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1、 . . . 目 錄 1.緒 論3 2.液壓支架設(shè)計(jì)介紹13 2.1 液壓支架的工作原理13 2.2支架的組成13 2.3 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件與其作用13 2.3.1 頂梁13 2.3.2 掩護(hù)梁14 2.3.3 底座14 2.3.4四連桿機(jī)構(gòu)15 2.3.5 推移機(jī)構(gòu)17 2.4 液壓支架的架型18 第三章.液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19 3.1 液壓支架的選型19 3.1.1 液壓支架結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)選19 3.1.2 液壓支架的架型選擇原則19 3.1.3 影響架型選擇的因素20 3.2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21 3.

2、2.1 確定液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則與容21 3.2.2液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)21 3.4 液壓支架支部件設(shè)計(jì)26 3.4擬定液壓系統(tǒng)31 第四章. 支架的受力分析與計(jì)算31 4.1 支架的工作狀態(tài)31 4.2 支架載荷的確定32 4.3 支架受力分析33 4.3.1各主要參數(shù)的影響33 4.4支架的受力計(jì)算35 5.底座的強(qiáng)度計(jì)算與校核40 第六章.推移千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算44 6.1 缸筒徑和缸壁厚度的計(jì)算44 6.1.1缸體徑的確定44 6.1.2千斤頂缸體壁厚的計(jì)算44 6.2推移千斤頂?shù)膹?qiáng)度驗(yàn)算45 6.2.1推移千斤頂穩(wěn)定性驗(yàn)算45 6.2.2活塞桿強(qiáng)

3、度驗(yàn)算46 6.2.3缸體強(qiáng)度計(jì)算47 6.2.4缸體與缸底焊縫強(qiáng)度計(jì)算48 第七章.液壓支架的使用和維護(hù)48 7.1 液壓支架操作48 7.1.1　操作前的準(zhǔn)備48 7.1.2　操作方式與順序48 7.1.3支架使用中的注意事項(xiàng)49 7.2 液壓支架操作維護(hù)要求50 結(jié)束語51 參考文獻(xiàn)52 辭53 65 / 65 1.緒 論 第一章 綜述 1.1國外主要產(chǎn)煤國家綜采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 綜合機(jī)械化采煤是煤礦開采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。80年代末以來，世界主要產(chǎn)煤國家高產(chǎn)高效綜采技術(shù)迅速發(fā)展，特別是美國、

4、澳大利亞、德國、英國和南非發(fā)展最快。綜采工作面高產(chǎn)高效紀(jì)錄不斷刷新，綜采裝備新技術(shù)層出不窮。 均年產(chǎn)145．4萬t洗精煤，平均工效274t／(工*d)，工作面搬家(包括設(shè)備安裝)時(shí)間平均684人工/面。工作面平均長度240 m，最大長度335m。 1994年平均班產(chǎn)進(jìn)一步提高，其中，前10個(gè)工作面年平均班產(chǎn)達(dá)到5998t洗精煤，相當(dāng)于年產(chǎn)400萬t以上的水平。沙莫羅克公司(SHAMR0CK)的被克佛克礦在123個(gè)小班中產(chǎn)煤166萬t，相當(dāng)于月產(chǎn)83萬t;塞普路斯阿馬克斯煤炭公司卡姆博蘭德礦1995年6月達(dá)到月產(chǎn)洗精煤57．3萬t的紀(jì)錄，阿科煤炭公司的西皮庇礦1994年11月創(chuàng)造了日產(chǎn)4.5萬

5、t的世界紀(jì)錄,當(dāng)月產(chǎn)量50余萬t。美國1994年共有80個(gè)長壁工作面，其中有70個(gè)工作面是電液控制的工作面，占87．5％，使用兩柱掩護(hù)式支架73套，四柱支撐掩護(hù)式支架7套，兩柱掩護(hù)式支架占91．25％，支架工作阻力大部分在7000—8000 kN，最大的兩柱掩護(hù)式支架工作阻力達(dá)到9800kN。普遍裝備大功率電牽引重型采煤機(jī)組和大功率、大運(yùn)量、高可靠性刮板輸送機(jī)。 澳大利亞近10年來綜采發(fā)展很快，綜采工作面數(shù)量從1980年的3個(gè)增加到1994年的25個(gè)，井工效率達(dá)到17．71t／工?？频蠣柨怂沟V和巴波尼礦的綜采工作面年產(chǎn)量已超過300萬t。為使綜采產(chǎn)量持續(xù)增長，近幾年來澳大利亞采取了一

6、系列措施，包括改革勞動(dòng)制度，采用各種新設(shè)備、新技術(shù)，綜采工作面優(yōu)選世界各國最先進(jìn)的重型高效裝備，實(shí)現(xiàn)一井一面，集中化生產(chǎn)。 英國和德國是世界上綜采技術(shù)裝備最先進(jìn)的國家，由于受其自然煤層賦存條件的限制，其高產(chǎn)高效工作面的紀(jì)錄不如美國和澳大利亞，但世界著名的采煤機(jī)械公司主要集中在德國和英國。近年來，由于國際采礦業(yè)市場(chǎng)的不景氣和激烈競(jìng)爭，導(dǎo)致各公司的相互兼并，形成幾個(gè)大跨國公司。為占領(lǐng)市場(chǎng)，各公司不斷開發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品。 世界主要產(chǎn)煤國家技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表l—l。 高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的核心是工作面綜采設(shè)備，近10年來，工作面三大配套設(shè)備——采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支

7、架，在設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)上都有了重大發(fā)展，主要是提高設(shè)備生產(chǎn)能力和可靠性，改進(jìn)操作性能。 采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)突破是采用了多電機(jī)電牽引技術(shù)，大大簡化了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。采煤機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)使機(jī)器的維護(hù)和監(jiān)測(cè)更加簡便，可靠性更高。現(xiàn)代先進(jìn)采煤機(jī)的主要特點(diǎn)是：①多電機(jī)交流變頻調(diào)速或直流調(diào)速電牽引，牽引速度不斷提高，最大牽引速度已達(dá)到29m/min；⑦大功率、高電壓、大截深．采煤機(jī)裝機(jī)功率超過1200kw，現(xiàn)行l(wèi)100V工作電壓已不適應(yīng)大功率采煤機(jī)的要求，美國目前常用電壓為2300V，部分工作面開始運(yùn)用4160V電壓；英國、澳大利亞使用3300V電壓；法國使用5000v電壓；波蘭使用6000v電壓。采煤機(jī)截

8、深達(dá)到1—1．2m；③積木式結(jié)構(gòu)，各單元之間沒有機(jī)械動(dòng)力傳動(dòng)，簡單可靠；④其中更先進(jìn)的設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)滾筒自動(dòng)導(dǎo)向，其實(shí)質(zhì)是煤巖界面探測(cè)技術(shù)，它能自動(dòng)識(shí)別煤巖界面．并據(jù)此自動(dòng)調(diào)節(jié)滾筒截割高度；⑤煤塵控制和故障診斷系統(tǒng)。 隨著采煤機(jī)功率加大，產(chǎn)量提高，工作面刮板輸送機(jī)也發(fā)展成為大功率、高強(qiáng)度、高可靠性的運(yùn)輸設(shè)備。目前工作面刮板輸送機(jī)最大工作長度已達(dá)335m,最大輸送能力達(dá)3500t/h,最大功率1412kW，表1-2中列出了幾種國外先進(jìn)刮板輸送機(jī)的技術(shù)特征。 圖1-2 工作面刮板輸送機(jī)的技術(shù)特性 先進(jìn)瓜板輸送機(jī)的主要特點(diǎn)是：①整體鑄造溜槽或組合

