〔大学论文〕ZZ7200-23-38型液压支架设计（含word文档） .pdf

zz7200/23/38zz7200/23/38 型液压支架型液压支架 摘摘摘摘要要要要 采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭 工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻 笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械 化采煤方法中最重要的设备之一。 液压支架主要由以下几个基本部分组成：顶梁，掩护梁和四连杆机构，侧护板， 底座，立柱，千斤顶。设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原 则。 在支撑掩护式的设计过程中，底座、液压系统和立柱等结构件的设计是重点。 本 论文介绍了液压支架的结构，类型，工作原理，特点，目的及要求，对支撑掩护式液 压支架作了详尽的分析和介绍，讲述了这种支架的方案和用途。 关键词：液压支架立柱底座四连杆机构 abstractabstractabstractabstract the comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrialdevelopmentofourcountry,raiseslaborproductivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining. hydraulicsupportmajorfromsomefollowingbasicallypartial compositions: top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle. in the design course that the type of supports cover type, the design of canopy and caving shield and props is key. this paper has introduced requirement, type,workingprinciple,characteristic,purposeandthe structure of hydraulic support, for screening type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support. keyword: hydraulic supportcolumnfoundation4 linkage mechanisms 目目目目录录录录 第一章概述1 第一节国内外液压支架的发展状况 1 第二节国内外液压支架的差异 3 第三节液压支架的发展趋势4 第二章液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理5 第一节液压支架的类型及基本特点 5 一 支撑式液压支架.5 二 掩护式液压支架.6 三 支撑掩护式液压支架.7 四 特殊用途的液压支架.8 第二节液压支架的选型 10 一 工作面支架.10 二 端头支架.11 第三节支撑掩护式液压支架工作原理 11 第三章液压支架的整体结构尺寸设计14 第一节设计目的，要求及必要的基本参数14 一 设计目的.14 二 设计要求.14 三 设计液压支架必需的基本参数.15 四 液压支架设计的原始条件.15 第二节液压支架的整体结构设计16 一 底座选择与设计.16 二 顶梁的选择与设计.16 三 推移装置的选择与设计.17 四 立柱的选择与设计.17 第三节液压支架基本技术参数的确定19 一 支护高度.19 二 支护面积.20 三 支护强度.20 四 底板平均接触比压.21 五 立柱主要参数确定.21 六 泵站压力的确定.22 第四节液压支架四连杆机构的确定23 一 四连杆机构的作用.23 二 四连杆机构的几何作图法.25 三 几何作图法作图过程.26 四 四连杆机构的优选设计法.28 第五节支架的主要结构及其作用29 第六节液压系统 30 一 液压系统的主要特点.30 二 液压系统的基本要求.31 第七节支架在设计中突出的特点33 第四章液压支架的受力分析34 第一节液压支架的受力分析与计算34 一 对顶梁进行受力分析.35 二 对掩护梁进行受力分析.36 三 顶梁载荷分布.37 四 支护强度.39 五 支护效率.39 第二节液压支架受力的影响因数40 一立柱倾角对承载能力的影响.40 二 tan值对支架承载能力的影响40 三 支架承载能力随高度的变化.40 四 摩擦系数的影响.41 第五章液压支架的使用、维护及常见故障及其排除方法42 第一节支架的运输和工作面安装42 一 支架在地面和井下的运输.42 二 支架在工作面的安装.42 第二节支架的操作和维护 42 一 对支架操作维护的要求.42 二 支架的操作注意事项.43 三 支架的维护和管理.43 四 注意事项及警示.44 第三节常见故障及其排除方法45 一 结构件和连接销轴.45 二 系统及液压元件.46 三 立柱.46 四 支架的操作中出现故障.47 结束语54 参考文献55 英文文献56 中文翻译62 致谢65 前前前前言言言言 综合机械化采煤是煤矿技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增 加经济效益的重要手段。