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低位放顶煤液压支架的设计(含源文件),低位,放顶煤,液压,支架,设计,源文件
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河南理工 大学毕业 设计 论文 支撑掩护式液压支架 中文摘要 现代煤矿高效工作面的关键设备液压支架 ,是煤矿实现采煤、运输和支护等所有工序全部机械化的重要环节。 支撑掩护式支架是以支撑为主 ,掩护为辅的液压支架 ,用来控制采场顶板下沉断裂及冒落 ,保证控顶距内顶板完整和必要的回采空间。对支撑掩护式液压支架的结构特点及合理应用等进行了简要介绍。为保证支架的合理工作状态 ,应尽量缩短降架时间 ,快速移架 ,及时支护 ,并保持足够的支架初撑力在详细分析液压支架初撑力与直接顶相互作用机理的基础上 ,对支架合理初撑力的确定进行了分析研究 ,并提出了 合理支架初撑力的确定方法。 关键词 ： 液压支架 支护 初撑力 河南理工 大学毕业 设计 论文 he is in s it is of of of in to it is to of to to in On of of of of of is 液压支架的应用及意义 随着工业技术的不断发展，国民经济对煤炭需要量的日益增加，煤矿开采，特别是采煤工作免得生产技术面貌发生了巨大的变化。自 1954 年英国装备了世界上第一个液压支架工作满开始，采煤技术实现了综合机械化。综合机械化采煤，就是工作面采煤，运输和支护三大主要生产环节都实现机械化。也就是说，采用滚筒式或刨削式等采煤机械落煤与装煤；工作面重型可弯曲运输机，以及与之适应的顺槽转载机和可伸缩皮带运输机等运煤；自移 式液压支架支护和管理顶板。这几种设备相互配合，组成了综合机械化采煤设备。 液压支架是以高压液体 为动力，由若干液压元件（油缸和滑件）与一些金属结构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备，能实现支撑，降落移架和推移运输机等一整套工序。液压支架技术上先进，经济上合理，安全上可靠，当前世界各国都在不断地提高采煤工作面的综合机械化水平。 我国于 1964年开始研制液压支架，已先后试制了 在开滦，大同，阳泉，鹤壁，徐州，铜川，义马，淮北等局矿进行了试验和使用，取得了较好的效果。 1974 年以 来，从西德，英国，前苏联和波兰等国引进了许多不同类型的液压支架。实践证明，液压支架具有强度高，支护性能好，移设速度快，安全可靠等优点，能使采煤工作面达到高产量，高回采率和高工效，能大大减轻劳动强度，降低成本和掘进率，实现安全生产。 国外放顶煤液压支架 放顶煤综采能否成功还取决于能否针对具体的使用条件进行放顶煤液压支架的合理选型和设计。一般说来，它要满足对顶煤具有良好的支护效果，同时还要满足顺利放煤，运煤，行人，通风，移架和对采煤工作干扰小等一系列要求。国外的放顶煤液压支架发展较早。法国 60年代初就 成批生产放顶煤液压支架。现将各主要放顶煤液压支架生产国家研制，生产，使用的放顶煤支架及其主要特点做一简要介绍。 法国放顶煤液压支架；法国主要生产放顶煤液压支架的为玛雷尔公司。其生产的第一代放顶煤液压支架是带香蕉尾架的支撑掩护式支架。由于第一代香蕉尾梁式支架存在工人在尾梁处放煤不安全；处理大块煤困难；顶 煤排放无法有效控制等，常造成压死输送机的现象。而且，该支架工作阻力也较低，仅 1500。第二代放顶煤支架按照此基础上作了较大的改进，基本避免了这些缺陷。工作阻力增加到 3000n/架。支架间 安设防到防滑千斤顶，使支架可以在倾角 30度的工作面使用。扩大了支架啊的使用范围。 英国放顶煤液压支架；英国生产放顶煤液压支架的主要有道梯公司和伽力克公司。英国 70 年代才开始研制放顶煤液压支架。由于英国国内吧不采用放顶煤开采，其生产的放顶煤液压支架主要用于出口。支架的主要特点为：放煤门面积大，便于顶煤垮落进入后部输送机；采用四连杆机构，顶梁对顶板的接触及支架稳定性较好，后输送机置于支架加长底座上。利用工作面输送机的移溜千斤顶回液进入后部立柱，使后输送机相对与支架向后推出，而放顶煤位置不变。 德国放顶煤液压支架 ：德国 70 年代末 80 年代初开始生产放顶煤液压支架。有代表性的支架为 自移式超前支架 1 自移式超前支架的结构特点 自移式超前支架安放在轨道顺槽内，与安放在该处的端头支架排成一列，在轨道顺 槽内按图 行布置，两者结合动作。图 述的是一座自移式超前支架的 （副） 架结构。 