9、焊接溜槽，減少了螺栓連接，提高了可靠的性。使用壽命達(dá)到600~1200萬t過煤量；②采用 38mm、 42mm大直徑刮板鏈；③采用軟啟動(dòng)技術(shù)，使用雙緩液力偶合器或排水型偶合器，配有程序邏輯控制器控制水的流速。軟啟動(dòng)大大提高了輸送機(jī)的可靠性，使鏈子和鏈輪的壽命加倍；④故障診斷和工況監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以以連續(xù)監(jiān)測(cè)輸送機(jī)各部件的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。 液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，近10年來主要的發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(1．75m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強(qiáng)度鋼材，例如屈服極限69M

10、Pa以上的鋼板，支架的壽命和可靠性要求大大提高，有些公司要求支架的耐久性試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)達(dá)5000次。支架的壽命達(dá)14年以上。 液壓支架技術(shù)另一重大突破是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁(或微電機(jī))控制的先導(dǎo)閥．先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時(shí)間達(dá)到6—8入配合采煤機(jī)的煤巖識(shí)別系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)控制。 1.2我國綜采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀幾存在的問題 我國自1973年開始大規(guī)模引進(jìn)德國、英國等國家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進(jìn)提高的過程。到目前已形成了較完整的設(shè)計(jì)、制造和

11、科研體系。先后研制試驗(yàn)成功經(jīng)濟(jì)型綜采成套設(shè)備；薄煤層、中厚煤層和大采高綜采成套設(shè)備，特厚煤層分層機(jī)械化鋪網(wǎng)液壓支架系列與成套設(shè)備和工藝；放頂煤液壓支架系列與成套設(shè)備和工藝。1995年全國共有243個(gè)綜采工工作面，統(tǒng)配煤礦綜合機(jī)械化程度達(dá)到46.66%．工作面平均工效25．077t／工，全國有65個(gè)年產(chǎn)百萬噸以上的綜采隊(duì)，其中9個(gè)隊(duì)年產(chǎn)達(dá)到200萬t以上，2個(gè)隊(duì)年產(chǎn)達(dá)到300萬t以上，兗州南屯煤礦綜二隊(duì)1995年年產(chǎn)達(dá)到315萬t，最高月產(chǎn)34．7萬t，創(chuàng)出我國高產(chǎn)高效的最好紀(jì)錄 一、高產(chǎn)高效礦井建設(shè)取得重大成績 我國從1993年開始組織高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，到1995年已建成56個(gè)高產(chǎn)高效礦井

12、。在產(chǎn)量增加9.1％的基礎(chǔ)上，平均工效達(dá)到6.23ｔ／工，提高2.9ｔｔ／工。工作面平均個(gè)數(shù)由149個(gè)減到107，減少原煤生產(chǎn)人員7萬人，實(shí)現(xiàn)了一井一面或一井兩面的生產(chǎn)模式，向集約化生產(chǎn)邁出可喜的一步。 高產(chǎn)高效工作面裝備，因地制宜采取3種模式，第一種是全套引進(jìn)國際先進(jìn)裝備，如集團(tuán)大柳塔煤礦，全套引進(jìn)德、英、美等國家先進(jìn)裝備，學(xué)習(xí)國處高產(chǎn)高效礦進(jìn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，走高起點(diǎn)、高投入、高產(chǎn)出、高效益的道路；第二種模式是引進(jìn)與國產(chǎn)相結(jié)合，引進(jìn)國外先進(jìn)采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，配套國先進(jìn)設(shè)備，如兗州屯煤礦等；第三種模式是立足國設(shè)備，優(yōu)選各種國產(chǎn)先進(jìn)設(shè)備，優(yōu)化系統(tǒng)配套，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，如鐵法曉南煤礦試驗(yàn)成

13、功國產(chǎn)日產(chǎn)7ｋｔ綜采成套設(shè)備。國幾個(gè)著名高產(chǎn)高效工作面裝備情況見下表 二、機(jī)械化鋪網(wǎng)分層開采和放頂煤技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平 我國自8年代中期開始進(jìn)行特厚煤層分層開采機(jī)械化鋪網(wǎng)液壓支架與配套技術(shù)的攻關(guān)，取得重要成果，研制試驗(yàn)成功兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式鋪網(wǎng)支架系列，義馬。、等礦區(qū)在特厚煤層分層鋪網(wǎng)技術(shù)方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，礦務(wù)局古書院煤礦分層鋪網(wǎng)工作面年放達(dá)到200萬ｔ，達(dá)到世界先進(jìn)水平。 綜采放頂煤技術(shù)50年代末起源于歐州，經(jīng)過數(shù)十年的試驗(yàn)和使用在世界近10個(gè)國家得到發(fā)展，然而進(jìn)入80年代以來，這一技術(shù)在國外已奄奄一息，不但美、英、德、澳等國家不再采用，連放頂煤技術(shù)發(fā)展最早的法國、匈牙

14、利、南斯拉夫和俄羅斯等也極少采用。其主要原因是：1.受客觀條件的限制，適合放頂煤開采的煤層少；2.受嚴(yán)格的安全規(guī)程放頂煤技術(shù)自身弱點(diǎn)和復(fù)雜性的制約；3.環(huán)保要求；4.傳統(tǒng)綜采的效益優(yōu)勢(shì)。 　　　近年來，綜采放頂煤技術(shù)在我國得發(fā)展和廣泛普與，綜采放機(jī)煤采煤在成為一種高產(chǎn)高效采煤方法，1995年全國65個(gè)綜采百萬噸創(chuàng)水平隊(duì)中有23個(gè)是綜采放頂煤隊(duì)，占35.4％，其中，年產(chǎn)200萬ｔ以上的9個(gè)綜采隊(duì)中有6個(gè)是綜采放頂煤隊(duì)。目前全國已有70多個(gè)綜采放頂煤工作面，并且，正以很快的速度在發(fā)展。我國放頂煤技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。 三、綜采設(shè)備研制有了新的發(fā)展 “八五”期間，適應(yīng)高產(chǎn)高效工作面生產(chǎn)要求的

15、大功率、高效綜采設(shè)備有了較大發(fā)展。我國部分綜采設(shè)備已開始出口美國、俄羅斯、印度和土耳其。 研制成功MG2×400-W型滾筒采煤機(jī)，液壓牽引，裝機(jī)功率2×400KW、運(yùn)輸能力1500t/h，鋪設(shè)長度250m，鑄造槽幫，2×Φ34雙中鏈交叉?zhèn)刃稒C(jī)頭，雙行星減速器，雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)，傳動(dòng)部可平行或垂直布置，過煤量200萬t等特點(diǎn)。長家口煤機(jī)廠、西北煤機(jī)一廠等重點(diǎn)輸送機(jī)廠分別與國際長壁公司和威斯特伐利亞公司等合作，開發(fā)槽寬1000mm，運(yùn)輸能力2000～2500t/h，功率2×575kW，過煤量500萬t以上的刮板輸送機(jī)等設(shè)備，目前正處于試制階段。 液壓支架設(shè)計(jì)研究取得重要進(jìn)展，主要在以下方面：

