【正文】 我國先后從英國、原聯(lián)邦德國、波蘭三國的五大公司進(jìn)口了48套和100套綜采設(shè)備。到1983年末，全國在籍的各類支架共31990架。從70年代至今，光煤炭科學(xué)研究總院北京開采所共研制出30余種不同結(jié)構(gòu)型式的液壓支架。其中，20多種支架已通過鑒定，五種支架獲獎。目前，除液壓支架電液控制和支架計算機輔助設(shè)計與繪圖方面落后于國外，其他方面均以達(dá)到國外同期水平。而液壓支架是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設(shè)備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。液壓支架與可彎曲刮板輸送機和采煤機組成綜采機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。 液壓支架工作狀態(tài)及布置圖11所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。為了實現(xiàn)頂板及時支護，常采用先移架后推溜的方式。AA截面是采煤機割煤前支架的工作狀態(tài)。采煤機割煤后，支架尚未前移時（BB截面），端面距最大（等于采煤機截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后升柱支護新裸露頂板時，端面距又達(dá)到最?。–C截面）。將輸送機推向煤壁，實現(xiàn)推溜。隨著采煤機割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個主要動作過程。圖11 液壓支架在工作面布置示意圖1－采煤機 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機 4－轉(zhuǎn)載機 5－刮板輸送機 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 液壓支架的分類液壓支架分類的方式很多，主要可以按照支架與圍巖的相互作用關(guān)系、立柱布置方式、使用條件和結(jié)構(gòu)特點等來分類。表11 按使用條件分類表分類標(biāo)準(zhǔn)具體分為使用高度厚煤層一次采全高支架（≥）中厚煤層支架（＜h＜）薄煤層支架（≤）使用傾角緩傾斜工作面支架（≤25176。＜α＜45176。）采煤工藝放頂煤支架機械鋪（連）網(wǎng)支架充填支架使用地點排頭支架端頭支架工作面支架順槽超前支架按主要結(jié)構(gòu)特點（表12）表12 按主要結(jié)構(gòu)特點分類 分類標(biāo)準(zhǔn)具體分為分類標(biāo)準(zhǔn)具體分為調(diào)高機構(gòu)四連桿式控制方式本架控制單鉸點式鄰架控制擺桿式成組控制和順槽控制配套方式插腿式組合方式單架式不插腿式組合式 液壓支架結(jié)構(gòu)型式及特點根據(jù)用途和在采煤工作面的安裝位置，液壓支架分為兩大類，即端頭支架和中間支架。由于此處頂板懸露面積較大，綜采設(shè)備較多，又是人員的安全出口，要求端頭支架不僅能支護頂板，而且要與端面處的各種機械設(shè)備相適應(yīng)。一般來說，它的頂梁較長，支護空間較大，具有較大的支撐力，并兼有支撐和錨固作用，其整體性和結(jié)構(gòu)強度均較高。其作業(yè)是確保采煤工作面人員與設(shè)備的安全，并實現(xiàn)頂板管理與支護以及采煤作業(yè)過程機械化。液壓支架的分類主要是對中間支架進(jìn)行分類。后兩類又統(tǒng)稱為掩護型液壓支架。其頂梁較長，立柱較多，一般呈垂直布置，聯(lián)結(jié)著頂梁和底座，無法承受水平作用力，這是此種支架的最大弱點；靠立柱支撐頂梁來維持一定的工作空間；頂板巖石則在頂梁后部垮落。按其結(jié)構(gòu)和工作方式的不同，支撐式液壓支架又可分為垛式和節(jié)式兩種。其頂梁較短，立柱較少，一般呈傾斜布置，聯(lián)結(jié)著頂梁和底座或掩護梁和底座；掩護梁直接與冒落的矸石接觸，靠其掩護作用來維持一定工作空間；頂板巖石則在掩護梁后部垮落。減少了整套綜采設(shè)備的投資。 圖13 液壓支架結(jié)構(gòu)型式a) 支撐式 b) 掩護式 c) 支撐掩護式1－前探梁 2－頂梁及其側(cè)護板 3－掩護梁及其側(cè)護板 4－前連桿 5－后連桿 6－底座 7－立柱 8－推移千斤頂 9－平衡千斤頂 10－操縱閥與控制閥11－護幫機構(gòu)12－護幫千斤頂 13－前梁千斤頂14－擋矸簾支撐掩護式液壓支架 顧名思義，支撐掩護式液壓支架是以支撐為主，掩護為輔，兼有掩護式和支撐式液壓支架的結(jié)構(gòu)特點的一種支架。這類支架的特點式：立柱較多，垂直支撐或立柱傾角較小，工作阻力大，切頂性能較好；采用掩護梁，架間密封，擋矸掩護性能好；采用四連桿機構(gòu)，能承受側(cè)向力；適用范圍較寬。 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。具體的循環(huán)方式見表14。