【正文】 于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板；l 承受頂板的壓力；l 將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的兩側(cè)。掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架多采用直線型，使得制造工藝簡單。用途：l 掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座；l 掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩；l 掩護(hù)梁和頂梁（包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸能力。支架工作時(shí)，一側(cè)的側(cè)護(hù)板是固定的，另一側(cè)是活動(dòng)的，制造式通常兩側(cè)側(cè)護(hù)對(duì)稱，活動(dòng)側(cè)護(hù)板通過彈簧套筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，總裝時(shí)按照需要將一側(cè)用螺栓或銷子固定在頂梁和掩護(hù)梁上。用途：l 消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙；l 防止冒落前是進(jìn)入支護(hù)空間作為支架移架過程中的導(dǎo)向板；l 防止支架將落后側(cè)倒；l 調(diào)整支架的間距。 連桿 前后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。雙扭線式支架的梁、各連桿雖然增加了支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但也因要抵抗頂板的水平運(yùn)動(dòng)大大增加了對(duì)支架承載構(gòu)件的作用力，結(jié)果使構(gòu)件斷面增大，支架重量增加。 底座底座有三種類型：整體式 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,與底板接觸面積大,比壓??；對(duì)分式 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(duì)分式；底靴式 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，結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作靈活，對(duì)底板的不平整適應(yīng)性強(qiáng)，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。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。立柱類型： 立柱按動(dòng)作不同分為單作用立柱和雙作用立柱；按結(jié)構(gòu)不同可分為活塞式和柱塞式；按伸縮不同可分為單伸縮式和雙伸縮式立柱。在伸縮方式上，大多采用單伸縮，只有當(dāng)煤層厚度比較大，或?yàn)榱藬U(kuò)大支架調(diào)高范圍時(shí)才采用雙伸縮立柱。立柱的頭部結(jié)構(gòu)為球型，頂梁、掩護(hù)梁、底座之間的連接采用銷軸活壓塊固定，以便立柱工作時(shí)有一定的適應(yīng)性。為在一定范圍內(nèi)適應(yīng)煤層厚度變化，立柱上端可根據(jù)需要裝設(shè)機(jī)械加長桿，以增加支架高度，但其長度必須控制在立柱剛性所允許的范圍內(nèi)才可以。支架的工作可靠與否，與單向閥的密閉性能有直接關(guān)系，如果單向閥鎖不住立柱下腔的工作液體，支架就會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)慢慢下縮，是不允許的，如果液控單向閥動(dòng)作不靈敏，則立柱的初撐力就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此要求液控單向閥密封可靠、動(dòng)作靈敏，并要求使用壽命長。安全閥是使支架保持平衡工作特性和可伸縮性的重要元件，和液控單向閥一樣，它長期處于高壓狀態(tài)。若安全閥的密封性能不好，不能保證支架達(dá)到設(shè)計(jì)的工作阻力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，故要求安全閥的動(dòng)作靈敏，閥的開啟壓力和關(guān)閉壓力差值很小，有一定的卸荷開口量，密封可靠和工作穩(wěn)定，沒有震蕩現(xiàn)象，有較長的使用壽命，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。 操縱閥操縱閥是控制各液壓缸進(jìn)出油路使立柱完成各種動(dòng)作的開關(guān)，故要求密閉性好，工作可靠、操作方便。操縱閥按控制不同，可分為手控、液控、電控和電液控四種，按動(dòng)作原理可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。它采用結(jié)構(gòu)為二位三通或三位四通電磁閥構(gòu)成組合機(jī)構(gòu)，每個(gè)閥獨(dú)立操作可實(shí)現(xiàn)復(fù)合化?；剞D(zhuǎn)操縱閥：回轉(zhuǎn)操縱閥優(yōu)點(diǎn)是體積小，位數(shù)多，操作簡單方便，但只有單一動(dòng)作，難以實(shí)現(xiàn)組合操作。 液壓支架工作狀態(tài)及布置圖25所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。為了實(shí)現(xiàn)頂板及時(shí)支護(hù)，常采用先移架后推溜的方式。AA截面是采煤機(jī)割煤前支架的工作狀態(tài)。采煤機(jī)割煤后，支架尚未前移時(shí)（BB截面），端面距最大（等于采煤機(jī)截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后升柱支護(hù)新裸露頂板時(shí)，端面距又達(dá)到最?。–C截面）。將輸送機(jī)推向煤壁，實(shí)現(xiàn)推溜。隨著采煤機(jī)割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^程。圖25 液壓支架在工作面布置示意圖1－采煤機(jī) 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機(jī) 4－轉(zhuǎn)載機(jī) 5－刮板輸送機(jī) 6－主進(jìn)液管7－主回液管 8－乳化液泵 9－乳化液箱 10－端頭支架 11－單體液壓支柱 液壓支架的支護(hù)方式綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。即時(shí)支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤—移架—推溜。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間較長，梁端距大，支架頂梁較短。