16、 （1）設(shè)計(jì)理論和方法有了突破。煤炭科學(xué)研究總院開采研究所對(duì)支架力學(xué)特性進(jìn)行了深入的研究，提出了液壓支架三維力學(xué)模型的計(jì)算方法，克服了傳統(tǒng)平面力系方法的缺陷，提出了液壓支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，開發(fā)出液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算通用軟件系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用，使我國液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算提高到一個(gè)新水平。 ?。?）完成液壓支架計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)的研究，把有限無方法成功地用于液壓支架的研究，建立了液壓支架整體有限無模型，開發(fā)SSTS液壓支架模擬試驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真軟件系統(tǒng)，大大提高了液壓支架設(shè)計(jì)的可靠性廣泛應(yīng)用于液壓支架設(shè)計(jì)研究，達(dá)到國際先進(jìn)水平，為我國液壓支架打入國際市場(chǎng)發(fā)揮了重要作用。 （3）技術(shù)規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)取得

17、重要進(jìn)展。我們已先后制定液壓支架系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)17項(xiàng)，成為國際上液壓支架標(biāo)準(zhǔn)較完善的國家之一，促進(jìn)了液壓支架技術(shù)的發(fā)展。 （4）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)有了較大發(fā)展。開發(fā)了ＣＡＤ工作站和微機(jī)ＣＡＤ系統(tǒng)，建成了較完整的液壓支架數(shù)據(jù)庫和通用圖庫，并正在逐步實(shí)現(xiàn)支架設(shè)計(jì)ＣＡＤ化。 （5）液壓支架控制系統(tǒng)有了重大進(jìn)步。根據(jù)我國國情研制的全液壓手動(dòng)控制快速移架系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使支架降、移、升速度大幅度提高，由過去的20～30s/架，提高到9～12s/架。 （6）新架型研制成績顯著，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善。新型高可靠性支架，反向四加桿高產(chǎn)高效低位放頂煤支架，適應(yīng)中小煤礦的單一煤層采用輕型支架和輕型單擺桿放

18、頂煤支架均取得成功。 四、我國綜采技術(shù)發(fā)展中存在的問題 （1）我國煤層賦存條件復(fù)雜，老礦井受生產(chǎn)系統(tǒng)制約，綜采效率難以發(fā)揮。我國大部分礦井井型較小，生產(chǎn)系統(tǒng)不適應(yīng)集中生產(chǎn)的要求。巷道斷面小，支護(hù)質(zhì)量差，掘進(jìn)設(shè)備落后，進(jìn)度慢，運(yùn)輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，輔助運(yùn)輸落后。工作面長度、采煤機(jī)截深、采區(qū)長度等工作面參數(shù)都比較小。 （2）職工隊(duì)伍素質(zhì)差，許多綜采隊(duì)以農(nóng)民輪換工為主，文化基礎(chǔ)差，隊(duì)伍不穩(wěn)定。管理水平低，管理模式落后，管理層次多，扯皮現(xiàn)象嚴(yán)重。 （3）煤炭企業(yè)普遍經(jīng)濟(jì)效益較差，負(fù)擔(dān)重，技術(shù)改造任務(wù)難度大，資金投入嚴(yán)重不中，以致發(fā)展后勁不足，一些礦井沒有設(shè)備更新能力，機(jī)械給出現(xiàn)倒退局面。 （4）小

19、煤窯濫采濫挖現(xiàn)象嚴(yán)重。一方面造成對(duì)國有煤礦的市場(chǎng)沖擊，成為影響綜采發(fā)展的一個(gè)消極因素。 （5）科研投入嚴(yán)重不足。科研單位創(chuàng)收成為主要目標(biāo)，技術(shù)攻關(guān)力量不足，科研成果低水平循環(huán)現(xiàn)象嚴(yán)重。 （6）由于受價(jià)格和基礎(chǔ)工業(yè)水平的影響，我國煤機(jī)制造質(zhì)量、產(chǎn)品性能和可靠性距世界先進(jìn)水平還有較大差距。特別是采煤機(jī)、工作面輸送機(jī)、液壓支架電液控制技術(shù)、采區(qū)供電技術(shù)、工況監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)等，與國際先進(jìn)水平相比不存在較大差距。 1.3綜采礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理配套 綜采礦井生產(chǎn)系統(tǒng)配套設(shè)備，除包括直接與綜采工作面刮板輸送機(jī)連接的順槽機(jī)、破碎機(jī)與帶式輸送機(jī)外，還應(yīng)包括提升設(shè)備、掘進(jìn)與支護(hù)設(shè)備、工作

20、面供電設(shè)備、通風(fēng)排水設(shè)備等。要保證綜采工作面設(shè)備效能的充分發(fā)揮，必須保還生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)具有足夠的通過能力和適應(yīng)能力。即要保證提升能力大于運(yùn)輸環(huán)節(jié)能力，運(yùn)輸環(huán)節(jié)能力大于工作面生產(chǎn)能力；要保證掘進(jìn)速度、通風(fēng)能力與供電能力適應(yīng)廣工作面實(shí)際需求。 掘進(jìn)速度跟不上綜采工作面的推進(jìn)速度是一個(gè)大問題。礦井的不合理布局．必然導(dǎo)致巷道掘進(jìn)量的增加。美國將主并、副井直接布置在可采煤田中．不僅大大減少／巷道掘進(jìn)量(無巖巷掘進(jìn))，而且簡化了運(yùn)輸系統(tǒng)。目前我掘嚴(yán)重失調(diào)的主要原因就是掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)中，支護(hù)作業(yè)未能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，須盡快推廣掘進(jìn)支護(hù)“錨桿化”。錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高掘進(jìn)速度，改善巷道支護(hù)質(zhì)量，減少輔

21、助作業(yè)時(shí)間，而且解決了綜采工作面的端頭支護(hù)問題。有的煤礦兩個(gè)工作面共用一套運(yùn)輸系統(tǒng)，造成產(chǎn)運(yùn)不相適應(yīng)的矛盾。主運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸能力一般偏低，不能與高產(chǎn)高效綜采工作面生產(chǎn)能力相匹配，故須對(duì)現(xiàn)有它運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行改造。如皮帶輸送機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)自移機(jī)尾、閉環(huán)控制緊裝置的功能。又如占有90％以上的交流拖動(dòng)提升應(yīng)采用Pc控制技術(shù)。這些技術(shù)措施的實(shí)施，不僅提高了運(yùn)輸能力相提升能力，而巳會(huì)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 1.4液壓支架的應(yīng)用和意義 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)對(duì)煤炭需要量的日益增加，煤礦開采，特別是采煤工作面的生產(chǎn)技術(shù)面貌發(fā)生了巨大的變化。自1954年英國裝備了世界上第一個(gè)液壓支架工作面開始，采煤技術(shù)實(shí)現(xiàn)

22、了綜合機(jī)械化。綜合機(jī)械化。就是工作面采煤、運(yùn)輸和支護(hù)三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是現(xiàn)機(jī)械化。也就是說，采用滾筒式或刨削式等采煤機(jī)械落煤與裝煤；工作面重型可彎曲運(yùn)輸機(jī)，以與與之適應(yīng)的順槽機(jī)和可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)等運(yùn)煤；自移式液壓支架支護(hù)和管理頂板。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機(jī)械化采煤設(shè)備。 液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)支撐、降落移架和推移運(yùn)輸機(jī)等一整套工序。液壓支架技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，安全上可靠，當(dāng)前世界各國都在不斷地提高采煤工作面的綜合機(jī)械化水平。 我國于1964年開始研制液壓支架，到目前已經(jīng)取得可較