图 1 自移式超前支架 1顶梁 分析图 出自移式超前支架具有以下几个方面的特点： 采用主、副架结构，主（副）架的顶梁之间、底座之间采用铰接结构，增强了对顶、底板不平整的适用性； 主、副架顶梁之间、底座之间设有调架千斤顶； 支架的前移靠推拉千斤顶实现； 主（副）架有四根立柱支撑； 主、副架中心距范围为 1300500 主（副）架后部顶梁设有尾梁，可支护架间顶板； 主（副）架中间设有四连杆，有底座、前后连杆和顶梁组成的四连杆机构保证顶梁不出现“前仰后爬”的现象。 说明：由于自移式超前支架的主、副架结构完全相同，承受载荷也相同，因此本课题在研究支架零部件的建模、装配、加载分析时是以自移式超前支架的主（副）架为研究对象，但在研究自移式超前支架的液压控制系统、动作原理时是以整个自移式 超前支架为研究对象。 2 自移式超前支架的承载原理 自移式超前支架承载过程是指自移式超前支架与顶板之间相互力学作用的过程。它包括初撑阶段、承载增阻阶段和恒阻阶段。 1初撑阶段在升架过程中，当自移式超前支架的主、副顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到乳化液泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀立即关闭，这一过程为自移式超前支架对顶板的初撑阶段。此时自移式超前支架对顶板的支撑力为 初撑力，其表达式为： 式中： 自移式超前支架的立柱缸径； D 自移式超前支架的立柱数量， n=8； n 乳化液泵站 的工作压力， 2承载增阻阶段自移式超前支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱的下腔液体压力逐渐升高，自移式超前支架对顶板的支撑力也越来越大，呈现增阻阶段，这一过程为自移式超前支架的承载增阻阶段。 3恒阻阶段随着顶板压力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高。当升高到安全阀的调定压力时，安全阀开启溢流，立柱下缩，立柱下腔液体的压力随之降低。当下降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。由于安全阀的作 用，自移式超前支架的支撑力维持在一个恒定数值，这就是支架的恒阻阶段。此时，自移式超前支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由自移式超前支架安全阀的调定压力决定的。自移式超前支架的工作阻力为： 式中： 自移式超前支架安全阀的调定压力， 其他符号的意义同前。 自移式超前支架工作时初撑力、工作阻力、与时间的关系，可用图 自移式超前支架工作特性曲线表示，曲线上的 分别表示自移式超前支架的初撑、增阻和恒阻阶段的时间。 图 移式超前支架的工作特性曲线 自移式超前支架在达到额定工作阻力以前具有增阻 性，以保证支架对顶板有效的支撑作用；当自移式超前支架达到额定工作阻力以后，支架能随顶板的下沉而下缩，即具有可缩性和恒阻性，自移式超前支架的工作特性取决于立柱、液控单向阀和操作阀的性能以及密封的好坏，所以这些元件是自移式超前支架的关键液压元件。通常液控单向阀和安全阀组合在一起，称为控制阀。 自移式超前支架的工作阻力是自移式超前支架的一个重要参数，它表示自移式超前 支架支撑力的大小。自移式超前支架性能用支护强度来表示，即： 3 自移式超前支架的液压控制系统 自移式超前支架是一种中间液压支架，它的液压控制系统 具有端头支架液控系统的特点，但由于它的动作过程比端头支架繁琐的多，因此它的液压控制系统要比端头支架复杂。自移式超前支架的液压管路及密封要保持完好，有问题应及时维修，以确保支护质量。 压支架控制系统的特点 液压支架不仅需要良好的结构以适用所工作的煤层地质条件，而且还应配备完善而可靠的液压系统及液压元件来实现支架的优良工作性能。液压支架的液压系统属于泵站开式系统，动力源是乳化液泵，执行元件是各种液压缸。系统回液流入乳化液箱，然后由泵随工作面一起向前推进。泵站通过沿工作面全长铺设的主供液管和主回液管向各 个支架供给高压乳化液，接回低压回液。工作面中每个支架的液压控制回路大多相同，通过截止阀连接于主管路，相对独立。 液压支架的液压系统具有下列特点： 1. 在支架 液压系统中，采用低粘度、高水基的乳化液作为工作介质，其润滑性能 防锈性能都不如矿物液压油，因此支架液压元件一般不采用间隙密封方式，并对液压元件的材料、加工精度和防锈处理也有较高要求。 2. 工作压力高 (管路内压力达 20 40柱内的压力达 30 70流量大 (35400L/为了保证系统具有较高的容积效率，实现无故障作业及工作人员 的安全，液压系统的元件和部件要有很好的密封性和可靠性。 3. 泵站集中供液，主供液与回液管路和支路供液与回液管路长度之和相当长，压力损失较大。 研究支架液压系统时，除考虑泵站、主供液与回液管路等共用部分外，主要研究单台自移式超前支架的液压系统。