实践证明大力发展综合机械化采煤，研制和使用液压支架是 十分关键的。我国 60 年代初制造出支撑式液压支架，至今已能成批制造两柱掩护式 和四柱支撑掩护式支架，这些系列化一般用于缓倾斜中厚煤层及厚煤层分层开采。 我国煤矿中使有的支架类型很多，按照支架采煤工作面安装位置来划分有端头 支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两 端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面上所的位置的支架。 目前使用的液压支架分为三类。即：支撑式液压支架、掩护式液压支架、支撑 掩护式液压支架。从架型的结构特点来看，由于架型的不同，它的支撑力分布和作用 也不同；从顶板条件来看，由于直接类别和老顶级别的不同，支架所承受的载荷也不 同，所以为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力承载力的关系进行分析， 使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。 本设计论文：巷道高度度在 2.6 米到 3.5 米，老顶级别为、级，直接顶类 别为一类的支撑掩护式液压支架的设计。其架型特点支柱两排，每排 2 根，多呈倾斜 布置，装有掩护梁和四连杆机构。安的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳 定。 在设计过程中，得到了指导老师闫永红副教授的关心和大力帮助，才得以顺利 完成，在此表示衷心的感谢。同时，此设计有的内容尚需进一步在实践中验证，加之 本人水平所限，设计中有不足之处，敬请指导老师批评指正。 第一章第一章第一章第一章概述概述概述概述 20 世纪 50 年代中期，随着科学技术的不断发展，一种用于变革煤炭开采工艺新 技术，新装备的综合机械化采煤技术出现了。从 1954 年在英国诞生了第一个综采工 作面后，综采技术就不断得到发展和完善，在世界范围内得到广泛的应用，成为煤炭 工业技术发展的方向。到 1970 年英国已装备 700 个综采工作面，德国已装备 400 个 综采工作面，其综采程度均达到 90%以上。随后综采技术在日本、波兰、法国、前苏 联等主要 4 产煤国家得到进一步的推广应用， 同时也被向来以房柱式连续采煤机开采 为主的美国、澳大利亚和南非等国家所采用。 第一节第一节第一节第一节国内外液压支架的发展状况国内外液压支架的发展状况国内外液压支架的发展状况国内外液压支架的发展状况 作为综采工作面关键设备的液压支架，经历了几个阶段的发展过程。50 年代英 国研制的垛式支架和法国研制的节式支架代替了木支架、金属摩擦支架、液压支架， 开辟了采煤工作面支护设备的技术革命；60 年代前苏联研制并改进的 omkt 型掩护 式支架（具有四连杆机构） ，从根本上解决了支架梁端距变化大且不能承受水平力的 问题，开辟了液压支架设计的新时代；70 年代主要是“立即支护”方式；80 年代以 来，为提高生产率和降低成本，在液压性能和自动化程度有了大幅度提高。如美国、 澳大利亚的大部分长壁工作面都采用了电液控制技术， 可对液压支架的各种动作功能 进行多种方式的程序控制和性能监测。 90%以上的美国长壁综采工作面使用了电液控 制两柱掩护支架，其额定工作阻力最高可达 9800kn，初撑比为 0.7-0.85，移架循环时 间大多小于 10s。 80 年代以来，世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本、实 现矿井集中生产做努力，他们积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的新 一代重型液压支架的研制。 新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制 阀， 推移千斤顶装有位移传感器， 采煤机装有红外线传感装置， 立柱缸径超过 400mm。 为减少割煤时间，一般采用 0.8lm 的截深。支架还采用屈服强度 800 1000mpa 的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长 度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站， 其 额定压力为 4050mpa，额定流量 400500l/min，可实现工作面成组或成排快速移 架，达到 68s/架。 美国是世界上最先进的采煤国家，早在 1990 年就已采用额定压力 50mpa、额定 流量 478 l/min 的乳化液泵站，以实现支架快速推进，移架速度达 68s/架。美国的 高产高效工作面采用两柱掩护式支架，使用寿命 810 年，可用率高达 95%98%。 