23、好的效果。1974年以來，從西德、英國、聯(lián)和波蘭等國引進(jìn)了許多不同類型的液壓支架。實(shí)踐證明，液壓支架具有強(qiáng)度高、支護(hù)性能好、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能使采煤工作面達(dá)到高產(chǎn)量、高回采率和高工效，能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本和掘進(jìn)率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。 1.5液壓支架的發(fā)展?fàn)顩r與存在問題 1.5.1液壓支架的發(fā)展?fàn)顩r 作為綜采工作面關(guān)鍵設(shè)備的液壓支架，經(jīng)歷了幾個(gè)階段的發(fā)展過程。50年代英國研制的垛式支架和法國研制的節(jié)式支架代替了木支柱、金屬摩擦支柱、液壓支柱，開辟了采煤工作面支護(hù)設(shè)備的技術(shù)革命；60年代前聯(lián)研制并改進(jìn)的OMKT型掩護(hù)式支架(具有四連桿機(jī)構(gòu))，從根本上解決了支架梁端距變化大和不

24、能承受水平力的問題，開辟了液壓支架設(shè)計(jì)的新時(shí)代；70年代主要產(chǎn)煤國家都在不斷改善支架結(jié)構(gòu)，完善支架性能，實(shí)現(xiàn)了支架的“立即支護(hù)”力式；80年代以來，為提高生產(chǎn)率和降低成本，在液壓支架的設(shè)計(jì)和研制中應(yīng)用了許多高新技術(shù)，特別是液壓支架的性能相自動(dòng)化程度有f大幅度提高。如美國、澳大利亞的大部分長壁工作面部采用了電液控制技術(shù)，可對(duì)液壓支架的各種動(dòng)作功能進(jìn)行多種方式的程序控制相性能監(jiān)測(cè)。90％以上的美國長壁綜采工作面使用了電液控制兩拄掩護(hù)支架，其額定工作阻力最高可達(dá)9800kN，初撐比為0.7~0.85，移架循環(huán)時(shí)間大多小于10s。 我國從1958年開始設(shè)計(jì)掩護(hù)式支架．從1964年開始由專門研究室全面

25、開展架型與閥類的攻關(guān)。1970年在首次全工作面裝備了Tz—140型垛式液壓支架。至70年代中期，研制了QY型掩護(hù)支架和ZY35型支撐掩護(hù)支架。80年代以來，開發(fā)了適用于堅(jiān)硬頂板的大噸位TZ—720型支架，分層開采自動(dòng)鋪聯(lián)網(wǎng)支架、放頂煤液壓支架與大流量安全閥相操縱閥等。到目前為止，適于我國實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的網(wǎng)產(chǎn)液壓支架有20余種架型，其中用于緩傾斜中厚煤層和緩傾斜厚煤層的各占一半。適用于緩傾斜，中厚煤層高產(chǎn)高效的液壓支架的代表件型號(hào)有QY200—14／31、BY3300—]3／33、ZY35或BC400-17／35、TZ720—20．5／32、ZY550—13／29、ZY560k等。適用緩傾斜厚煤層

26、高產(chǎn)高效的液壓支架分為機(jī)械化鋪聯(lián)網(wǎng)支架、 一次采全高支架和放頂煤支架三大類。底座后部自動(dòng)鋪底網(wǎng)支架(如BC7A400—17／35、PY3200—17／35型)使用效果較好。BY3200-23／45、QY350—25／47；BC4800—22／42、ZY560—25／4等大采高支架獲得年產(chǎn)超百萬噸的效果。放頂煤支架分為單輸送機(jī)插腿式開天窗、雙輸送機(jī)插板式、雙輸送機(jī)開天窗式三大類．其代表架型分別為ZFD5600—26／30、FY2800—14／28、ZFS5200—16／32。與國外同類產(chǎn)品相比，這些支架的移架速度較慢（—般為20—30s)、初撐比較低(一般為0.52— 0.77，實(shí)測(cè)僅為0.2

27、5~0.4)。 1.5.2存在問題 液壓支架經(jīng)歷了研制試驗(yàn)、引進(jìn)仿制和改進(jìn)創(chuàng)新階段，直到現(xiàn)在的獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造階段。特別是對(duì)液壓支架的架型與結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和研究投入了大量的人力物力，達(dá)到了國外同期先進(jìn)水平。然而在液壓支架與其液控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性、液壓支架電液控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面的研究起步較晚，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些先進(jìn)國家。尤其對(duì)液壓支架液壓系統(tǒng)與其控制技術(shù)方面的研究投入較少，存在的問題最為突出，成為制約液壓支架發(fā)展的主要因素。 在我國的工業(yè)領(lǐng)域中，液壓支架等煤礦機(jī)械的設(shè)計(jì)水平和技術(shù)水平相對(duì)落后于其他行業(yè)， 主要表現(xiàn)在：設(shè)計(jì)中以靜態(tài)的、經(jīng)驗(yàn)的方法為主；各種工序中工作機(jī)構(gòu)動(dòng)作和各種工況轉(zhuǎn)換的控

28、制還是以手動(dòng)為主；工作過程中在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的技術(shù)還比較落后，對(duì)許多綜采工作面而言還是空白。導(dǎo)致以上落后局面的主要原因是： (1)對(duì)工作面的一切設(shè)備和儀器都有防爆要求，控制系統(tǒng)的電源必須是本安型； (2)工作面空間很小，所有裝置的體積和形狀都受到一定的限制； (3)在有限空間密集布置相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備與其控制系統(tǒng)，抗干擾問題是一個(gè)重大難題； (4)支架距泵站較遠(yuǎn)(用于遠(yuǎn)距離供液)，壓力損失和管路振動(dòng)等問題較為嚴(yán)重； (5)液壓支架具有降、移、升、推相調(diào)架等工序，有時(shí)出現(xiàn)同架不同工序的組合作業(yè)、或不同架一樣或不同工序的組合作業(yè)，給液壓支架的自動(dòng)控制帶來了許多困難。 目前在采煤工作面的機(jī)械化生

29、產(chǎn)作業(yè)中，主要存在著兩大問題。其一是支護(hù)速度太慢，難以適應(yīng)高產(chǎn)高效生產(chǎn)的需要，特別是不能與采煤機(jī)牽引速度相匹配；其二是工作面支架初撐力嚴(yán)重不足不均，給工作面頂板的管理、維護(hù)和安全生產(chǎn)帶來許多困難，有時(shí)嚴(yán)重影響工作面的正常生產(chǎn)。支護(hù)速度主要取決于移架速度(即完成液壓支架降、移、升等動(dòng)作的快慢)，它直接影響著工作面的產(chǎn)煤量。液壓支架初撐力決定著液壓支架與頂板之間控制與被控制的特性關(guān)系。頂板管理不好，必然影響移架速度的正常發(fā) 揮，從而間接影響工作面的產(chǎn)煤量。提高移架速度，必然要求提高泵站額定流量、供液系統(tǒng)大通徑管路和閥件的承壓能力。然而，大流量高壓力的乳化液泵、液壓閥件、大通徑高壓膠管等的研制有相