自移式超前支架的液压系统主要由立柱控制回路、推移控制回路以及其他控制回路 (如调架千斤顶等 )组成，虽然支架的液压缸 (立柱和千斤顶 )种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联回路。 压支架基本控制回路 整个工作面的液压支架的液压系统由乳化液泵站、主管路和各个支架的控制系统等三大部分组成。 1泵站及主管路通常，从泵站向工作面引出两条管线：一条供给压力液，称为主压力管路 P；另一条接收低压回液，称为主回液管路 O。如果所有支架都直接与主管路并联，称为整段供 液；如果将各工作面所有支架分为若干组，各组内的支架并联于该组的分管路，然后各分管路再并联于主管路，称为分段供液；分段供液可以降低管路液压损失。每个支架的压力支路上都有截止阀，回液支路上都设有回液单向阀，以便支架检修时不影响其他支架的工作。 由于工作面支架的立 柱和千斤顶所需要的液压力不同，就需要泵站供给不同的压力液。一般情况下，立柱要求达到较高的初撑力，就需要高液压；而那些要求推力较小的千斤顶需要较低的压力液。因此可以采用以下泵站系统。 1) 高压低压泵液压系统 (图 3) 工作面同时需要高压和低压液时，可以设置一套高压泵和一套低压泵，高、低压泵可以用一台电动机拖动，组成整套乳化液泵站。该方案的缺点是设备复杂，成本较高。 图 压泵液压系统 1高压泵 6高压单向阀 2) 高压泵减压阀泵站液压系统 (图 在需要低压液的工作面也可以采用减压阀，由高压泵站出来经减压以后，供给低压液。这种系统与高压低压泵站系统相比，设备比较简单，维护费用较低。 图 4 高压泵减压阀泵站系统 1高压泵 2基本控制回路 1) 换向回路 (图 图 4 换向回路 换向回路用来实现液压缸工作腔的液流换向，完成液压缸伸出或缩回动作，控制元件是操纵阀，由数组二 位三通阀组成，每组二位三通阀实现一个液压缸的换向，由一个手柄操作，这是简单换向回路。回路中各阀可以独立操作，不影响其他液压缸的工作，可根据具体情况，合理调配各液压缸的协同动作。 2）锁紧回路 (图 图 5 锁紧回路 紧回路用来闭锁进入液压缸工作腔的液体，使液压缸在不进行操作时也能承载。液压缸后腔锁紧，能够承受推力负荷，防止活塞杆缩回。液压缸前后腔同时锁紧，可以把活塞杆保持在需要的任意位置，既能承受推力负荷，也能承受拉力负荷。用液控单向阀构成的 紧锁回路，可以在需要时解锁卸载，不需要额外的专用于解锁的控制阀。 由于自移式超前支架本身就是液压支架的一种特殊型号，所以上述液压支架中的基本回路也适用于自移式超前支架。 4 自移式超前支架的动作原理 自移式超前支架的循环推拉步距为 600工作面机头处过渡支架推拉后及时推拉。下面对轨道顺槽内的端头支架与自移式超前支架的动作进行说明。 1推前架：按照“半卸载”原理，以中间架为支点，完成推前架的任务。 推主架：阀 于工作位置，降尾梁；使阀 作，使立柱 14 有杆腔接通高压乳化液体，同时 高压乳化液体控制单向锁打开，液体通过阀芯与阀座间隙回油箱。主架下降脱离顶板后，使换向阀 于工作位置，推动主架向前 600架下降，顶梁与顶板之间保持一定的小压力，也可带压移架。防倒调架千斤顶 4 处于浮动状态，活塞杆可随主架前移被拉出。底座和顶梁位置不正时，使用防倒调架千斤顶 4 加以调整。使阀 于工作位置，高压乳化液进入立柱活塞腔，回液进入油箱，随着立柱中压力的增加，主架接顶，并到达初撑力时，停止供液；阀 于工作位置，挑尾梁。 推副架：阀 于工作位置，降尾梁；使阀 于工作位置，使立柱 15 有杆腔接通高压乳化液，同时高压乳化液体控制单向锁打开，液体通过阀芯与阀座间隙回油箱，实现副架降架；阀 于工作位置，降副架推移到位。调整架间距后，升副架；阀 于工作位置，挑尾梁。 2. 拉中架：按照“半卸载”原理，以前架为支点，完成拉中架的任务。中架和前架的液压控制系统完全相同，因此对中架各液压阀的动作不再详述，只给出中架的 动作顺序： 主架支撑，降尾梁降副架拉副架升副架挑尾梁； 副架支撑，降主架拉主架升主架挑尾梁。 3. 拉端头支架： 主架支 撑，降副架拉副架升副架； 副架支撑，降主架拉主架升主架挑尾梁。 在自移式超前支架的移动过程中，应注意以下两个要点：推拉自移式超前支架时，两侧支架不得同时推拉，推拉一组支架并升起达到初撑力，经检查无问题后方可推拉另一组支架；遇冒落带或顶板高度变坡较大时，要用老料衬平，以保证自移式超前支架的顶梁接顶严密；遇巷道底板不平或变坡较大时要落底或用老料衬平，以保证自移式超前支架的底板受力均匀。 本 文 的研究重点围绕自移式超前支架进行展开。分析了自移式超前支架的结构特点以及由结构特点决定的承载原理 ；对自移式超前支架的液压控制系统进行了重点研究，对乳化液泵站、主管路和各个支架的基本控制回路进行了研究分析， 指出 自移式超前支架 的广泛发展空间。 