因此，支架要實現(xiàn)升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的，如圖13所示 表13 液壓支架組成表序 號部 件功 能舉 例1承載結(jié)構(gòu)件承受并傳遞頂板載荷作用的結(jié)構(gòu)件頂梁、掩護梁、底座、連桿2動力油缸用液體作介質(zhì)可以主動產(chǎn)生作用力，實現(xiàn)各種動作的油缸立柱、各類千斤頂3控制元部件操縱、控制支架各個動力油缸動作及保證所需工作特性的液壓（電氣）元部件操縱閥、單向閥、安全閥及管路、液壓（電控）元件4輔助裝置不直接承受頂板載荷，而實現(xiàn)支架某些動作或功能所必須的裝置推移裝置、護幫裝置、活動側(cè)護板、防倒、防滑裝置5工作液體傳遞能量的工作液壓介質(zhì)乳化液表14液壓支架的支護方式表支護方式循環(huán)方式支護特點應(yīng)用條件即時支護割煤－移架－推溜支護滯后時間短適用于各種頂板條件，應(yīng)用最為廣泛滯后支護割煤－推溜－移架支護滯后時間較長可用于穩(wěn)定、完整的頂板條件，較少支架結(jié)構(gòu)緊湊，目前應(yīng)用復(fù)合支護割煤－支架伸出探梁－推溜－移架支護滯后時間短 但增加了反復(fù)支撐可適用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，目前應(yīng)用較少當(dāng)操縱閥8處于升柱位置時，從乳化液泵站來的高壓液體通過操縱閥液控單向閥6進(jìn)入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。支架的前移和推移輸送機是通過操縱閥7和推移千斤頂4來進(jìn)行的。這時，支架以輸送機為支點前移。若將操縱閥7置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機以支架為支點被推向煤壁。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。初撐力的大小取決于泵站的工作壓力立柱缸徑和立柱的數(shù)量。承載增阻階段支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。當(dāng)升高到安全閥5的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。 設(shè)計目的采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路?；谝陨显虮疚脑O(shè)計了支撐掩護式液壓支架。液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。防矸性能要好。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。調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。1要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。 設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進(jìn)行選型。瓦斯等級根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風(fēng)斷面。工作面煤壁條件根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。井筒罐籠尺寸根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。畢業(yè)設(shè)計名稱：支撐掩護式液壓支架參數(shù)如下：（1）要求工作阻力10000KN；（2）。本文所做的主要工作是：支架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計、雙伸縮液壓立柱的設(shè)計、支架各結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及各結(jié)構(gòu)件的受力分析及強度校核。煤層較薄時選大值。該支架的伸縮比= 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護板，側(cè)護板行程一般為170mm～200mm。最小寬度一般取1650mm～1680mm，最大寬度一般取1850mm～1800mm。，側(cè)護板行程為170mm，頂梁寬度為1690mm～1860mm底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。（），支撐掩護式支架的底座長度取4倍的移架步距。根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來確定頂梁長度。先移架后推溜方式（即時支護）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護）要求頂梁長度較小。本次設(shè)計采用即時支護方式。e —支架由高到低頂梁前端點最大變化距離；、—支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角。經(jīng)過計算得該支架的頂梁長度為6050mm。其作用概括起來主要有兩個：其一是當(dāng)支架由高到低變化時，借助四連桿機構(gòu)使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。 圖21 四連桿的幾何特征支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，如圖2－1所示，應(yīng)滿足以下要求：支架在最高位置時，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最低位置時，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時，應(yīng)使為宜，而Q角主要考慮掩護梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取。支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖2－1所示的h段，其原因為當(dāng)頂板來壓時，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向老塘，同時底板陰止底座向后移；使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了前梁端部的支護力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架，再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由掩護梁來地克服，所以減輕了掩護梁的受力。