支架平均工作阻力6470kn （最大为9800kn） ， 支架宽度普遍增大， 中心距达到1. 75m， 并向 2m 发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间 和提高单产。如洛斯公司 20 英里矿在 250 x 5280m 长壁综采面用工作阻力为 2 8565kn 电液控制两柱掩护式支架，1997 年 6 月产商品煤 90.43 万吨，成为世界上首 次月产商品煤近百万吨的工作面；1995 年 9 月，糜鹿矿用工作阻力为 8900kn 电流 控制的两柱掩护式支架， 月产煤达到 60. 11 万吨。 美国综采工作面最高日产超 7 万吨， 最高工效 1336t/工。澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产，使用两柱掩 护式支架， 支架的平均工作阻力为 7640kn。 如尤兰矿用电液控制的两柱掩护式支架， 在 1995 年 8 月 8 日创下澳大利亚有史以来日产 3.41 万吨的最高记录，班产一直保持 在 5000-6000t。英国也在大力发展两柱掩护式支架，工作阻力有了很大提高，达到 50006000kn。 我国从 1958 年开始设计掩护式支架， 从 1964 年开始由专门研究室全面开展架型 及阀类的攻关，1970 年在山西大同首次全工作面装备了 tz-140 型垛式液压支架。 至 70 年代中期，研制了 qy 型掩护支架和 zy35 型支撑掩护支架。80 年代以来，开发 了适用于坚硬顶板的大吨位 tz-720 型支架，分层开采自动铺联网支架、放顶煤液压 支架及大流量安全阀和操纵阀等。到目前为止，适于我国高产高效的国产液压支架有 20 余种架型，其中用于缓倾斜中厚煤层和缓倾斜厚煤层的各占一半。适用于缓倾斜 厚煤层高产高效的液压支架分为机械化铺联网支架、 一次采全高支架和放顶煤支架三 大类。 近年来，我国采煤综合机械化的水平有所提高，随着综合机械化采煤技术的不断 发展和新型大功率采煤机、工作面输送机的出现，要求支架与之相配套，但若支架的 控制系统不作相应的改进，是满足不了这一要求的。到目前为止，我国国产液压支架 的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式，虽然 具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点， 但它存在严重缺点：工人劳动条件差，安全性差；移架速度慢，影响采煤机效率的发 挥；通风条件差，支架故障率高；支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和 技能高低有密切关系。液压支架实现自动控制后，就可有效地克服上述缺点，实现对 支架的电液控制，而且有多种控制方式可供选择，人员可在较安全的地方集中对整个 工作面的支架进行远程控制或程序控制。 现在国外的普通综采工作面液压支架已实现 了微机红外线电液自动控制，可成组、成排地向前移架，额定供液压力达到 40mpa， 流量 300l/min4150 l/min， 供液管径 100mm120mm， 移架速度超过了 10 组/min。 而国产液压支架还是中低压小管径供液，人工手动操作。现场实际统计，前移一组支 架大约需 1 min。最大的支架供液压力不超过 32mpa，供液管径 25mm30mm，流量 在 150l/min200l/min。 二柱掩护式液压支架的工作阻力 780 t， 架宽 1.5m， 采用 pm4 型红外线电液控制系统，由采煤机微电脑远距离控制，支架立柱直径超过 400mm， 移架速度 10 组/min。 第二节第二节第二节第二节国内外液压支架的差异国内外液压支架的差异国内外液压支架的差异国内外液压支架的差异 1.液压支架制造技术水平落后, 在支架材料、加工工艺、性能和使用寿命等方面 与世界先进国家相比还有很大差距。 (1) 德国支架结构件材料st52 ,屈服极限500mpa ,前苏联的更高。我国基本长 期使用16mn ,屈服极限350 mpa 左右,近年来只有少数支架构件的部分材料用高强度 钢板。 (2) 支架液压系统的阀类使用的是乳化油,防锈蚀的要求很高,国外一直使用铜 合金阀壳和高强度不锈钢阀芯,我国是45 钢加表面防腐处理。 (3) 国外密封材料的寿命大于5年 ,我国只有2年左右。 (4) 国外的支柱和千斤顶缸体内壁是复镀,我国是不镀,使立柱出现麻斑、划伤、 密封漏液等现象,影响支护效果。 (5) 美国的支架耐久性实验要求是 45 000 次,我国 7 000 次。 以上这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用,但在国内高产、高 效工作面及国际上是没有竞争力的,综采工程技术人员普遍认为目前我国支架的工艺 技术水平尚未达到1979 年引进的100 套支架的技术水平,可想落后人家远不止30年。 2 液压支架控制系统的研究处于落后状况,严重制约了支架移架速度的提高和综 采经济效益发挥西方主要产煤大国始终把支架控制系统作为提高整个综采经济效益 的重要方面来抓。 