河南理工大学 本科生毕业设 计 姓 名： 郝培亮 学 号： 03080157 学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 论文题目： 低位放顶煤液压支架的设计 指导教师： 任保才 职 称： 教授 2006 年 6 月 河南焦作 河南理工大学大学毕业设计任务书 学 院 机械与动力工程学院 专业年级 机设 03 学生姓名 郝培亮 任务下达日期： 2006 年 4 月 9 日 设计日期： 2006 年 4 月 9 日至 2004 年 6 月 10 日 设计题目： 低位放顶煤液压支架设计 设计专题题目： 低位放顶煤 液压支架 顶梁 及 立柱 设计主要内容和要求： 1. 设计要求： 完成液压支架总体方案确定及设计 主要零部件设计 完成设计图纸（折合 0 ） 3 张 2. 主要工作参数： 顶板条件：老顶 级 直接顶 2 类 底板比压 : 作阻力： 4000溜力： 150架力： 300站压力： 32应煤层倾角： 150 院长签字： 指导教师签字： 河南理工大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语 （基础理论及基本技能的掌握； 独立解决实际问题的能力； 研究内容的 理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点； 工作态度 及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成绩： 指导教师签字： 年 月 日 河南理工大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 河南理工大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回答问题 正确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩 学院领导小组负责人 ： 年 月 日 第 1 页 共 100 页 - 1 - 本科生毕业设 计 姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 论文题目： 低位放顶煤液压支架的设计 指导教师： 职 称： 20* 年 6 月 河南焦作 第 2 页 共 100 页 - 2 - 毕业设 计任务书 学 院 专业年级 学生姓名 任务下达日期： 20* 年 4 月 9 日 设计日期： 20* 年 4 月 9 日至 20* 年 6 月 10 日 设计题目： 低位放顶煤液压支架设计 设计专题题目： 低位放顶煤 液压支架顶梁及立柱 设计主要内容和要求： 1. 设计要求： 完成液压支架总体方案确定及设计 主要零部件设计 完成设计图纸（折合 0 ） 3张 2. 主要工作参数： 顶 板条件：老顶 级 直接顶 2类 底板比压 : 作阻力： 4000溜力： 150架力： 300站压力： 32应煤层倾角： 25时，排头支架设防倒滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机设置防倒滑装置。 （ 3）底板强度 错误 !未找到引用源。 验算比压，应使支架底座对底板的比压不超过底板允许比压。 错误 !未找到引用源。 为使移架容易，设计时要使支架底座前部比后部的比压小。 (4) 瓦斯含量 对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并选用通风端面较大的支承式或支承掩护式支架。 (5) 煤层硬度 当煤层为软煤层时，支架最大采高一般 硬煤层时，支架最大采高一般 煤层时，支架最大采高 50 N p=25 50 N p50 比值 N 应根据采煤工作面所在位置的地质柱状图中的 M 和 h 来计算。 老顶初次来压步距 根据现场实测或矿压显现特征确定。 （ 2）直接顶类别按 表 2 4 来确定 指标 类别 不 稳 定 顶 中等稳定顶板 稳定顶板 坚硬顶板 第 29 页 共 100 页 - 29 - 板 主要指标 强度指数 2 12 无直接顶 ,岩层厚度在 2以上 , 6080 参考指标 直接顶初次垮落步距 l（ m） 8 9925 3、 支架架型和支护强度的确定 按 表 2据老顶级别和直接顶类别来确定支架架型 ,再根据老顶级别和采高确定支架强度 . 支护强度被定义为单位支护面积的支护阻力 . 老顶级别 直接顶级别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 液压支架架型 掩护 掩护 支撑 掩护 掩护和支撑 支撑 支掩 支掩 掩护和支撑 掩护和支撑 支撑或支掩 液压支架支护强度kN/高 1m 采高 2m 采高 3m 采高 4m 294 343（ 245） 441（ 343） 539（ 441） 294 343(245) 441(343) 539(441) 294 343 441 539 2 294 2 343 2 441 2 539 应结合深孔爆破 ,软化顶板等措施处理采空区 压支架的结构设计 压支架主要结构参数和形式的确定 第 30 页 共 100 页 - 30 - 1. 