30、當(dāng)大的難度。德國、英國、日本等國家在這一方面的研究有所突破，而我國在這一方面的研究相對(duì)落后，目前還沒有適用于高產(chǎn)高效工作面的配套產(chǎn)品。 此外．液壓支架的設(shè)計(jì)、研究與采場(chǎng)礦山壓力的研究之間存在著明顯的脫節(jié)問題。對(duì)液壓支架的研究，一般是在假定液壓支架載荷的前提下來研究其性能；面對(duì)礦山壓力的研究又未能顧與到液壓支架動(dòng)態(tài)特性的影響。然而，事實(shí)上液壓支架和采場(chǎng)圍巖之間存在著密不可分的、相互作用的動(dòng)態(tài)關(guān)系。 1.6液壓支架的研究動(dòng)態(tài) 為了進(jìn)一步改善支架性能和提高移架速度，還須迅速研制并推廣大流量支架用閥、大通徑液壓膠管、初撐力保證閥或自動(dòng)增壓閥以與高壓變?nèi)榛罕?。須加快電液控制系統(tǒng)的開發(fā)和

31、支架供液系統(tǒng)和液控系統(tǒng)的優(yōu)化。還須開發(fā)研究等壓雙伸縮立柱和能夠克服剛性四連桿機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)的新架型等。此外，對(duì)于綜采放頂煤工作面，移架速度問題不是十分突出。但無論是分層開采還是放頂煤開采，對(duì)降低工作面供液系統(tǒng)的壓力，提高支架初撐力的要求還是十分迫切。由此可見，自動(dòng)增壓初撐系統(tǒng)有一定的應(yīng)用前景。氣垛支架以其整體性能好、穩(wěn)定性好、抗沖擊載荷能力強(qiáng)、初期投資少和操作維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，在薄煤層和急傾斜煤層支護(hù)中已經(jīng)取得了一席之地。變流量變壓力乳化液泵等新產(chǎn)品的研制，將會(huì)大大改善支架供液系統(tǒng)的特性。 針對(duì)影響移架速度的因素分析和提高移架速度的方法和途徑，已有不少文獻(xiàn)給予論述，指出影響移架速度的主要因素有系統(tǒng)的

32、額定流量和額定壓力、供液系統(tǒng)管路的通徑與閥件的過流量、液壓支架立柱升降行程和推移千斤頂?shù)男谐?、立?；钪睆脚c活塞直徑的比值、支柱與頂梁重量等；而提高移架速度的主要措施有：增加泵站流量、采用電液自動(dòng)控制、利用大流量閻件、改進(jìn)液壓支架的進(jìn)液和回液系統(tǒng)。目前液壓支架移架速度的計(jì)算方法僅為靜態(tài)汁算，只反映了移架動(dòng)作的操作時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間。對(duì)于動(dòng)態(tài)特性較差的支架液壓系統(tǒng)、其得架動(dòng)作過程所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過靜態(tài)計(jì)算的運(yùn)行時(shí)間。要保證實(shí)施煤炭工業(yè)部關(guān)于初撐力的規(guī)定要求(達(dá)到設(shè)計(jì)韌撐力的80％以上)，往往需要保證l0一30s的升柱和切撐供液時(shí)間。 關(guān)于液壓支架初撐力問題存在的原因以與解決這—問題的方法和

33、途徑，一些文獻(xiàn)從不同的角度給予了大量的探討。文獻(xiàn)指出泵站實(shí)際調(diào)定壓力較低只有一定的波動(dòng)、遠(yuǎn)距離供液壓力損失嚴(yán)重、頂?shù)装宀黄椒锤∶汉透灥挠绊?、不能保證液壓支架的初撐時(shí)間以與多人操作或多架同時(shí)操作等因素是導(dǎo)致液壓支架初撐力本足不均的主要原因；而增大大校直徑和數(shù)目、提高泵站壓力、采用雙供液系統(tǒng)、監(jiān)油工作面支護(hù)質(zhì)量、增設(shè)韌撐力保證閥等提高切撐力的方法相措施都存在著一定的不足。為了提高移架速度，就很難保證初撐時(shí)間，從而不能保證初撐力達(dá)到規(guī)定要求?？梢娞岣咭萍芩俣群吞岣咭簤褐Ъ艹鯎瘟χg存在著矛盾。 電液控制技術(shù)在液壓支架上的應(yīng)用能夠提高液壓支架的自動(dòng)化程度和移架速度(將不同工序或不同支架的操

34、作時(shí)間間隔縮短到最小程度)，能夠?qū)崿F(xiàn)定壓初撐和遠(yuǎn)距離程序控制等功能。帶壓移架控制系統(tǒng)可以以實(shí)現(xiàn)液比支架卸載扣移架工序的同步化相自動(dòng)化，改善了液壓支架的支護(hù)特性和控頂效果，消除了液壓支架的升降行程，故在一定程度上可提高移架速度。二柱掩護(hù)支架因立柱數(shù)目少、操作簡便、侈架速度快等優(yōu)點(diǎn)，在國外得到了廣泛的應(yīng)用。然而平衡干斤頃與其連接耳座的損壞問題一直沒有得到很好的解決。初撐增壓閥的研究和開發(fā)，可用于解決初撐力問題，同時(shí)有助于解除高壓力和大流量的制約關(guān)系。但體積和重量過大、在支架上難以設(shè)置等因素，是初撐增壓閥難以得到應(yīng)用的根本原因。 電液控制技術(shù)、帶壓移架控制系統(tǒng)、初撐增壓閥的研究和應(yīng)用，旨在

35、改善液壓支架的支護(hù)特性、提高移架速度和初撐力。二柱掩護(hù)支架的大量使用也是與該架型移架速度快有關(guān)。由此可見，移架速度和初撐力問題是研究和設(shè)計(jì)液壓支架與其液壓系統(tǒng)的核心問題。要從根本上解決這兩個(gè)相互制約的核心問題，還需要從研究液壓支架與其液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性為突破口。 基于液壓支架在國外的發(fā)展?fàn)顩r和研究動(dòng)態(tài)，設(shè)計(jì)人員認(rèn)為研究液壓支架與其液控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)持性，分析決定液壓支架支護(hù)持性二核心要素(移架速度和切撐力)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，解除大流量與高壓力的相互制約關(guān)系是亟待解決的重大問題。 1.7液壓支架的發(fā)展動(dòng)向 近幾年來，為適應(yīng)采煤綜合機(jī)械化的發(fā)展需要，液壓支架獲得了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了很多類型，據(jù)統(tǒng)計(jì)

36、，它的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)達(dá)到數(shù)百種。每種支架的支柱從一根到八根，支撐力從50噸到800噸，支架的適應(yīng)煤層厚度的圍從0.6到5.0米，以至更厚的煤層，適應(yīng)煤層傾角由到，甚至左右 。在緩傾薄與中厚煤層中，液壓支架已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，但是由于煤層賦存條件復(fù)雜，支架的結(jié)構(gòu)還不夠完善，設(shè)備還需要管理和操作經(jīng)驗(yàn)，所以液壓支架的使用圍受到限制。 為了改進(jìn)支架的支護(hù)性能，提高它對(duì)礦山地質(zhì)條件的適應(yīng)性，擴(kuò)大使用圍，延長使用壽命，目前液壓支架有下列幾方面的發(fā)展動(dòng)向： 1 大力發(fā)展掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，對(duì)其他型式的支架，應(yīng)用逐漸機(jī)減少。1976年國際采礦設(shè)備展覽會(huì)展出的89種液壓支架中，有80%是掩護(hù)式支架，這些