20 世纪60年代采用手动直控操作系统;20 世纪70 年代初即开始重视液压支架 液压先导控制的研究;20 世纪70年代中后期广泛采用液压多芯管先导控制系统;20世 纪80 年代西方国家开始大力着手电液先导程序控制的研究和使用。 因此,现在美、 德、 英、 日等基本上全是可编程电液控制,波兰除了电液控制以外,都是液压多芯管先导控 制。20 世纪90 年代开始,为了提高移架速度满足工作面高产、高效发展的需求,我国 在加大常规手控操纵阀的流量方面取得进展,加上综合措施,也实现了平均移架速度 小于12 sp架的成绩。 根据以上资料不难看出,在21 世纪以煤炭集约化生产为特征的新时期。 为了满足 高产高效综采工作面的需要,必须抓紧研制和推广电液系统。 第三节第三节第三节第三节液压支架的发展趋势液压支架的发展趋势液压支架的发展趋势液压支架的发展趋势 随着科学技术的高速发展,新技术、新方法、新材料的不断应用,微机和计算机技 术进一步普及,为液压支架的发展提供了有利的条件。目前,液压支架正向以下几个方 面发展: (1) 液压支架的结构形式正朝着简单实用方向发展,如液压支架的架型明显地向 两柱掩护式支架和四柱支撑式掩护式支架发展。 (2) 在已有支架设计与应用经验的基础上,将有限元和计算机辅助设计相结合,研 究支架的智能化设计方法、结构与参数的优化,进一步提高支架的科学性、可靠性以 及结构的优化性。其中在设计中应注意以下几个方面: 提高液压支架的设计强度, 加大支架的工作阻力,加大支架的设计强度系数,还有选材等方面; 如何提高支架的 移架速度; 改进支架个别部件结构,加大联结件强度。 (3) 改进制造工艺,保证制造质量;对支架的阀类,从材料、热处理、加工条件和密 封件入手,制定更严格的质量和抗腐蚀标准。 (4) 对不稳定顶板、松软底板、地质构造较复杂等特殊条件,加大投入,研制大量 的特殊支架,以适用不同的开采条件。 (5) 新型元件与材质,可减轻支架重量,提高支架性能和使用寿命。 (6) 结构上寻求克服四连杆的新型架型。 (7) 快速支架电液控制系统的研制和投入,研究支架的遥控、程控控制和性能自 动监控,为回采工作面的半自动化与自动化创造条件。 第二章第二章第二章第二章液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理液压支架类型、选型原则及支撑掩护式支架的工作原理 第一节第一节第一节第一节液压支架的类型及基本特点液压支架的类型及基本特点液压支架的类型及基本特点液压支架的类型及基本特点 迄今为止， 全国使用的液压支架已有几百种型号， 但其基本型式是相同或相似的。 对液压支架型式的分类应把握其本质特征，按照不同的分类原则进行分类。这些分类 原则互相联系又存在矛盾，同一个支架按照不同的分类原则可划分在不同类，把这些 不同分类结果， 按照一定的主次关系联系起来， 就能较全面的反映该支架的基本特征。 液压支架可按适用的煤层厚度、倾角和支架的控制方式来进行分类，但这些分类法均 未反应出液压支架的基本特征。因此，目前国内外均按架型结构与围岩关系，将液压 支架分为支撑式、掩护式、支撑掩护式三大类。 一一一一 支撑式液压支架支撑式液压支架支撑式液压支架支撑式液压支架 (a)节式支架(b)垛式支架 图 2-1 支撑式液压支架 1.基本特点 支撑式支架是早期发展的液压支架架型。 其中又分为节式支架(图 2a)和垛式支架 (图 2b)。这种支架的基本特点是: (1)立柱靠简单的复位装置垂直支撑于支架的顶梁与底座之间，支撑效率高。 (2)支架是一个不稳定机构，基本不能承受顶板的水平力，支架的稳定性差。 (3)设有完善的掩护防漏研装置。 (4)支撑力的集中作用点离煤壁较远，支架切顶力强。 (5)结构简单，重量轻，成本低。 2.适应范围 (1)采高小于 2m-2. 5 m (2)直接顶稳定(3 类)或坚硬(4 类)，老顶来压明显(ii 级)或强烈(iii 级)。 (3)工作面倾角 l2. 5-2. 8 m 的厚煤层应优先选用掩护性好，抗侧向力 强的支撑掩护式支架;若为僻顶分层开采，则应选用掩护式支架。 (2)煤层倾角:主要影响支架的工作稳定性，在大倾角煤层工作的支架应防止发生 倾倒和下滑。当煤层倾角。10-15。时最好是选用顶梁及掩护梁带有侧护板的掩护 式和支撑掩护式支架;若采用支撑式支架，必须带有调架装置以能及时调整支架的位 置。当煤层倾角18时，各种架型均带有防倒和防滑装置。 (3)瓦斯含量:瓦斯涌出量大的工作面应优先选用支撑式和支撑掩护式支架，并应 验算通风断面能否满足通风量的要求。 (4)特殊要求:除基本架型以外，还有为满足特殊开采需要而专门设计的特种支架 可供选用。如在煤层倾角 a35“-55“时，应选用大倾角支架，对顶板松软(破碎)、 煤质松软(f5, 1010, 1515 f)配制液压支架用乳化液的水质应符合下列条件: 无色、无臭、无悬物和机械杂质；ph 值在 69 范围内；氯离子含量不大于 5.7 毫克当量/升;硫酸根离子的含量不大于 8.3 毫克当量/升。 二二二二 液压系统的基本要求液压系统的基本要求液压系统的基本要求液压系统的基本要求 对于液压支架的传动系统应具有以下基本要求： 1、 采用结构比较简单，设备外形尺寸比较小，能远距离的传递大的能量； 2、 能承受较大的载荷；没有复杂的传动机构； 3、 再有爆炸危险和含尘的空气里保证工作安全； 4、 动作迅速； 5、 操作、调节简单； 6、 过载及损坏保护简单； 针对我们本次设计的液压支架，其液压系统有以下两部分系统组成：即立柱系统 和千斤顶系统。 