支架高度的确定 一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，然后确定支架高度。 对于大采高支架，按下式确定支架高度，即 (200 400)(500 400) 支架最大高度 ( 支架最小高度 ( 最大采高 ( 最小采高 ( C 煤层平均厚度； 煤层厚度上、下波动系数，一般取 1 1 1 3， 0 8 0 90。 对于中厚煤层支架，按下式确定支架高度， 即： (200 300) (300 400) 对于薄煤层支架，则按下式确定支架高度，即 (100 200) (150 250) 支架的最大高度与最小高度之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架适用范围越广调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。支架最大高度和最小高度取值应符合表 2 3支架高度系列单位（） 表 2 6支撑掩护式液压支架高度系列表 第 31 页 共 100 页 - 31 - 综合以上分析我们在设计过程中取 28001400 3、 支架伸缩比 支架的伸缩比指其最大与最小高度之比 M= 2 (2) 中心距和宽度的确定 支架中心距一般等于工 作面一节溜槽长度。目前国内外液压支架中心距大部分采用1 5m。大采高支架为促高稳定性中心距可采用 1 75m，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用 支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输安装和调高要求。支架顶梁一般装有活动侧护板一般形成 170 200支架中心距为 小宽度一般 1400 1430大宽度一般 1570 1600支架中心距为 小宽度一般 1650 1680大宽度一般 1850 1880支架 中心距为 果带有活动侧护板，最小宽度一般 1150 1180大宽度一般 1320 1350果不带 第 32 页 共 100 页 - 32 - 活动侧护板，则宽度一般取 1150 1200 综合以上分析我们在设计过程中取中心距 度取 . 支架间距 所谓支架间距，就是相邻两架中心间的距离，按如下公式计算： b = B + 式中 b:支架间距 B:每架支架顶梁总宽度 C:向邻支架顶梁间的间隙 n:每架所包含的组架或框架数，总体自移式支架 n 1，整 体逐步式支架 n 2，节式组合迈步支架 n支架节数。支架间距 b 主要根据支架形式，但目前主要根据刮板运输机油槽节长度及槽帮上千斤顶连接的位置来确定，斤顶连接位置在刮板槽中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为 处恰取 1500 4、底座长度 底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面：支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走，保证 支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座长度取 3 5佰的移架步距 (一个移架步距为 o 6m)，即 2 1m 左右；支撑掩护式支架的底座长度取 4倍的移架步距，即 2 4 5. 顶梁尺寸 错误 !未找到引用源。 顶梁长度 顶梁长度受支架型式、配套采煤机截深 (滚筒宽度 )、刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护方式等因素的制约。 减小顶梁长度，有利于减小拧顶面积，增大支护强度。减少顶板反复支护次数，保持支架结构紧凑，减轻重量。 掩护式支架，由于一般用于破碎顶板，应将顶板长加以 控制，使空顶区范围内的重复 第 33 页 共 100 页 - 33 - 支承次数不超过 4 5次，顶梁长度为 大 3m。可用公式如下 : 顶梁长度 配套尺寸底座尺寸 A -G 300+e 式中： 配套尺寸 600 392 730 350 2072:完全伸出的摆杆千斤顶长度（ G:顶梁与掩护梁铰接处到掩护梁与摆杆千斤顶铰接处的距离（ e:支架由高到低顶 梁前端最大位移量（ 1 、 1P ：支架在最高位置时，分别为后连杆与水平面及掩护梁与水平面的夹角 1 71，1P 35 按条件取底座长度大约为 梁长度 L=2072400 1091+3000 =整得 L 3890误 !