復(fù)合支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤—支架伸出伸縮梁—推溜—收伸縮梁—移架?？蛇m用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。為了滿足對(duì)煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。由于不同采煤工作面的底板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。 液壓支架設(shè)計(jì)的基本參數(shù)（1）頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，?duì)支架進(jìn)行選型。（3）瓦斯等級(jí) 根據(jù)瓦斯等級(jí)，按安全規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。（5）工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。（7）井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。 本文做的主要工作基本參數(shù)的確定四連桿機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)底座形式的選擇與設(shè)計(jì)頂梁形式的選擇與設(shè)計(jì)掩護(hù)梁形式的選擇與設(shè)計(jì)側(cè)護(hù)板形式的選擇與設(shè)計(jì)推移裝置形式的選擇與設(shè)計(jì)等等。 大采高工作面設(shè)備選型 工作面設(shè)備選型配套原則(一)生產(chǎn)能力配套 工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機(jī)落煤能力，而刮板輸送機(jī)、液壓支架及運(yùn)輸巷運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力要高于采煤機(jī)生產(chǎn)能力的20％以上，要保證工作面高產(chǎn)，工作面運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力要大于采煤機(jī)的落煤能力，液壓支架的移架速度一定要滿足采煤機(jī)高產(chǎn)快速運(yùn)行的要求。采煤機(jī)生產(chǎn)能力(t／h)=60(min／h)采高(m)截深(m)采煤機(jī)牽引速度(min／m) 煤的密度 (t／m3 )系數(shù)刮板輸送機(jī)生產(chǎn)能力要高于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力。 (二)性能配套 主要解決各設(shè)備性能互相協(xié)調(diào)與制約的問題，從而發(fā)揮設(shè)備性能，滿足安全生產(chǎn)需要。 (四)壽命配套 采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架的大修周期應(yīng)相互配套。 液壓支架的選型液壓支架選型原則： 支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)與工作面礦壓相適應(yīng)。支架的寬度應(yīng)與刮板輸送機(jī)中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)比采煤機(jī)截深大100—200mm，支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機(jī)的工作牽引速度并能滿足生產(chǎn)指標(biāo)。根據(jù)上述原則，通過對(duì)該工作面開采地質(zhì)條件分析、研究，最終確定選用二柱支頂掩護(hù)式支架。從提高回采率和控制頂板兩方面考慮。支架的中心距，、。特別是在選用大功率采煤機(jī)時(shí)，需147mm節(jié)距的銷軌。通過對(duì)比兩種方法計(jì)算結(jié)果，取其最大值q = 。為防止煤壁片幫，液壓支架增設(shè)二級(jí)護(hù)幫板，以增強(qiáng)對(duì)煤壁支護(hù)效果。實(shí)行一次采全高，在選擇采煤機(jī)時(shí)著重考慮以下因素：（1）功率采煤機(jī)功率的確定一般主要看所切割的煤的硬度與韌性。（2）牽引速度，根據(jù)有關(guān)參數(shù)計(jì)算，平均日循環(huán)應(yīng)達(dá)到12刀，要求采煤機(jī)的平均牽引速度應(yīng)在15m/min左右。從技術(shù)先進(jìn)性看，國內(nèi)外幾個(gè)主要采煤機(jī)廠家的主要產(chǎn)品相差不大，但可靠性有較大區(qū)別。綜合以上因素，并對(duì)供貨周期、價(jià)格、性能進(jìn)行比較，最終選定西安煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的MG750/1910WD型交流電牽引采煤機(jī)用于該工作面生產(chǎn)。根據(jù)工作面生產(chǎn)能力的要求以及采煤機(jī)、液壓支架和運(yùn)輸機(jī)的配套關(guān)系，參照國內(nèi)外工作面輸送機(jī)的技術(shù)參數(shù)以及該礦區(qū)近幾年綜采 “三機(jī)”配套成熟的經(jīng)驗(yàn)，最終選定SGZ—1000/3000型運(yùn)輸機(jī)。取=200mm，由設(shè)計(jì)給出的參數(shù)可得，支架最大高度為6000mm，最小采高沒有給出要求，參照采煤機(jī)及刮板輸送機(jī)的情況選擇3500mm。煤層較薄時(shí)選大值。該支架的伸縮比： 支架間距和寬度的確定所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離，按如下公式計(jì)算： （44）式中： —支架間距（支架中心距）；—每架支架頂梁總寬度；—相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙；—每架所包含的組架或框架數(shù)整體自移式支架；整體邁步式支架；節(jié)式組合邁步支架2支架節(jié)數(shù)。取=1600mm，=100mm，=1則=1600+1001=1700mm 梁端距的確定所謂頂端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離。支架高度越大，梁端距也應(yīng)越大，根據(jù)支架高度，我們選定梁端距=365mm。通常，支撐掩護(hù)式支架的底座長度取4倍的移架步距。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好；2．擋矸 鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)。 四連桿機(jī)構(gòu)定位尺寸和極限參數(shù)的確定在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征來確定?！?2176?！?5176。為了安全可靠最低工作位置應(yīng)使P≥25176?！?0176。