本设计的液压系统图： 右前立柱 右后立柱 左前立柱 左后立柱 推移千斤顶 pq 主进液管 主回液管 zz7200/23/38 液压支架的液压系统图 第七节第七节第七节第七节支架在设计中突出的特点支架在设计中突出的特点支架在设计中突出的特点支架在设计中突出的特点 支架在设计中突出了以下特点： 1.支架工作阻力大，对顶板的支撑效果好； 2.采用优化设计，确定支架的总体参数和主要部件的结构尺寸，并利用计算机模 拟试验进行受力分析和强度校核，以提高支架的可靠性； 3.本支架四连杆参数经过计算机优化设计，受力较小，空顶距变化较小； 4.顶梁为整顶梁相对较长，支架通风断面大，操作空间大； 5.支架底座为整体式刚性底座，底座比压小，强度高； 6.液压系统采用 400 升大流量操纵阀，提高了支架工作循环时间。 第四章第四章第四章第四章液压支架的受力分析液压支架的受力分析液压支架的受力分析液压支架的受力分析 由液压支架的工作状态可知，支架承受的外载荷是顶板下沉形成的。在顶板下沉 过程中，支架顶梁与顶板有相对滑动现象，支架不仅受有垂直于顶梁的力 ，还受平 行顶梁的力。 为了设计方便，要对支架的载荷和支架本身进行简化，现概述如下： 1)把支架简化成一个平面杆系结构，为了偏于安全，计算时把外载荷视为集中 载荷。 2)金属结构件按直梁理论计算。 3)顶梁、底座与顶板被认为均匀接触，载荷沿支架长度方向接线规律分布，沿 宽度方向均匀分布。 4)通过分析和计算可知，掩护梁顶矸石的作用为只能使支架实际支护阻力降底， 所以在受力计算时不计使掩护梁偏于安全。 5)立柱和短柱按最大工作阻力计算。 6)产生作用在顶梁水平力的情况有两种：一种是由于支架让压回缩，顶梁前端 运动轨迹为近似双纽线，顶梁与顶板在产生相对位移，顶板给予顶梁水平摩擦力； 另 一种是由于顶板向采空区方向移动，使支架顶梁受指向采空区的水平摩擦力。顶梁和 顶板的静摩擦系数 w 一般取 0.150.3。 7)按不同支护高度时各部件最大受力值进行强度校核。 8)各结构件的强度校核，除按理论支护阻力校核危险断面外，还要按原煤炭部 标准 mt86-84液压支架型式试验技术规范的各种加载方式，以支架的额定工作阻 力逐一核，超过额定工作阻力 10%的超载试验，将由安全系数来保证强度。 第一节第一节第一节第一节液压支架的受力分析与计算液压支架的受力分析与计算液压支架的受力分析与计算液压支架的受力分析与计算 当支架撑牢在顶底板之间时，取其整体或某一部件为分离体，皆处于平衡状态， 据此，把支架简化成平面杆系进行受力分析和计算。 支架整体受力如图 4-1 所示 pb pa fm fmw f1w f1 a2 a1 r2 r1 h1 hm 图 4-1 支撑掩护式整体受力 一一一一 对顶梁进行受力分析对顶梁进行受力分析对顶梁进行受力分析对顶梁进行受力分析 对顶梁进行受力分析如图 4-2 所示。 pbpa fm a2 a1 e xe ye fm 图 4-2 顶梁受力 12 sinsinappwfx bame +=（4-1） 21 coscosapapfy bame =（4-2） 式中： e x后梁所受水平集中力 kn e y后梁所受垂直集中力 kn 顶梁千斤顶板摩擦系数 ，=0.3 a p前排立柱的合力 a p=3600（kn） pb后排立柱的合力，pb=3600（kn） 由式(4-1)和(4-2)联立，求 fm e e x y =tan= 12 21 sinsin coscos appwf apapf bam bam + 整理得: tan)sinsin(coscos tan1 1 2121 baba pppp w fm+ =（4-3） 式中： 瞬心角（度） 代入公式（4-3）得 fm= 16tan3 . 01 1 3600cos 3-3600 cos 4+（3600sin3-3600sin4)tan15 =4854.5(kn) 由式（4-1）得 xe=6854.50.3+3600sin4-3600sin3 =2098.56(kn) 由式（4-2）得 ye=6854.5-3600cos3-3600cos4 =563.64 (kn) 二二二二 对掩护梁进行受力分析对掩护梁进行受力分析对掩护梁进行受力分析对掩护梁进行受力分析 取掩护梁为分离体进行受力分析。如图 4-3 所示。写出连杆受力 f5, 6 f的表达式。 o l7 a4 a3 h7 f6 f5 ye xe 图 4-3 掩护梁分离体受力 443 3 6 sincostan tan aaa yxa f ee + =（4-4） 式中： f6后连杆力，kn a4后连杆与水平的夹角； 度 a3前连杆与水平面的夹角；度 ee yx, ee yx,的反作用力。 代入公式（4-4）得 = 6 f 000 0 63sin63cos51tan 64.56356.209851tan + =-4665.93(kn) 3465 sin/sinaafyf e +=（4-5） 式中： f5前连杆力，kn 代入公式（4-5）得 5 f= 0 0 51sin 63sin)93.4665(64.563+ =4139.28(kn) 三三三三 顶梁载荷分布顶梁载荷分布顶梁载荷分布顶梁载荷分布 在把顶梁所受顶板的载荷求出后， 就可以进一步计算出载荷在顶梁上面的分布情 况。