未找到引用源。 顶梁宽度 顶梁宽度根据支架间距和架形来定，架间间隙为 中宽面顶梁一般为 式支架一般为 处取 1430 错误 !未找到引用源。 顶板覆盖率 =( )( )c B j 100 式中 B:顶梁的宽度 ( ) l:支架顶梁长度 (m) :支架间距 (m) 对破碎机顶板：覆盖率 s 值应达到 85 95，故掩护式支架装可移动侧护板，以维护架间的间隙，中等稳定顶板覆盖率值为 75 85，稳定侧护板覆盖率为 60 第 34 页 共 100 页 - 34 - 70。支架控顶距 次处 =(3890 1430)/(3890+300) (1430+200)=81 6. 立柱布置 错误 !未找到引用源。 立柱数 此支撑掩护式支架为四柱 错误 !未找到引用源。 支承方式 此处掩护式支架采用倾斜布置，这样可 以克服一部分水平力，并能提高范围。一般立柱与顶梁夹角小于 30，前排立柱与竖直平面的夹角小于 7 ，后排立柱与垂直平面的夹角小于 3。 错误 !未找到引用源。 立柱间距 立柱间距的选择原则为有利于工作部件合理布置的情况下，采用较小的柱间距，立柱间距小，可减小控顶距，但工人行走不便。 其余主要尺寸见下图所示： 第 35 页 共 100 页 - 35 - 图 2 2 2 支架主要尺寸 压支架的总体布置 （ 1） 支架整体机构尺寸的确定 错误 !未找到引用源。 按照以前的支架设计经验 ,确定支架底座长度 l=2400 错误 !未找到引用源。 按确定四连杆机构尺寸的方法 ,确定四连杆及掩护梁。 错误 !未找到引用源。 根据工作方式及设备配套尺寸确定顶梁长度 l=5209 错误 !未找到引用源。 确定立柱布置 确定立柱布置可以用类比法 ,其确定原则考虑支架的稳定性及支架的合力作用位置综合进行考虑 ,我们知道 ,作用位置超前 易产生啃底现象 ,所以一般尽量使合力位置向后移。支架顶梁只支承两柱时 ,上柱窝位置在顶梁后部 ,一般顶梁前端与后端之比为 此处取 ,而下柱窝的位置根据立柱的角度来定。一般掩护式支架的立柱与底座垂线的a 1a 2 第 36 页 共 100 页 - 36 - 夹角为 q,小于 30。 (2) 侧护板尺寸的确定 错误 !未找到引用源。 顶梁侧护板侧向宽度 ,按支升降高度和移架步距来定。即考虑到一架升起 ,另一架降柱时 ,要保证两侧护板不离开 ,同时考虑到支架降柱后要前移 ,为防止顶梁后部侧护板离开 ,所以顶梁侧护板要加宽 ,加宽的宽度为顶梁后部起大于一个步 距 ,即大于 600。 错误 !未找到引用源。 掩护梁侧护板的侧向宽度 ,主要考虑移架步距 ,一般比一个步距大 100侧护板宽度大于 700一架固定另一架前移时 ,两架支架之间能封闭 原不动支架的掩护梁的侧护板不至于离开 ,所以掩护梁侧护板下部要加宽。 错误 !未找到引用源。 顶梁与掩护梁侧护板的上部宽度 ,与活动侧护板行程有关 . 错误 !未找到引用源。 顶梁和掩护梁的连接部位及侧护板在次的连接部位 ,在考虑动作可靠的情况下 ,尽量减小间隙 ,加强密封性。 架的主要结构 (1) 前梁 前梁为一钢板焊接件，它可以向上摆动 15，向下摆动 15，从而改善了前梁与顶板的接触状况。 采高大于 支架，为了防止煤壁片帮和房子煤壁向人行道一侧片落，保护人的安全，一般要采用护帮装置。本支架采用四连杆回转式护帮装置，该装置由长杆、短杆、护帮板和前梁组成四连杆机构，能使护帮板回转 180，支护顶板时的支撑力能达到 1020缺点是结构比较复杂。 (2) 主顶梁 顶梁用于支撑维护控顶区的顶板，承受顶板压力，将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板 。 第 37 页 共 100 页 - 37 - 图 2顶梁筋板焊接方式 这里采用前后铰接式顶梁。整个顶梁分前梁和主顶梁两部分。前梁由前梁千斤顶支撑，对顶板的适应性较好。铰接前梁端部的支撑力决定于前梁千斤顶的支撑力矩。一般梁的支撑力，未伸出前为 100160 主顶梁为焊接箱式结构。中间以两根主骨架为主体，在主骨中焊接四个柱窝。在顶梁两侧装有侧护板，根据工作面方向不同可使一侧固定，另一侧活动。要使侧护板固定，只要把弹簧套筒收回，用销子销在销孔中。为 了防止销子脱出，用挡板固定。如果销不住，侧护板就在弹簧作用下伸出。顶板采用的钢板厚度为 30板厚度为 30 (3) 掩护梁 掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座。还承受对支架水平作用力及偏载扭矩。掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸性能。 掩护梁为款面板式箱形结构件。焊接方式与顶梁相似，掩护梁上铰接座与顶梁铰接，下端通过前、后连杆与底座铰接。