37、支架的主要特點(diǎn)是：采用四連桿機(jī)構(gòu)，使梁斷和煤壁之間的距離基本保持恒定；支柱支在頂梁上，提高了支架的工作阻力；頂梁和掩護(hù)梁鉸接，取消了兩者間易被鉛石阻塞的三角區(qū)；掩護(hù)梁和頂梁的主梁部分均裝設(shè)側(cè)護(hù)板，提高了支架的防護(hù)能力；采用整體自移式，便于支架操作和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 2 液壓支架的進(jìn)一步發(fā)展，是著重解決擴(kuò)大使用圍的問題。目前，各國正在研制大傾角、大采高、大截深和薄煤層支架，并使支架和菜煤機(jī)更好的配合。近幾年來，國外正在研制一次截深1.5米左右或一次采高5.5米的液壓支架。同時(shí)，為擴(kuò)大支架適應(yīng)的高度圍，廣泛采用雙伸縮式支柱。 3 采用高壓乳化液泵，以提高支架的初撐力，很多國家使用的泵站壓力已達(dá)到

38、300公斤/以上。 4 為了簡化支架管路系統(tǒng)和便于安全操作，開始采用“多芯管”先導(dǎo)式鄰架控制的操縱方式。 5 為了加快支架的移設(shè)速度，進(jìn)一步改善操作條件，支架控制正在向自動(dòng)控制方向發(fā)展。目前，分組程序控制已經(jīng)開始使用，全工作面的自動(dòng)控制和處在研究階段。 2.液壓支架設(shè)計(jì)介紹 2.1 液壓支架的工作原理 液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液（這里采用水包油型乳化液）作為動(dòng)力由液壓操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，液壓油缸和金屬構(gòu)件組成。來自泵站的高壓乳化液，經(jīng)主進(jìn)液管送到工作面，并與每架支架的進(jìn)液截止閥相連導(dǎo)入支架，再經(jīng)過組合操縱閥配液到各液壓缸，以完成支架所需的各項(xiàng)動(dòng)作。從支架回流的低壓乳化液

39、通過組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環(huán)使用。 支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度與撐在支架頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當(dāng)頂板壓力超過立柱安全閥限定壓力時(shí)，安全閥開啟釋放出立柱中的液體進(jìn)行讓壓，當(dāng)頂板壓力下降到立柱工作阻力時(shí)，安全閥關(guān)閉進(jìn)行保壓承載。 2.2支架的組成 液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。 （1） 金屬結(jié)構(gòu)件主要有頂梁、掩護(hù)梁、前梁、上連桿、前連桿、后連桿、底座、側(cè)護(hù)板、護(hù)幫板等。 （2） 缸主要有雙作用雙伸縮

40、立柱、推移千斤頂、側(cè)護(hù)千斤頂、前梁千斤頂?shù)取? （3） 液壓控制元件主要有液壓控制閥、操縱閥、雙向鎖、安全閥、截止閥等與液壓輔助元件等。 2.3 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件與其作用 2.3.1 頂梁 頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負(fù)荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，以滿足強(qiáng)度和剛度要求。 其主要作用是： （1） 接頂板巖石與煤的載荷； （2） 反復(fù)支撐頂煤，可對(duì)比較堅(jiān)硬的頂煤起破碎作用； （3） 隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。 本支架采用分段組合式頂梁結(jié)構(gòu)（剛性頂梁＋伸縮前梁），強(qiáng)度高，對(duì)頂板維護(hù)較好；另外，在頂梁前部還布置有起吊耳，可方便吊

41、掛較小的機(jī)件。 2.3.2 掩護(hù)梁 1－護(hù)幫板耳座；2－側(cè)推千斤頂座；3－側(cè)護(hù)板；4－側(cè)推千斤頂； 5－前連桿耳座；6－后連桿耳座；7－護(hù)幫千斤頂耳座；8－彈簧筒； 9－插板千斤頂耳座 圖2－1　掩護(hù)梁 掩護(hù)梁分別與底座和掩護(hù)梁千斤頂，其主要作用有： （1） 承受下部頂板傳給的水平分力和側(cè)向力，增強(qiáng)支架的抗扭性能； （2） 掩護(hù)梁與掩護(hù)梁千斤頂，保證支架的穩(wěn)定性； （3） 阻擋后部落煤，維護(hù)工作空間。 2.3.3 底座 底座是將頂板承受的壓力通過立柱傳遞到底板并穩(wěn)定支架的主要結(jié)構(gòu)件。該支架設(shè)計(jì)為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓。

42、該型底座的缺點(diǎn)是在推移機(jī)構(gòu)外易積存浮煤碎矸，要求與時(shí)清理。 底座結(jié)構(gòu)如圖2-2所示 1.前連桿連接處 2.后連桿連接處 3.限位塊 4.U型限位塊 5.前柱窩 6后柱窩 7.踏板 8.耳板 圖2－2 底座 其主要作用是： （1） 將上方載荷傳遞給底板，為立柱、推移裝置與其他輔助裝置提供安裝空間； （2） 給工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境； （3） 保證支架的穩(wěn)定性。 2.3.4四連桿機(jī)構(gòu) 前、后連桿分別與上連桿和底座鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜。鑄后要進(jìn)行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強(qiáng)

43、度和韌性。對(duì)于后連桿，由于不僅受到冒落矸石的載荷，還要承受頂板的水平推力，所以要求它有較大的強(qiáng)度。 圖2-3前連桿 圖2-4后連桿 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要部件之一。其作用概括起來主要有兩個(gè)，其一是當(dāng)支架由高到低變化時(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，從而使支架頂梁前端點(diǎn)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。 為了掌握四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，必須正確理解四連桿機(jī)構(gòu)的作用。下面通過四連桿動(dòng)作過程的幾何特征進(jìn)一步闡述其作用。這些幾何特征是四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過程的必然結(jié)果。 1.支

44、架高度在最大和最小圍變化時(shí)，如下圖所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70mm，最好為30mm以下。 2.支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，如圖所示，應(yīng)滿足如下要求： 支架在最高位置時(shí)，P≦52°～62°，Q≦75°～85°；支架在最高位置時(shí)，為有利于矸石下滑，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tg﹥w，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)W=0.3，則P=16.7°。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使P≧25°為宜。而Q角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降。一般取Q≧25°～30°，

45、在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。 3.從圖3-1可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)e′和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平夾角為⊙。設(shè)計(jì)時(shí)，要使⊙角滿足tg⊙≦0.35的圍，其原因是⊙角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小（在后面有詳細(xì)討論）。 4.應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖所示的h段。其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移，使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底，有利于移架。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。 從以上分析得知，為

46、使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使e值減小，取雙紐線向前凸的一段為支架工作段。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)，運(yùn)用作圖法就可以了，如圖所示（實(shí)際上液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)屬雙搖桿機(jī)構(gòu)） 2.3.5 推移機(jī)構(gòu) 圖1-5　推移框架 支架的推移機(jī)構(gòu)包括推桿、連接頭、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸送機(jī)和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機(jī)相連，另一端通過推移千斤頂與底座相連，推移連桿除承受推拉力外，還承受一定的側(cè)向力防止底座的下滑。 2.4 液壓支架的架型 根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)特