由于顶板与顶梁接触情况不同，载荷实际分布很复杂。为计算方便，假设顶梁与 顶板均匀接触且载荷为线性分布。 设顶梁长为 lg 顶板的集中载荷为 fm,其作用点距顶梁一端为 x。 x fm q3 q2 lg q3 q2 fm x lg 图 4-4 顶梁三角形载荷分布图 4-5 顶梁梯形载荷分布 a)当xlg/3 时，载荷分布为三角形，如图 4-4 所示 顶梁前端比压 2 q为零，后端比压为 3 q: m xb fm q 3 2 3 =10 3 (4-6) 式中： 3 q顶梁后端比压, mpa bm顶梁宽度，bm=1460mm 代入公式（4-6）得 3 q= 14603 5 . 68542 10-3=2.21mpa b)当 lg/2xlg/3 时,载荷呈梯形分布，如图 4-5 所示， 顶梁前端比压 2 q为： m b xfm q .lg lg)26( 2 2 =10 3 （4-7） 式中： 2 q顶梁前端比压,mpa lg顶梁长度， mm bm顶梁宽度， bm=1460mm 代入公式（4-7）得 2 q= 14604100 )4100212306( 5 . 6854 2 =0.58mpa 顶梁后端比压为 3 q 3 2 3 10 lg )64( = m b xlgfm q（4-8） 式中： 3 q顶梁后端比压,mpa 代入公式（4-8）得 3 q= 14604100 )1230641004( 5 . 6854 2 10 3 =3.82mpa 四四四四 支护强度支护强度支护强度支护强度 支架的结构设计结束，其结构尺寸已定。再经受力分析，其外载荷也已确定。于 是可求出支架实际支护强度如下式： 3 10 ).( + = m blg fm q（4-9） 式中：lg顶梁长度， mm bm顶梁宽度， 顶梁前端至煤壁的距离，mm 代入公式（4-9）得： = 3 10 c f fm q= 3 10 23 . 8 5 . 6854 0.831 mpa 五五五五 支护效率支护效率支护效率支护效率 整台支架的工作阻力是由立柱工作阻力产生的。 对于掩护式支架和支撑掩护式支 架而言，两者并不相等。用支护效率来评价立柱工作阻力转为支架工作阻力的有效程 度，支护效率按下式计算： p fm =(4-10) 式中:p支架的名义工作阻力,kn 支护效率 值与支架的架型、结构尺寸和支架高度有关，值过大或过小都不好。 由于支架的工作阻力 fm 由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩护梁和前、后连杆 来承担，而立柱的工作阻力之和不变，当值过大时，说明掩护梁和前、后连杆受载 增加， 对掩护梁和前、 后连杆不利； 当值过小时， 说明立柱工作阻力不能充分发挥。 一般要求在支架工作段内，支撑掩护式支架由于立柱倾角较小，值应在 95%105% 之间；掩护式支架由于立柱倾角较大，值应大于 90%以上；支撑式支架由于立柱垂 直布置又无四连杆机构，所以值为 100%。 第二节第二节第二节第二节液压支架受力的影响因数液压支架受力的影响因数液压支架受力的影响因数液压支架受力的影响因数 支撑掩护式支架在工作过程中，各主要部件的受力是变化的，其影响因素有诸 多方面。 一一一一立柱倾角对承载能力的影响立柱倾角对承载能力的影响立柱倾角对承载能力的影响立柱倾角对承载能力的影响 由于掩护式和支撑掩护式支架的立柱大部分是倾斜布置的，倾角又随着支架 的高度变化，所以支架的承载能力的大小也随着支架的高度而变化。现在对承载能 力的影响。 立柱支撑在顶梁，当立柱的工作阻力为 b p，倾角为时， 显然支架的承载能力与 b pcos有直接的关系。 因为 cos 1， 因此立柱倾斜布置将使支架的承载能力降低。角和 cos 之间的关系表示在右图中。由图看到，当0.95， 支架的承载能力降低值不等大于。 当26时， cos0.90，所以支架承载能力将显著的减小。因此丛支架承载能力的角度看，立 柱倾角不要大于 18。 但是， 有些支架为了使高度变化的范围增大， 角往往大于 30。 二二二二 tantantantan值对支架承载能力的影响值对支架承载能力的影响值对支架承载能力的影响值对支架承载能力的影响 在以上各式中有多项公式包含 tan，分析如下： o 点是瞬时中心，随着支架高度的变化，o 点的位置也发生变化，tan也跟着发 生变化。当 o 点在顶梁上方时，tan取正值。当 o 点在顶梁下方时 tan取负值。 tan值增加，附加力增加。当摩擦系数 w0.3，tan=0.1 时，附加力可达支架 名义工作阻力的 30。 所以 tan值过大对支架受力不利。 在支架的工作高度范围内， 一般把 tan值控制在 0.35 以下， 从而把附加力控制在支架名义工作阻力的 10范围 内。 （详细分析间液压支架课本张家鉴 主编此处不再赘述） 最后，必须指出，tan不仅对承载能力有影响，而且对各受力部件有影响，并 相当复杂，因此 tan是大是小，由具体情况而定。 