掩护梁上的侧护板的装配方式与顶梁相同。 (4) 底座 底座为支架的其它结构件和工 作机构提供安设的基础，与前、后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构，将立柱和前、后连杆传递的顶板压力传给底板。 本底座是由钢板焊接成的箱形整体结构。在底座前端中间焊接有过桥它可以起到对底座的加强作用，另外还要用于固定推移千斤顶，将其一端固定在底座上。 除了满足一定的刚度和强度外，对底板不平的适应性要强，对底板的接触比压要小；有足够的空间安装立柱液压控制装置，推移装置和其它辅助装置；便于人员操作行走，起一定的挡煤作用，考虑排煤能力，有一定的重量，以保证支架的稳定性能等。采用整体式底座：这种底座是用钢板焊接成的箱式结构 ，整体性强，稳定性好，强度高，不易变形，与底板接触面积大， 第 38 页 共 100 页 - 38 - 比压小，底座的前端做成滑靴形，以减小支架的移动阻力，同时底座后部重量大于前部避免移架时底座啃底，底座与立柱之间连接处用铸刚球面柱窝接触，以免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销柱限位，防止立柱脱出柱窝。在整体式底座后部中间底板去掉一块，增加底座后部比压，同时有利排煤。 (5) 立柱 该立柱为一单伸缩双作用油缸，为了适应顶底板的变化和改善其受力状况，立柱两端均采用球面结构，以便更好地承受顶板压力。 为了补充立柱液压行程的不足，加设有机械加长段。在煤层厚度变 化不大的工作面，可在安装时一次将加长杆调节到所需要的高度，在回采工作中可不再调节加长杆的长度。加长杆的调节长度为 900 3 挡，每挡 300 加长杆的拉出办法： 错误 !未找到引用源。 根据采高的要求首先确定加长杆所需伸出的长度，然后把操纵阀打到升柱位置，伸出长度稍大于所需长度； 错误 !未找到引用源。 用单体支柱或圆木撑住顶梁； 错误 !未找到引用源。 拆卸开口销、销轴、挡套和卡环； 错误 !未找到引用源。 把操纵阀打到降柱的位置，使立柱下降，加长杆即可伸出 ，直到所需要的高度； 错误 !未找到引用源。 装上卡环、挡套和销轴及开口销。 缩短加长杆的方法： 错误 !未找到引用源。 决定了缩短加长杆的数值以后，调节活柱高度，使加长杆的销轴中心高于导向套顶端的距离； 错误 !未找到引用源。 用单体支柱或圆木撑住梁顶； 错误 !未找到引用源。 拆除开口销、销轴、挡套和卡环、 错误 !未找到引用源。 伸出活柱，使加长杆缩进活柱套管，直到所需的高度； 错误 !未找到引用源。 装上卡环、挡套、销轴和开口销。 第 39 页 共 100 页 - 39 - 图 2 4 带机械加长的双作用单伸缩立柱 1机械加长段； 2卡环； 3挡套； 4开口销； 5活柱； 6 缸体； 7活塞；图 2 5(a) 立柱的缸口结构 1橡胶防尘圈； 2导向环； 3挡圈； 4蕾型圈； 5、 6 7方形钢丝 图 2 5（ b） 立柱活塞部分结构 1活柱； 2限位套； 3活塞头； 4导向环； 5鼓形密封圈； 6内卡键； 第 40 页 共 100 页 - 40 - 7外卡键； 8卡箍； (6)千斤顶 在 4/28 型液压支架上有推移千斤顶、护帮千斤顶、侧推千斤顶、前梁千斤顶等。都是采用外供液固定活塞式千斤顶。 图 2 6 推移千斤顶结构图 1活塞杆； 2防尘圈； 3钢丝挡体； 4蕾型圈； 5、 6 O 型圈、挡圈； 7管接 头；8活塞头； 9 O 型圈； 10蕾型密封圈； 11挡圈； 12压紧帽； 13缸体 要参数的确定 3、 支护面积： 支架得支护面积按如下进行计算 B(L + m) 支护面积（） L： 顶梁长度（ m） m: 移架后顶梁前端至煤壁的距离，一般 m=284 1430（ 3890 300） 第 41 页 共 100 页 - 41 - 5991700 2支护强度 支护强度是指支架对单位面积顶板提供的工作阻力，按下式计算： q=()SP n L式中 P 立柱总工作阻力 (N)； 支护效率； 支架中心距 ( 梁端距 ( 顶梁长度 ( 支架对顶板的垂直作用合力 支撑式支架 1；支撑掩护式支架一般为 顶掩护式支架一般为 掩掩护式支架一般 3、 底板平均接触比压 平均比压按下式计算 0P=(式中 0P：平均 比压 （ P=4000S=P=1500 n=300 m=3890 算得 q 000 第 42 页 共 100 页 - 42 - P：支架工作阻力 （ N） 座长度 （ m） 座当量宽度（ m） 3、 确定立柱和千斤顶的规格 1 立柱缸体内径按下式进行 1 4 P （ 式中 柱缸体内径 （ P: 立柱的工作阻力 （ 站工作压力 （ 般在 间，对于不稳定顶板向上取限，稳定顶板向下取限。这里取 根据 1984年我国正式发布的矿用液压立柱、千斤顶、柱径系列84煤矿工业部标准。