【正文】 撐力為 23104 bcp D p n???, KN (11) 式中 D——支架立柱的缸徑， m； pb ——泵站的工作阻力， MPa ； n——支架立柱的數量。此階段為增阻階段 1t ；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下 腔壓力 超過支架的安全閥調 正值時，安全閥打開溢流，立柱收縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當低于安全閥壓力調整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調整壓力的限止下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段 3t ，此時支架的工作阻力為 23104 ap D p n???, KN (12) 式中 pa ——支架安全閥的調定壓力， MPa ； 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 9 其它符號意義同前。 圖 支架的工作特性曲線 Fig .13 line of support work characteristic t0 — 初撐階段； t1 — 增阻階段； t2 — 橫阻階段； P1 — 初撐力； P2 — 工作阻力 液壓支架工況分析 液壓支架是以乳化液泵站的高壓液體為動力，通過液控系統(tǒng)，按要求使支架及附屬裝置完成支撐、降柱、移架、推移輸送機以及防護等動作，從而實現支護工作機械化。這些輔助工序可與其中一種主要工序同時進行，或者單獨進行。 液壓支架支撐過程中，在操縱閥關閉前后 (或供液系統(tǒng) 關閉前后 )，工作面頂板與支架頂梁的主被動關系發(fā)生了變化。在液壓支架降柱開始時，隨著封閉高壓腔的液控單向閥快速開啟，經常出現瞬態(tài)的液壓沖擊。由于卸載降柱、推移和支撐操作工序對支架的移架速度、支護狀態(tài)和支撐性能起著決定性作用。 在長壁回采工作面，為了提高支架推進速度以適應采煤機的生產 能力，往往安排幾名支架操作工。對于每臺液壓支架來說，既有立柱控制回路，又有推移千楊鎮(zhèn)源：支撐掩護式液壓支架總體及推移千斤頂強度設計 10 斤頂控制回路，因此可能出現不同基本工況的組合，如降柱與移架、升柱與推移輸送機等。立柱的 工 作過程是在液壓控制系統(tǒng)支配下進行的，圖 所示為最基本的立柱控制回路。 (1)升柱初撐階段 把操縱閥置于Ⅰ的位置后，來自泵站的高壓液打開液控單向閥進入立柱下腔使支架升起。 Po 是操縱閥打開前立柱活塞腔壓力， Ps 是升柱過程中克服運動阻力和立柱、頂梁等自重所需的壓 力， Pc是初撐結束時立柱活塞腔壓力，其值取決于液壓系統(tǒng)特性和初撐時間 tc也有一定的隨機性。當 Pc達到泵站額定壓力時，對應的初撐力稱為額定支撐力。有效支撐力不僅受立柱布置的影響，而且隨著有效外載荷在頂梁上作用位置的變化而變化。從設計和使用的角度來看，希望 Pc接近或達到回采 工作面泵站壓力，然而事實上是難以實現這一愿望。因此，允許的初撐時間 tc很短，不可能使支架初撐力達到設計要求。認為初撐階段壓力急劇線性增加的觀點與客觀實際有一定的差異。同時也與泵站到立柱活塞腔的復雜液控系統(tǒng)特性有關。 在計算移架速度時，升柱初撐時間為 tc與 ts 之和。但對于具有初撐力保證系統(tǒng)或自動增壓初撐系統(tǒng)的立柱控制回路，升柱初撐時間應為打開操縱閥到關閉操縱閥的實際所需時間，其值一般應略大于 tc，由此可見初撐力保證系統(tǒng)或自動增壓初撐系統(tǒng)可以解決同時要求快速移架和提高初撐力的矛盾。隨著頂板的逐漸下沉，立柱活塞腔內的液體受到進一步壓縮，其壓力也隨之升高，使支架 對 頂 板產生更大的支撐力，力圖阻止或延緩頂板下沉。足夠大的支架支撐力，可以最大限度地保持 頂 板的穩(wěn)定，從而減慢或延緩頂板的下沉。但在相鄰支架處于降柱工序時，支架對頂板的支撐力會發(fā)生急劇上升。其值能否達到或超過 Pt，取決于許多因素。 (3)溢流承載階段 在頂板不斷下沉或發(fā)生頂板來壓時，支架對頂板的支撐力會急劇上升，并超過安全閥的調定壓力 Pt。需要指出的是溢流承載階段可能發(fā)生在相鄰支架移架前或后，有一定的隨機性。 Pz2與 Pt 的差值取決于頂板的下沉速度或者來壓的強烈程度，同時取決于安全閥的溢流特性。這主要是由于安全閥的溢流速度太慢而不能適應頂板壓力來變化。溢流承載過程中，立柱活塞腔壓力有微小的波動，體現了安全閥的啟閉特性。 (4)卸載降柱階段 楊鎮(zhèn)源：支撐掩護式液壓支架總體及推移千斤頂強度設計 12 在采煤機割煤后，必須支護新裸露的頂板，故要卸載降柱。故立柱的活塞可以回縮，支架降落離開頂板，其降柱時間 tj主要取決于降柱行程。具有擦頂帶壓移架液控系統(tǒng)的液壓支架，只需卸載時間 tx和初撐時間 tc，而不需升柱時間 ts 和降柱時間 tj，可見擦頂帶壓移架不僅可以防止破碎頂板漏頂，而且有利于提高移架速度。如果移架力不是足夠大，反而會增加移架的時間，從而影響以加速度。這主要是由于封鎖高壓液體的液控單向閥的快速關閉引起。 液壓支架設計的目的和要求 設計目的 采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產量、提高經濟效益的必由之路。而每個綜采工作面平均需要安裝 150 臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。為了有效地支護和控制頂板，必須設計出不同類型和不同結構尺寸的液壓支架。由于液壓支架的類型很多，因此其設計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。 (2).液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。 (3).防矸性能要好。 (5).要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 (7).調高范圍要大，照明和通訊方便。 (9).要求支架有足夠的剛度，能承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。 (11).要易于拆卸，結構要簡單。 2 液壓支架整體結構分析及選型 支撐掩護式 (ZZY)支架的特點及適用條件 支撐掩護式支架是以支撐為主，同時兼有掩護作用的支架。 支撐掩護式支架是在支撐式支架與 掩護式支架后發(fā)展起來的一種支架。 由 本設計原始條件：老頂 III 級、直接頂 2類 可確定支架類型為支撐掩護式； 液壓支架基本結構部件選型 (1)．功能：支撐、維護和覆蓋頂板，為工作面創(chuàng)造安全的工作空間 。 (2)．頂梁 的結構形式與選擇 ① 支架常用頂梁形式有 3 種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結構頂梁。 ② 整體頂梁 (如圖 21) 整體頂梁的特點是：結構簡單，可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強；前端支撐力較大；可設置全長側護板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護效果，減少架間漏矸。 。運輸時可以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運輸尺寸。 為順利移架，前梁間一般要留有 100~150mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 在支撐狀態(tài)時，伸縮比較困難，因而一般不用于整 體 頂梁。 根據頂板條件和使用要求，頂梁可設置伸縮梁；一般整體頂梁只能設置內伸式伸縮梁，如圖 所示。 參考相關資料，結合 實際，選擇鉸接式頂梁， 不 帶伸縮梁。在礦山壓力作用下，煤壁片幫和梁端頂板冒落互相誘發(fā)，構成惡性循環(huán)。一旦片幫，也可擋住 圖 24 帶內伸縮式伸縮前梁 Fig .24 stretching band telescopic beam 圖 22 鉸接式頂梁 Fig .22 Articulated roof beam 圖 25 帶外伸縮式伸縮前梁 Fig .25 Before stretching band telescopic beam 圖 23 整體頂梁帶伸縮梁 Fig .23 Flexible beam with integrated roof 楊鎮(zhèn)源：支撐掩護式液壓支架總體及推移千斤頂強度設計 16 片幫煤不進入人行道，并防止片幫繼續(xù)擴大；②作臨時前梁，在支架能及時支護的情況下，采煤機過后挑起挑梁可實現超前支護。在支架滯后支護的情況下，利用挑梁可實現及時支護；③在厚煤層分層開采時，采上分層可利用挑梁掛網卷，采下分層可利用挑梁挑網兜。 ① 簡單鉸接式：簡單鉸接式護幫板鉸接在整體梁或鉸接式頂梁的前端 (有伸縮梁時鉸接在伸縮梁頭上 )，千斤頂直接與護幫板相連接。但挑起力矩小，且當頂 梁或前梁帶伸縮梁時，厚度較大，難以實現挑起。即可。四連桿機構把千斤頂的作用力有效地傳遞到煤壁和頂板上。 (2)． 兩種挑梁挑起力矩的比較 挑起力矩與千斤頂推力之比 R,簡單鉸 接式一般為 70~80mm，四連桿式一般為150~250mm，后者是前者的 2~3倍。但是，四連桿式機構的連桿受結構限制，容易損壞。的護幫裝置，即可支撐煤壁防止片幫，又可臨時支護端面頂板。支架常用的活動 側護板形式有直角式和折頁式兩種。 特點： ① .擋矸，密封性能好； ② .活動側護板的接觸面積大，導向性好； ③ .可以調架，有利于支架的穩(wěn)定性； ○ 4 .結構較復雜、折裝較困難。 (2).折頁式 折頁式活動側護板如圖 210 所示。 適用條件： ① .主要用于頂板比較穩(wěn)定或堅硬頂板條件的支撐掩護式支架； ② .只能用于頂梁。 底座 (1). 底座的功能 ① .承受由立柱與連桿等傳遞的頂板載荷，并傳遞給底板； ② .是整個支架結構穩(wěn)定性、整體性的基礎； ③ .便于人員操作與行走； ○ 4 .與工作面輸送機等組成交替前移的支撐點，防止支架與輸送機下滑。 ① .整體剛性底座 整體剛性底座如圖 211 所示，中擋前部一般有一高度為 50~100mm 小箱形結構，中擋后部上方為箱形結構，推移千斤頂一般安裝在箱形體之下。整體剛性底座的整體剛度和強度好，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓，但中擋推移機構處易積浮煤 、 碎矸，清理較困難，一般用于軟底板條件下工作面支架。底座底板是中分式的，中擋推移機構直接落在煤層底板上，前立柱柱窩前有過橋，中擋后部上方為箱形結構。 圖 210 折頁式活動側護 Foldingtype activities, side protection 圖 211 整體剛性底座 Overall rigid base 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 19 ③ .鉸接式分體底座 如圖 所示，鉸接式分體底座分為左右相對獨立的兩部分，從中擋處鉸接，左右底座在垂直方向可相對錯動，無剛性約束。 由上述底座的特點和適用條件，選擇底分剛性底座。 推移裝置由推移桿 、推移千斤頂和連接頭等主要零部件組成，其中推移桿是決定推移裝置形式和性能的關鍵部件。 (1).短推移桿 短推移桿一般結構如圖 214 所示，是由鋼板組焊而成的箱形結構件，結構簡單可靠，重量輕，被廣泛采用。一般 框架式長推移桿結構如圖 ，它由前后兩段組成，前段為箱式結構，后段為雙桿式結構和導向塊?？蚣苁介L推移桿適用于中型以下的支架。它的結構簡單 、 可靠性好，防止支架和輸送機下滑的性能好，但在工作面難以更換，因此，必 圖 212 底分式剛性底座 Bottom fraction rigid base 圖 214 短推移桿 Short passes bar 圖 213鉸接式分體底座 Articulated split base 圖 215 框架式長推移桿 Frame over a long rod 楊鎮(zhèn)源：支撐掩護式液壓支架總體及推移千斤頂強度設計 20 須保證其有足夠大的安全系數。 鉸接式 長推移桿如圖 217，一般由前后兩段箱式結構組成，中間通過十字連接頭鉸接，可以上下左右擺動。 由上述推移裝置特點，本設計推移裝置選用反向框架式長推移桿 、 有較大的移架力，并在移架時對底座前部有上抬作用。 其他部件選擇 (1).推移千斤頂 選用框架連接方式的推移千斤頂。 (2).其他千斤頂 其他千斤頂有側推千斤頂，前梁回轉千斤頂和護幫千斤頂都采用雙作用活塞桿形式。 主要參數設計 支架的最大高度和最小高度 支架高度的確定原則，應根據所采煤層的厚度，采取范圍內地質條件的變化等因素來確定，其最大與最小高度為： 1mmH h s?? 2n n aH h s a ?? ? ? ? 式中 Hm—— 支架最大高度； Hn —— 支架最小高度； hm —— 煤層最大厚度； hn —— 煤層最小厚度； s1 —— 考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度一般取 圖 216 整體箱式長推移桿 Over the whole length rod box 圖 217 鉸接式長推移桿 Articulated a long pole over 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 21 200~300mm； 本論文取 200mm。 a —— 移架時支架的最小可縮量，一般取 50mm； бa—— 浮矸石、浮煤層厚度，一般取 50mm； 本設計由給定參數 煤層厚度 ～ Hm=3500mm， Hn=2200