三三三三 支架承载能力随高度的变化支架承载能力随高度的变化支架承载能力随高度的变化支架承载能力随高度的变化 由支架载荷 pm 的计算式直到，其中 a、h7 是随高度而变化的，因此支架的 支撑力也就随着高度而变化。 在调高范围内， 支架的承载能力在两侧的高度内比较小。 一般情况下，掩护式支架常用加大立柱的倾角来扩大支架的调高范围。而 a 角越大， 支架的承载能力越小。所以支架的调高范围越大，承载力变化越大。但是支架在设计 中一般都要按可能的最大承载力来设计，显然这就使支架不能发挥应有的作用，在很 大的一段承载范围内就要大材小用。所以设计掩护式或支撑掩护式支架时，应特别注 意使支架承载力在整范围内的变化尽量小。 另外指出，支撑式支架的支护高度对支架受力没有影响，而掩护式和支撑掩护式 支架，由于支护高度的变化，使立柱的支撑角度、平衡千斤顶的角度、尾梁和四连杆 机构的角度等的不同，使受力也不同。 在进行强度计算时，要以顶梁承受最大负荷时的支护高度为依据，按此时的工况 进行受力分析。 四四四四 摩擦系数的影响摩擦系数的影响摩擦系数的影响摩擦系数的影响 1）对支架承载能力的影响摩擦系数对支架承载能力的影响表现在 tan1 1 w 项 中。 产生水平载荷的原因很多， 所以它的大小和方向也是根据具体情况而变化。 但是， 它的极限值却可以用顶梁和顶板支间产生相对滑动时的极限摩擦力求得。 即壁系数断 裂极限值 max f等于顶梁和顶板的摩擦系数。所以此值的大小在 0 max f范围内变化。 水平载荷的方向可以只考虑向后作用，也就是从煤壁向老塘的方向作用。假如顶 梁上受向前的水平载荷， 很容易使支架向前倾倒， 这种趋势使顶梁对于顶板向前滑动， 则水平载荷又变成向后作用。f值在 tan1 1 w 中随承载能力有很大影响。只有 tan 值很小时，ftan才能忽略不计。 2）对连杆受力影响由连杆受力 p5 和 p6 的计算式可以看出，摩擦力对连杆 受力的影响表现在 fp5sin a3 和 fp6sin a4 项中。当支架升高时，a3 和 a4 就逐渐增大， sin a3 和 sin a4 也就逐渐变大。因此，随着支架的高度，摩擦力对连杆的影响逐渐增 大。 第五章第五章第五章第五章液压支架的使用、维护及常见故障及其排除方法液压支架的使用、维护及常见故障及其排除方法液压支架的使用、维护及常见故障及其排除方法液压支架的使用、维护及常见故障及其排除方法 第一节第一节第一节第一节支架的运输和工作面安装支架的运输和工作面安装支架的运输和工作面安装支架的运输和工作面安装 一一一一 支架在地面和井下的运输支架在地面和井下的运输支架在地面和井下的运输支架在地面和井下的运输 1.地面运输 本支架采用铁路运输方式。其运输状态是：支架降至最低高度；各件受到极限状 态。 2.井下运输 支架下井前， 应由矿井主管工程师按当地煤矿的安全要求及井下运输条件制定下 井方案和计划进程，并提出安全措施，同时注意如下事项： 1).支架如需部分解体，请将液压系统中拆下的胶管口和阀口堵好，并捆扎固定 好软管头以防磕碰。 2).井下运输时，须使用平车。平车尺寸要适合井下运输条件，平车承载能力应 与支架或部件质量相适应；要求前后装匀、左右装正、使重心位置尽可能在平车的中 心部位。 3).巷道的断面尺寸及转弯尺寸应能保证装有支架或部件的平车顺利通过。 支架在工作面的安装 二二二二 支架在工作面的安装支架在工作面的安装支架在工作面的安装支架在工作面的安装 支架进入工作面后，须注意如下事宜： 调定泵站压力，调好后接通液压管路。接通时，建议将乳化液放掉少许冲洗一下 液压系统，以免将脏物带入液压系统中。接通后，液压管路内不得有残留气体。 工作面全部设备安装完毕后，进行调试和空运转，试生产经检验合格后方可正式 投入生产。 第二节第二节第二节第二节支架的操作和维护支架的操作和维护支架的操作和维护支架的操作和维护 一一一一 对支架操作维护的要求对支架操作维护的要求对支架操作维护的要求对支架操作维护的要求 1.组建好综采队伍：按煤炭部要求，组建综采队伍，要先配好综采管理干部、技 术人员， 调集有一定文化水平、 业务技术和思想作风好的操作维护工人， 组成综采对。 2.培训好综采队：对综采管理干部、技术人员和操作维护人员，必须进行技术培 训，要求了解综采设备建构、性能，熟悉和掌握操作维护技术，经考核合理，才能操 作、维护设备。 3.建立健全规章制度：包括综采管理制度、作业规程、操作和维护制度、事故分 析检查制度，确保管好、用好综采设备。 4.矿井建立地面维修车间：井下更换上井的液压元件（立柱、千斤顶、阀、胶管 接头等）,要及时进行清洗、维修，并作防锈蚀处理；对阀类（尤其安全阀）要进行 调试，保证良好的性能。 5.建立零部件专库：零部件（包括备配件）要分类存放，登记账册，帐卡物相符， 严格领用手续。备配件要有足够储备。液压元件要做好防污染和防锈蚀处理。 二二二二 支架的操作注意事项支架的操作注意事项支架的操作注意事项支架的操作注意事项 1.为了操作方便和便于记忆，操作阀组中每片阀都带有动作标记，要严格按标记 操作，不得误操作。操作工必须了解支架各元件的性能和作用、熟练准确地按操作规 程进行各种操作。归纳起来，本支架操作要做到：快、正、匀、严、净， “快”快 速操作;“正”操作正确无误； “匀”平稳操作； “严”接顶挡矸严实； “净” 架前架内浮煤碎矸，及时清除。 