以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使支架的工作段要取曲線向前凸的那一段，所以當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長度后，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)，只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，進(jìn)行作圖就可以了，其掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖4—2所示。 圖4—2 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)其具體做法是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后連桿使支架最高位置時(shí)的點(diǎn)向下作近似直線運(yùn)動(dòng)，在掩護(hù)梁上定有一點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中有一段近似圓弧軌跡，只要找到這個(gè)圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長度了。這樣四連桿機(jī)構(gòu)就可以確定了。 已知條件是支架的最大高度＝6000mm和支架的最低高度＝3000mm，要求在這范圍內(nèi)掩護(hù)梁上的鉸點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡是一條直線或近似直線，水平偏移量不許超過70mm。GA圖4—3掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算圖從幾何關(guān)系可以列出如下兩式 （4—5） （4—6）將（4—5）式和（4—6）式聯(lián)立可得： （4—7）將四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度，選定、 代入（4—7）式，可求得的比值。、=16176。、=25176。用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸具體做法如圖4—4所示。并以點(diǎn)為圓心，為半徑，交上一點(diǎn)點(diǎn)；以為圓心，為半徑，交上一點(diǎn)點(diǎn)，該、三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)前連桿的上鉸點(diǎn)；1連接、為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)后連桿的位置；1分別作和的垂直平分線交一點(diǎn)，即為前連桿下鉸點(diǎn)，為前連桿長度；1過點(diǎn)向H—H線作垂線，交一點(diǎn)，則，和為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。 先移架后推溜(又稱及時(shí)支護(hù)方式)要求頂梁長度較長，先推溜后移架(又稱滯后支護(hù)方式)要求頂梁長度較短。因此，先移架后推溜時(shí)的頂梁長度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長度大一個(gè)步距，一般為600mm。圖47 整體示意圖掩護(hù)式支架頂梁長度計(jì)算頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+ ][+300+]+掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距（mm） (411)支撐掩護(hù)式支架頂梁長度計(jì)算頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+]－]+掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距（mm） (412)配套尺寸 — 參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊(cè)確定；底座長度 — 底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距； e — 支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離,～ 取e =、 — 支架在最高位置，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。刮板輸送機(jī)型號(hào)SGZ1000/3000，規(guī)格（長寬高）（mm）為17501000372 配套尺寸=675＋315＋1000＋320＋1000＋230=3540mm。)( 4081cos58176。國內(nèi)掩護(hù)式支架立柱數(shù)常用2根。 通風(fēng)斷面的計(jì)算采煤工作面的過風(fēng)量有一定要求。但在工作面中安裝液壓支架后，通風(fēng)斷面積明顯減小。一般按工作面允許風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。采煤工作面風(fēng)速計(jì)算按下式進(jìn)行。計(jì)算：=，=400T/h則有： ( m3/min)（m3/min）(m/s)＜5m/s，符合安全規(guī)程規(guī)定。金屬結(jié)構(gòu)件有:護(hù)幫板、頂梁、掩護(hù)梁、前后連桿、底座、推移桿以及活動(dòng)側(cè)護(hù)板等；液壓操控系統(tǒng)主要有:立柱、各種千斤頂、液壓控制元件(操縱閥、單向閥、安全閥等)、液壓輔助元件(膠管、彎頭、三通)等。 支架主要部件的設(shè)計(jì)要求頂梁是支護(hù)頂板的直接支撐構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，還要滿足支護(hù)頂板的需要有足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)盡可能的要適應(yīng)頂板的不平整性，使頂梁與頂板的接觸應(yīng)力均勻，避免因局部壓力而引起損壞。掩護(hù)梁是支架的掩護(hù)構(gòu)件，除防止采空區(qū)冒落的矸石涌于工作面外，并承受冒落矸石的壓力和頂梁分解的水平力。因此除滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，對(duì)底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)；對(duì)底板接觸比壓要小；要有足夠的空間安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其它輔助裝置；要便于人員操作行走，能起一定的擋矸作用；要考慮排矸能力；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性等。由于頂煤易產(chǎn)生裂隙、破碎及跨落，要求頂梁盡可能適應(yīng)這種變化，具有良好的接頂性能，避免因局部壓力而引起損壞。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)成封閉式棋盤形。在頂梁下焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，