從圖2－2可以看出，當(dāng)掩護梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長度和位置就可以了，其具體作法是順時針轉(zhuǎn)動后連桿，使支架最高位置時的E’點向下作近似直線運動，在掩護梁上定有一點在運動中有一段近似圓弧軌跡。從這個觀點出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護梁上前連桿上鉸點所作的運動軌跡上，任找?guī)c，把掩護梁上前連桿上鉸點連線的垂直平分線所交的點為前連桿的下鉸點，這樣四連桿機構(gòu)就可以確定了首先用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度。代入（2－6）式，可求得的比值。結(jié)構(gòu)件的端面尺寸，應(yīng)進(jìn)行強度校核，滿足要求才能投入生產(chǎn)使用。圖31 頂梁的結(jié)構(gòu)型式1——前梁；2——后梁；3——尾梁；4——前梁千斤頂；5——前梁伸縮千斤頂支撐式支架頂梁的結(jié)構(gòu)型式如圖31所示。但對頂板的適應(yīng)性差。其中圖31 b為全鉸接式，它能適應(yīng)頂梁上方前、后頂板的變化，但當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。 圖31 d為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接。為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護擋矸簾，還可以增加尾梁3，如圖31 e所示。由于前梁可以及時伸出支護剛暴露的頂板，從而允許固定頂梁減少長度。為了使支架結(jié)構(gòu)簡單，而且具有更好的支護能力。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，以減少移架阻力。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，掩護式支架和支撐掩護式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護梁上的銷孔相連。一種為立筋凸出型，如圖32 a所示，增加了焊接強度；另一種為立筋凹下，焊接后使頂梁平整，但焊接強度不如前一種，如圖32 b 。圖32 頂梁閉式立筋型式圖33 頂梁開式立筋型式開式頂梁的特點，可減輕頂梁重量，增強頂梁的抗彎強度。圖34 頂梁斷面本設(shè)計中的支撐掩護式液壓支架頂梁采用閉式結(jié)構(gòu)支架側(cè)護板裝置一般由側(cè)護板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成?？筛纳祈斄号c掩護梁的護頂、防矸性能，隔離控頂區(qū)與采空區(qū)、防止冒落矸石竄入工作面，減少冒矸形成的粉塵；（2）、導(dǎo)向?；顒觽?cè)護板增強了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。由于固定側(cè)護板與梁體焊接在一起，可節(jié)省原梁體的側(cè)板，既節(jié)省材料又可加固梁體。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護板，下方為活動側(cè)護板。但當(dāng)改換工作面開采方向時，活動側(cè)護板便位于傾斜方向的上方，對調(diào)架、防倒等帶來不便，所以很少采用。這種側(cè)護板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式如圖35所示。這種類型側(cè)護板又有三種型式，圖35 a，頂梁上無頂板，側(cè)護板易被冒落矸石壓住，影響側(cè)護板的伸縮；圖35 b、c，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點，但支架承載時，側(cè)護板裝置受力很大。它克服了以上兩種側(cè)護板的缺點，但由于架間側(cè)護板造成三角帶容易填入碎矸，影響架間密封效果?？梢愿鶕?jù)工作面傾角方向調(diào)整一側(cè)固定，另一側(cè)活動，適應(yīng)性強。、特點與選擇支架底座結(jié)構(gòu)型式通常有三種類型，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座。分式底座是分左右對稱兩部分，上部用過橋或箱型結(jié)構(gòu)固定連接，這種底座在剛性、穩(wěn)定性和強度方面基本和整體剛性底座相同。液壓支架推移裝置是保證支架正常推溜和拉架，實現(xiàn)工作面正常循環(huán)作業(yè)的重要裝置。推移裝置的型式如表31所示表31 推移裝置千斤頂?shù)男褪叫? 式特 點適用條件普通式普通活塞式雙作用千斤頂可為外供液式，也可為內(nèi)供液式目前已很少直接用作推移裝置，而多與反拉框架一起使用，應(yīng)用較廣外供液式結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛差動式千斤頂結(jié)構(gòu)仍為普通型式，利用交替閥的油路系統(tǒng)，使其減小托輸送機力用于直接拉架的方式，目前應(yīng)用較少浮動活塞式千斤頂活塞可在活塞桿上滑動，使環(huán)腔供液時拉力與普通千斤頂相同；但在活塞腔供液時，使壓力的作用面積僅為活塞桿斷面積，從而減小了推輸送力廣泛用于直接拉架方式，與短推桿