設(shè)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(shù)和設(shè)備條件進行選擇。一般情況下可根據(jù)頂板的級別直接選出架型。3．～，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(yīng)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。在地板較軟條件下，應(yīng)選用抬地板裝置的支架或插腿掩護式支架。5．煤層傾角小于10176。傾角在10176。（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(yīng)選用帶有防滑裝置的液壓支架。以上時，應(yīng)選用同時帶有防滑防倒裝置的液壓支架。7．當(dāng)煤層為軟煤時，支架最大高度一般應(yīng)≤；中硬煤時，支架最大高度一般≤；硬煤，支架最大高度＜5m。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。泥質(zhì)頁巖、再生頂板等屬于這一類。砂質(zhì)頁巖、粉砂巖等直接頂屬于這一類頂板。砂巖頂板、堅硬的砂質(zhì)頁巖頂板屬于這一類頂板。表21 基本頂級別基本頂級別ⅠⅡⅢⅣ基本頂來壓不明顯明 顯強 烈極強烈指 標(biāo)N=3～5＜N≤3～5LP=25～500,3＜N≤3～5LP＞50N≤LP=25～50N≤LP＞50注：。（2）老頂分級老頂根據(jù)周期來壓明顯與否分為四級：I級頂板，周期來壓不明顯；II級頂板，周期來壓明顯；III級頂板，周期來壓強烈；IV級頂板，周期來壓極強烈。反之，周期來壓越強烈，作用于支護設(shè)備上的載荷就越小，且有沖擊。表23 節(jié)理裂隙間距表節(jié)理裂隙間距表l/mc1表24分層厚度表分層厚度表Hx/mC2表25 支架架型確定參數(shù)支架架型確定參數(shù)基本頂級別ⅠⅡⅢⅣ直接頂級別12312312344液壓支架架型掩護掩護支撐掩護掩護或支撐支撐支掩支掩支撐或支掩支撐或支掩支撐（）或支掩（）支架支護強度/(KN/m178。第3章 支架各部件的結(jié)構(gòu)特點支撐掩護式液壓支架主要由護幫、防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。如圖a所示為整體剛性頂梁。圖32 支撐式液壓支架的頂梁類型1前梁；2后梁；3尾梁；4前梁千斤頂；5前梁伸縮千斤頂351142124212 如圖b，c所示為鉸接式頂梁，由前梁和后梁組成，分別由前、后排立柱支撐。半餃?zhǔn)巾斄喝鐖Dc所示，它克服了全鉸式的缺點，當(dāng)中部頂板出現(xiàn)凸起時，使前、后梁向上翹；當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時，由于鉸接點下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護擋矸簾，還可以增設(shè)尾梁，如圖e所示。2．掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)型式如圖33所示如圖a所示為平衡頂梁頂梁較短，與其下部的的掩護梁鉸接。這種頂梁后部和掩護梁形成三角區(qū)，易被冒落矸石堵住，影響支護效果。ZYZ型掩護式液壓支架就采用此種結(jié)構(gòu)。如圖c所示為鉸接式頂梁，頂梁為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護梁鉸接，取消三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上。圖33 掩護式液壓支架定量的類型1頂梁；2前梁；3后梁；4掩護梁；5立柱；6限位千斤頂；7前梁千斤頂8平衡千斤頂如圖d所示為帶前梁的鉸接式頂梁，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，可以提高前梁前端的支撐能力，改善前梁前端的支控效果。3．支撐掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)由于支撐掩護式液壓支架的結(jié)構(gòu)介于支撐式和掩護式液壓支架之間，所以，支撐掩護式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)可采用前述諸種型式，但應(yīng)根據(jù)頂板條件來選取。為加強結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型頂梁。支撐式液壓支架后焊接有掛簾板，作為掛擋矸簾用。掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護梁上的銷孔相連。對于掩護式和支撐掩護式支架，為便于側(cè)護板自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護板稍厚的鋼板，稱為頂板，如圖（35）所示：圖35 頂梁斷面根據(jù)上述頂梁各種型式我選擇封閉焊頂板的型式，如圖上圖所示。活動側(cè)護板裝在掩護梁的兩側(cè)。如圖36所示。(a) (b)圖36 掩護梁的結(jié)構(gòu)型式1 頂梁；2 掩護梁；3 立柱；4 前連桿；5 后連桿；6 底座；7 限位千斤頂折線型相對直線型支架斷面大，結(jié)構(gòu)強度高，但工藝性差，所以很少采用。對分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強度較差。在設(shè)計時，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動側(cè)護板?；顒觽?cè)護板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與頂梁連接，以保證活動側(cè)護板與鄰架的固定側(cè)護板靠緊。另一種時兩側(cè)皆為活動側(cè)護板。2．側(cè)護板的結(jié)構(gòu)形式dcba側(cè)護板的結(jié)構(gòu)如圖37所示。