2.及时清除支架的浮煤碎矸，以免影响支架动作；定期清除架内和柱窝内的煤 粉、碎矸；定期冲洗支架内堆积的粉尘。 3.爱护设备，不准用金属件、工具等物碰撞液压元件，尤其要注意防止碰砸伤 立柱、阀的镀层和挤坏胶管接头。 4.操作过程中若出现故障，要及时排除，操纵工也应带一定数量密封件和易损 件， 一般故障操纵工应能排除； 若个人不能排除的要报告， 汇同维修工及时查找原因， 采取措施迅速排除故障或更换零部件。 三三三三 支架的维护和管理支架的维护和管理支架的维护和管理支架的维护和管理 1.基本要求：掌握液压支架有关知识，了解各部件结构、规格、材质、性能和作 用，熟练的进行维护和检修，遵守维护规程，及时排除故障，保持设备完好，保证正 常安全生产。 2.维护内容：包括日常维护保养和拆检维修，维护的重点是液压系统。日常维护 保养做到：一经常、二齐全、三无漏堵。 “一经常”维护保养坚持经常； “二齐全” 连接件齐全、液压元件齐全； “三无漏堵”阀类无漏堵、立柱千斤顶无漏堵、 管路无漏堵。液压件维修的原则是：井下更换、井上拆检。 3.维修前做到：一清楚、二准备。 “一清楚”维护项目和重点要清楚； “二准 备”准备好工具，尤其是专用工具，准备好备用配件。维护时做到：了解核实无 误、分析准备、处理果断、不留后患。 “了解核实”了解故障的前因后果并加以 核实无误； “分析准备”分析故障部件及原因要准确;“处理果断”判明故障 后要果断处理，该更换的即更换，需拆检的即上井检修； “不留后患”树立高度 责任感和事业心，排除故障不马虎、不留后患，设备不“带病运转” 。 4.坚持维修制度：做到五检：班随检、日小检、周（旬）中检、月大检、季（年） 总检。 “班随检”生产班维修工跟维护检修可能发生故障部位和零部件，基本保 证三个生产班不出大的故障； “周 （旬） 中检” 在班检、 日检的基础上进行周 （旬） 末的全面维修检修、对磨损、变形较大和漏堵零部件进行“强迫”更换，一般在 6 小时内完成，必要时可增加 12 小时； “月大检”在周（旬）检基础上每月进行 一次全面检修，统计出设备完好率，打出故障规律，采取预防措施，一般在 12 小时 内完成，必要时可延长至一天，列入矿检计划执行； “季（年）总检”在每月的 基础上每季（年）进行总检，一般在一天内完成，也可与当日大检结合进行，统计出 季（年）设备完好率，验证故障规律，打出经验教训（亦可搞半年总结和年终总结） 。 5.维护工要做到：一不准、二安全、三配合、四坚持。 “一不准”井下不准 随意调整安全阀压力； “二安全”维护中要保证人和设备安全； “三配合”生 产班配合操作工维护保养好支架、检修班配合生产班保证生产班无大故障、检修时要 与其它工种互相配合共同完成检修班任务； “四坚持”坚持正规循环和检修制度、 坚持事故分析制度、坚持检修日志和填写有关表格、坚持技术学习提供业务水平。 四四四四 注意事项及警示注意事项及警示注意事项及警示注意事项及警示 1.液压系统维修前，必须将乳化液泵站及支架上的进液截止阀关闭，并确保换向 阀组、液控单向阀内无压力。 2.在支架工作期间，严禁将身体的任何部位置于两支架空隙之间、底座柱窝内。 3.在更换液压元件时，应更换安全标志证书在有效期内的同等规格、型号的液压 元件。 4.结构件工作温度：-50+50；立柱、阀类以及液压管路元件的工作温度： 1050。 5.支架各元、部件须在其工作温度范围内工作、运输、存储，否则应采取相应的 防护措施。 6.立柱的活柱上的镀络层划（碰）伤严重，应予以更换。 7.立柱的镀层工作环境： a）工作温度：1050c； b）空气湿度不大于 95%以上； c)空气中水质应符合配制液压支架用乳化液的水质的条件； d)不得有人为损坏镀层的现象，包括磕碰伤、放炮崩伤等。 8.液压支架用液压元件使用条件： 立柱、阀类等液压元件，经修复后，必须作密封性能试验； 安全阀使用条件： a）新的安全阀或修复再用的安全阀，在支架上组装前，必须作密封性能试验， 并按要求调定压力值的准确调定； b）下井一季度或未下井放置半年，必须对支架上安全阀作密封性能和要求调定 压力值的调定。 9.过滤器（包括乳化液箱）必须每月清洗一次。 第三节第三节第三节第三节常见故障及其排除方法常见故障及其排除方法常见故障及其排除方法常见故障及其排除方法 支架样机经过符合标准的强度性能试验和耐久性试验， 整工作面支架出厂又经过 严格的验收，因此，支架可以经受各种考验，主要结构件和液压元件的强度足够， 性 能可靠，在正常情况下一般不会发生大的故障。但是，支架在井下使用过程中，由于 煤层地质条件复杂，影响因素也较多，加之如果在维护方面存在隐患或操作不当， 则 支架出现故障也是难免的。因此，必须加强对综采设备的维护管理，使支架不出现或 少出现故障。然而，一旦出现故障，不管故障的大小，都要及时查明原因，迅速排除， 使支架保持完好，保证综采工作面的设备正常运转。支架在使用过程中可能出现故障 的部位、原因和排除方法，分别作如下简要介绍： 一一一一 结构件和连接销轴结构件和连接销轴结构件和连接销轴结构件和连接销轴 1结构件 支架的结构件通常不会出现大的问题，主要结构的设计强度足够，但在使用过程 中也可能出现局部爆缝、裂纹，可能出现裂纹的部位主要有：顶梁柱帽和底座柱窝附 近；