47、點(diǎn)與支護(hù)型式，液壓支架有三種基本架型 （1） 支撐式支架 支撐式支架立柱較多，均呈直立狀態(tài)，項(xiàng)梁較長，立柱頂梁與底座構(gòu)成一多鉸點(diǎn)的矩形結(jié)構(gòu)。這類支架的工作阻力較大，支撐合力位于后部，切頂能力強(qiáng)，架型空間較大。但框架結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，承受側(cè)向力的能力較差。適用于直接頂穩(wěn)定和堅(jiān)硬老頂周期壓力明顯或強(qiáng)烈的頂板，不適用于破碎頂板。支撐式支架有垛式和節(jié)式兩種。 （2） 掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架都有掩護(hù)梁擋住采空區(qū)矸石，立柱較少，均呈傾斜布置，頂梁較短，立柱可斜支在底座與頂梁或掩護(hù)梁之間。頂梁、掩護(hù)梁與底座構(gòu)成半封閉式結(jié)構(gòu)，將頂板、采空區(qū)與工作面空間隔開。這類支架的工作阻力較小，切頂能力較弱，架型空間較

48、小，但支架的防護(hù)性能較好。適用于破碎和中等穩(wěn)定直接頂（1～2類），老頂壓力不明顯的頂板（Ⅰ～Ⅱ級(jí)）。有直支式和間支式兩種。 （3） 支撐～掩護(hù)式支架 支撐～掩護(hù)式支架兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，均為四柱式，立柱可直立或斜支在頂梁或掩護(hù)梁上，相當(dāng)于支撐式與掩護(hù)式的組合，以支撐為主，掩護(hù)為輔。 這類支架的工作阻力、切頂項(xiàng)能力均介于上述二者之間，但由于有掩護(hù)梁，其掩護(hù)性能與穩(wěn)定性均較好，適用于直接頂穩(wěn)定和中等穩(wěn)定（2～4類），周期壓力明顯（Ⅱ～Ⅲ）的頂板。 第三章.液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 液壓支架的選型 3.1.1液壓支架結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)選 根據(jù)以往液壓支架設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，考

49、慮到不同架型　和機(jī)構(gòu)的支架――圍巖力學(xué)相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點(diǎn)，可以對(duì)掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。 （1） 液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表3-1） 表3-1不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較 支架型式 結(jié)構(gòu)特征 主要力學(xué)特性 掩護(hù)式 支掩式 二支柱掩護(hù)式 支架承載力較小，底板比壓均勻，主動(dòng)水平力較大 支頂式 二柱支頂掩護(hù)式 支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對(duì)頂板的主動(dòng)水平力較大，前端支撐力大 支撐掩護(hù)式 支頂支掩 四柱（或三柱） 穩(wěn)定性好，抗水平力強(qiáng)，比壓均勻，但支柱能力利用率低 支頂式 四柱X型 頂梁合力調(diào)節(jié)圍大，伸縮比大，承載力高

50、 四柱支撐掩護(hù)式 承載力大，切頂能力強(qiáng)，比壓較均勻 3.1.2 液壓支架的架型選擇原則 在選擇液壓支架時(shí)既要保證對(duì)工作面頂板實(shí)現(xiàn)可靠的支撐，又要避免過大的設(shè)備投資，導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。因此，液壓支架的正確選型對(duì)于工作面經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系重大。液壓支架架型的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)性能是否適用礦井的頂?shù)装鍡l件和其它地質(zhì)條件。在同時(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，支承式支架最便宜，其次為掩護(hù)式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩護(hù)式支架適合于中等穩(wěn)定和一般破碎的頂板。支承掩護(hù)式支架適合于周期來壓強(qiáng)烈，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定頂板。在綜采工作面支架選型時(shí)，還應(yīng)注意下述四點(diǎn)原則： （1） 對(duì)

51、于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護(hù)式支架。但在底板極松軟條件下，必須嚴(yán)格驗(yàn)算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強(qiáng)度。在此條件下，通常應(yīng)避免使用重型支架。 （2） 對(duì)于非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強(qiáng)烈和十分強(qiáng)烈的頂板，應(yīng)優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護(hù)式支架。 （3） 眾所周知，三點(diǎn)決定一個(gè)平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對(duì)頂板的實(shí)際支撐力很低，因而二柱式掩護(hù)支架支撐能力利用率高于四柱式。即二柱式支架對(duì)頂板的實(shí)際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對(duì)機(jī)道上方頂板的支護(hù)強(qiáng)度。 （4） 在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應(yīng)注意對(duì)機(jī)道上方的頂板控制

52、，包括增加前任阻力與可伸縮前梁等。 3.1.3 影響架型選擇的因素 液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件的限制，因此，以上因素都會(huì)影響到支架的選型。 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級(jí)別，由表3-1-5 見《綜采技術(shù)手冊(cè)》（上冊(cè)）中直接選出架型。 （1） 煤層厚度 ① 當(dāng)煤層厚度超過1.5m，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，一般不用支承式支架。 ② 當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.5m～2.8m以上時(shí)，需選擇帶有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支承掩護(hù)式支架。 ③ 煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高圍較大的掩護(hù)式，帶有機(jī)械加長桿或雙伸縮立柱的支架。

53、 ④ 假頂分層開采，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。 （2） 煤層傾角 ① 煤層傾角<10時(shí)，支架可不設(shè)防倒滑裝置。 ② 傾角在10°～25°以上時(shí)，應(yīng)選用帶有防滑裝置的支架。 ③ 傾角>25°時(shí)，排頭支架設(shè)防倒滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機(jī)設(shè)置防倒滑裝置。 （3） 底板強(qiáng)度 ① 驗(yàn)算比壓，應(yīng)使支架底座對(duì)底板的比壓不超過底板允許比壓。 ② 為使移架容易，設(shè)計(jì)時(shí)要使支架底座前部比后部的比壓小。 （4） 瓦斯含量 對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并選用通風(fēng)端面較大的支承式或支承掩護(hù)式支架。 （5） 煤層硬度 　當(dāng)煤層為軟煤層時(shí)，支架最大采

54、高一般≤2.5m；中硬煤層時(shí)，支架最大采高一般≤3.5m；硬煤層時(shí)，支架最大采高<5m。 （6） 地質(zhì)構(gòu)造 斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露面積在5～8㎡以下時(shí)，時(shí)間在20min以上時(shí)，暫不宜使用綜采。 （7） 設(shè)備成本 綜合各條件，宜選用支撐掩護(hù)式支架的架型，即本組畢業(yè)設(shè)計(jì)所選擇架型。 3.2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2.1確定液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則與容 （1） 確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則 ①要滿足配套設(shè)備(采煤機(jī)、輸送機(jī))的相關(guān)要求: ②與支架的工作方式(即時(shí)支護(hù)或滯后支護(hù))相適應(yīng); ③結(jié)構(gòu)緊湊，行人操作方便; ④支架的工作穩(wěn)定性好。 （2） 確定

55、支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的容 ①確定正常工作條件下，支架與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系; ②確定支架總體與主要部件的布置與尺寸。 3.2.2液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 液壓支架的結(jié)構(gòu)型式很多，且隨著采高和應(yīng)用條件的不同，支架的結(jié)構(gòu)布置和尺寸也各異。下面僅分析目前廣泛應(yīng)用的三種典型架型的總體布置與結(jié)構(gòu)尺寸的一般圍。 （1） 液支架的高度與其伸縮比的確定 一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。 對(duì)于大采高支架，按下式確定支架高度，即 H＝M十(200～400)mm H=M-(500～400)mm H———支架最大高度(mm)； H———支架最小高度(mm)； M———最大