圖37側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式一種是側(cè)護板在頂梁外側(cè)。另一種時鉸接式側(cè)護板，如圖37d所示。1．底座的結(jié)構(gòu)型式如圖38所示，通常有3種類型。整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強，穩(wěn)定向好，強度高，不易變形，與底座接觸面積大，比壓小。如圖38b所示的底座高度低，占用空間小，一般用于掩護式和支撐掩護式液壓支架。為使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對分式。如圖38e所示為左、右兩個底座箱的對分式，兩者用彈簧鋼板和銷軸連接。底靴式底座的特點是每根立柱支撐在一個底靴上，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38f所示。各種型式的底座前端都制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。圖38 底座的結(jié)構(gòu)型式a、b 整體式底座；c、d、e 對分式底座；f底靴式底座fedcba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。2．底座立柱柱窩上要開槽的原因：由于底座立柱柱窩的形狀為半球體，為防止底座立柱柱窩內(nèi)存有煤粉和積水，所以在柱窩上開一個槽或鉆一個孔，便于消除積水和煤粉。圖39 立柱類型a單作用活塞式；b單作用柱塞式；c雙作用活塞式；d、e、f雙伸縮式2．幾種立柱的動作原理1）單伸縮立柱的動作原理單伸縮單作用活塞式或柱塞式立柱，靠液壓力伸柱，靠自重或彈簧力降柱。當(dāng)下腔進液上腔回液時伸柱，反之為降柱。當(dāng)中缸全部伸出后中缸下腔壓力增加，當(dāng)壓力增加至超過底閥彈簧調(diào)正壓力時，底閥打開，高壓液進入上柱下腔，上柱上腔液體經(jīng)中腔上部小孔排出，使上柱伸出，如圖310b所示。當(dāng)高壓液進入中缸上腔，下腔回液，中缸下降；當(dāng)中缸降到底時，一方面底閥被缸底頂開，另一方面中缸上孔正對立柱上部進液孔，如圖310c所示。需要增加支架到最大高度時（在井上），可以拆下4根立柱中對角線上的2根立柱上機械加長桿卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動機械加長桿從立柱中拔出，當(dāng)達到所調(diào)高度時，再把這兩根機械加長桿的卡環(huán)固定。4．立柱上、下端頭設(shè)計成半球形的原因第一個原因，由于支架在伸縮過程中，頂梁不可能同步造成立柱與頂梁和立柱與底座之間轉(zhuǎn)動，所以立柱的上、下端頭用半球形，形成鉸接，就可以適應(yīng)這種轉(zhuǎn)動。1．推移裝置：推移裝置是液壓支架必備的重要輔助結(jié)構(gòu)件，由推移千斤頂和其它附屬裝置組成。由于液壓支架的工作過程的不同，推移方式有兩種：先移架后推溜，先推溜后移架兩種。護幫裝置一般由液壓千斤頂和護幫板構(gòu)成，安裝在前梁下部。當(dāng)采煤機割到液壓支架前面時，需要將護幫收回，讓采煤機通過，然后，隨支架移到新的工作位置后重新伸出以支護新暴露的煤壁。為此，需要良好的擋矸裝置。支架的后部因重量大，離固定點較遠，所以下滑程度比前部嚴(yán)重，造成支架的傾斜。根據(jù)式41可得： Hm≥3200 mm＋200mm=3400mm根據(jù)式42可得：Hn≤2500mm－100mm－50mm－50mm=2300mm所以初步選定：Hm=3400mmHn=2300mm支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： （33）代入數(shù)據(jù)得m=。支架間距就是相鄰兩支架中心線的距離。千斤頂連接塊位置在中部槽中間位置，所以除節(jié)式和邁步式液壓支架。在支架底座長度設(shè)計時要考慮以下幾方面：支架度底座的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其它輔助裝置；便于人員操縱和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。 液壓支架四連桿機構(gòu)確定四連桿機構(gòu)是支撐掩護式支架最重要的部件之一。1．支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，頂梁端點運動最大軌跡的最大寬度E應(yīng)小于或等于70毫米，最好為30毫米以下?！?2176?！?5176。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)是P≥25176。～30176。其原因是當(dāng)頂板來壓時，立柱讓壓下縮使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移動， 圖42 掩護梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)有可以時作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。水平的合力也相應(yīng)的減小，所以減小了掩護梁的外載荷。一般同一類型的支架采用歐冠類比法來確定。因此，由類比法取鉸點至頂梁頂面的距離為280mm，后連桿下鉸點至底座地面的距離為500mm（類比支架為中煤北京煤機廠生產(chǎn)的ZZ4400/22/45支撐掩護式液壓支架）。用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度，如圖43所示。從幾何關(guān)系出發(fā)可以列出如下公式： GcosP1AcosQ1=L2 (43) GcosP2AcosQ2=L2 (44)聯(lián)立兩式可得：AG=cosP2cosP1cosQ2cosQ1 (45) 按四連桿機構(gòu)幾何特征要求，選定PP2代入式45可以求得AG的比值，由于支架形式不同，一般AG的比值按以下范圍來取。由已知參數(shù)計算： H1=Hm280500=3400280500=2620mm