56、采高(mm)； M———最小采高(mm) M＝ M= 式中 ——— 煤層平均厚度； 、———煤層厚度上、下波動(dòng)系數(shù)，一般?。?．1～1．3，＝0．8～0．90。 對(duì)于中厚煤層支架，按下式確定支架高度， 即： H＝M＋(200～300) H＝M－(300～400) 　對(duì)于薄煤層支架，則按下式確定支架高度，即 H＝M＋(100～200) 　 H＝M－(150～250) 支架的最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高圍

57、。調(diào)高圍越大，支架適用圍越廣調(diào)高圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。 綜合以上分析我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中取H＝2600mm，H=1200mm。 支架的伸縮比指其最大與最小高度之比即： m=Hm/Hn 由于液壓支架的使用壽命較廠，并可能被安裝在不同采高的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，垛式支架的伸縮比為1.9；支撐式支架為2.5；掩護(hù)式支架可達(dá)3，一般圍是1.5至2.5，煤層較薄時(shí)選大值。 m=Hm/Hn=2600/1200=2.167 符合掩護(hù)式支架的伸縮比圍。 （2） 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。目前國外液壓支架中心距大

58、部分采用1．5m。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用1．75m，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25ｍ。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸安裝和調(diào)高要求。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板一般行程170～200mm。當(dāng)支架中心距為1.5ｍ時(shí)，最小寬度一般1400～1430mm，最大寬度一般1570～1620mm。當(dāng)支架中心距為1.75ｍ時(shí)，最小寬度一般1650～1680mm，最大寬度一般1850～1880mm。當(dāng)支架中心距為1.25ｍ時(shí)，如果帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，最小寬度一般1150～1180mm，最大寬度一般1320～1350mm；如果不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)

59、板，則寬度一般取1150～1200mm。 （3） 支架間距 　所謂支架間距，就是相鄰兩架中心間的距離，按如下公式計(jì)算： b = B + nC 式中 b:支架間距 B:每架支架頂梁總寬度 C:向鄰支架頂梁間的間隙 n:每架所包含的組架或框架數(shù)，總體自移式支架n＝1，整體逐步式支架n＝2，節(jié)式組合邁步支架n＝支架節(jié)數(shù)。支架間距b主要根據(jù)支架型式，但目前主要根據(jù)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽節(jié)長度與槽幫上千斤頂連接的位置來確定，目前我國刮板運(yùn)輸機(jī)油槽每節(jié)長度為1.5m,千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支

60、架外，支架間距一般為1.5m，此處恰取1500mm。 （4） 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁梁面之距和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距 取掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁梁面之距為100mm，取后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距為100mm。 掩護(hù)梁和后連桿的長度的確定 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如下圖所示 其中G---掩護(hù)梁長度； A---后連桿長度； L2---e′點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； 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。 根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征，初選P1=56°，Q1=78°，P2=26°，Q=26°

61、， 由圖所示的幾何關(guān)系可以列出如下兩式： 聯(lián)立以上兩式可得： 將以上各值代入可得 A/G=0.5126 一般A/G的比值按以下圍來取： 掩護(hù)式支架A/G=0.45～0.61； 故A/G取0.5126合適， 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度為： 將A/G=0.5126代入上式中可得 G=1791，A=918，取整后G=1800，A=920；P1仍取56°，重新計(jì)算后可得： Q1=78°，P2=26°，Q=26° 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾何作圖法按如下步驟進(jìn)行。 1、確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)至底座至底面之距。 按類比法確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距和連

62、桿下鉸點(diǎn)至底座至底面之距均為100mm。 2.掩護(hù)梁和后連桿長度的確定 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如下圖所示。 設(shè)：G---掩護(hù)梁長度， A---后連桿長度， L2---e′點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)之距， 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。 （1）確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它大體比底座底面略高200～250mm（或類比同類型支架確定）。 （2）過O點(diǎn)作與底座面平行的水平H—H線。 （3）過O點(diǎn)作與H—H線的夾角為Q1的斜線。 （4）在此斜線上截獲線段oa，oa長度等于A，a點(diǎn)即為后

63、連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 （5）過a點(diǎn)作與H—H線有夾角a1的斜線，以a點(diǎn)為圓心，以G為半徑作弧交此斜線一點(diǎn)e′，此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 （6）過e′點(diǎn)作H—H線的平行線F—F線，則H—H線與F—F線的距離為H1，為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 （7）以a點(diǎn)為圓心，以（0.22～0.3）G長度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 （8）過e′點(diǎn)作F--F線的垂線（認(rèn)為液壓支架由高到底變化時(shí)，e′點(diǎn)在此直線上滑動(dòng)）。 （9）在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)e′′′。 （10）取e′′′e′某一點(diǎn)，′′e為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)

64、（液壓支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，中間這一點(diǎn)的位置直接影響頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀、變化寬度等）。 （11）以O(shè)點(diǎn)為圓心，oa為半徑作圓弧。 （12）以e′′點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長ae′為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn)a′，此點(diǎn)為液壓支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 （13）以e′′′點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長ae′為半徑作弧，交最前面圓弧上一點(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)。 （14）連接e′′a′、e′′′a′′，并以a′點(diǎn)為圓心，ab長為半徑作弧，交a′e′′上一點(diǎn)b′；以點(diǎn)為圓心，長為半徑作弧，交上一點(diǎn)點(diǎn)。則三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置

65、時(shí)，前連桿的鉸點(diǎn)。 （15）連接為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時(shí)后連桿的位置。 （16）分別作和的垂直平分線，其交點(diǎn)即為前連桿下鉸點(diǎn)，為前連桿長度。 （17）過點(diǎn)向線作垂線，交點(diǎn)，則線段和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。 （18）按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再利用幾何作圖法畫出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)曲線，只要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何的尺寸，便可以畫出不同的曲線來，再按液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸來。 3.4 液壓支架支部件設(shè)計(jì) （1） 頂梁 頂梁用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板，承受頂板壓力，將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底

66、座傳到底板。 圖3-2　　頂梁筋板焊接方式 這里采用前后鉸接式頂梁。整個(gè)頂梁分前梁和主頂梁兩部分。前梁由前梁千斤頂支撐，對(duì)頂板的適應(yīng)性較好。鉸接前梁端部的支撐力決定于前梁千斤頂?shù)闹瘟?。一般梁的支撐力，未伸出前?00～400kN。 主頂梁為焊接箱式結(jié)構(gòu)。中間以兩根主骨架為主體，在主骨中焊接四個(gè)柱窩。在頂梁兩側(cè)裝有側(cè)護(hù)板，根據(jù)工作面方向不同可使一側(cè)固定，另一側(cè)活動(dòng)。要使側(cè)護(hù)板固定，只要把彈簧套筒收回，用銷子銷在銷孔中。為了防止銷子脫出，用擋板固定。如果銷不住，側(cè)護(hù)板就在彈簧作用下伸出。頂板采用的鋼板厚度為25mm，筋板厚度為40mm。 頂梁尺寸 ① 頂梁長度 頂梁長度受支架型式、配套采煤機(jī)截深(滾筒寬度)、刮板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系與立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護(hù)方式等因素的制約。 減小頂梁長度，有利于減小擰頂面積，增大支護(hù)強(qiáng)度。減少頂板反復(fù)支護(hù)次數(shù)，保持支架結(jié)構(gòu)緊湊，減輕重量。 掩護(hù)式支架，由于一般用于破碎頂板，應(yīng)將頂板長加以控制，使空頂區(qū)圍的重復(fù)支承次數(shù)不超過4～5次，頂梁長度為1.5～2.5m,最大3m?？捎霉饺缦? 頂梁長度＝[配套尺寸＋底座尺寸