鉴于所计算数据取 00 表得柱径为 d 185撑力 1 232D 10 （ 式中 体内径 （ m） 310 ：单位换算值 工作阻力 P4 232D 1 0 （ 式中是缸体内的压力。 因为 p=4000用安全阀开启压力为 千斤顶的计算和立柱相同。 .4 得0P =4000KN 32b=得180 0D 220 mm 170mm 0 第 43 页 共 100 页 - 43 - 千斤顶的推力和拉力计算 固定活塞式千斤顶的推力按下式计算： 234 10 p (固定活塞式千斤顶的拉力按下式计算： 2 2 31 d p 1 0F （ ） （ 式中 D：千斤 顶缸体内径 （ m） d：千斤顶活塞杆的外径 （ m） 站压力 （ 由于 Dd，所以固定活塞式千斤顶的推力大于拉力。 摆杆千斤顶 5. 泵站压力的确定 泵站压力的确定按照立柱和千斤顶的工作压力需要确定为： P = 32算得 4/28 支撑掩护式液压支架技术参数如下： 支架 形式 支撑掩护式 操作方式 邻架操作 高度 2.8 m 宽度 m 初撑力 2508 作阻力 4000 护宽度 1.5 m 支护强度 第 44 页 共 100 页 - 44 - 底座面积 m 底座比压 量 11200 站工作压力 32 柱 (4 根 ) 缸径 180 柱直径 170 程 750 撑力 628 拉力 121 作阻力 1000 杆千斤顶（ 2 根） 缸径 63 柱杆直径 45 程 800 作阻力 N 最高位置与水平面 的夹角 35 最低位置与水平面的夹角 65 短柱（前梁千斤顶）（ 1根） 缸径 140 塞杆直径 105 第 45 页 共 100 页 - 45 - 行程 140 撑力 226 力 99 作阻力 588.6 梁端部最大支撑力 127.5 梁向上摆角 15 前梁向下摆角 19 推移千斤顶（ 1根） 缸径 168 塞杆直径 110 程 700 力 360 力 633 推千斤顶（ 4根） 缸径 80 塞杆直径 45 力 75 力 51.5 程相应为 250 本支架的液压系统，由乳化液泵站，主进，主回液胶管，各种液压元件，立柱及各种千斤顶等组成。液压系统原理：本支架操作方式采用邻架操作控制，使用快速接头拆装方便，性能可靠。 本支架液压系统所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比浓度为 第 46 页 共 100 页 - 46 - 5，使用乳化液应注意以下几点： (1) 定期检查浓度，浓度过高增加成本，浓度太低，可能造成液压元件锈蚀，影响液压元件的密封和使用寿命 (2) 防止污染，定期清理乳化液箱和支架过滤器 (3) 防冻：乳化液的凝固点为零下三度左右，与水一样也具有冻结膨胀性，乳化液受冻后，不但体积膨胀 ，稳定性也受影响，乳化液地面配制和冬季运输时要注意防冻。 第 47 页 共 100 页 - 47 - 液压支架液压系统图 2 侧推千斤顶 2前梁千斤顶 3推溜千斤顶 4插板千斤顶 5伸出梁千斤顶 6后立柱 千斤顶 7前立柱千斤顶 8摆杆千斤顶 7/35 型液 压系统的特点是 : (1) 支架上的大部分液压元件 (除前梁千斤顶控制阀和双向锁外 )都装在阀组的座架上 ,支架本身 只有两根高压软管 ,这样既便于操作 ,又能保证支柱间有宽敞的人行道。 (2) 操纵阀 前柱 也可同时操作。 (3) 前梁千斤顶活塞腔与活塞杆腔之间连接一个大流量安全阀 ,在升前梁与升柱同时操作时 ,对前梁加以保护 ,并使前梁有较大的支撑力。 (4) 液压系统中设有顶梁活动侧护板和掩护梁侧护板千斤顶液路，通过两片操纵阀可单独操纵两个千斤顶的伸缩。 (5) 为在厚煤层工作 面中防止片帮，液压系统中还设有护帮千斤顶，在护帮千斤顶的液路上连接着双向锁，对护帮千斤顶的活塞腔与活塞杆腔分别进行相互闭锁。 (6) 支柱和前梁千斤顶的活塞腔液路上，设有测压阀，根据工作需要，可随时进行压力测定，了解支架受力情况。 第 48 页 共 100 页 - 48 - 三、 支架的强度计算 架的工作状态 (1) 顶板状态 在采煤工作面中，当煤被采出后，就会出现一定的空间，由于上部岩从压力，出现离从和裂隙，如果不及时支护，顶板就要冒落，不支护的时间越长，危险就越大，而 顶板冒落时有一定过程的，一般分为三个阶段，开始顶板处于无压状态，次时顶板较完整，而且没有下沉，通常称为老顶来压，次时顶板并不破裂，且这种下沉带有一定的周期，所以称为老顶周期来压状态，如不及时支护，顶板就会破裂而冒落，此时叫冒落状态。 (2) 支架工作状态 开始支架以初承力支承顶板，此时为无压状态，当周期来压时，顶板下沉，使立柱下腔压力增加，当增加到大于安全阀调定正压力时，安全阀被打开，使立柱下腔压力下降，称立柱让压状态，使支架以工作阻力支护顶板；如继续来压，就要不断让压，所以立柱要有一定的向下行程，如没有向 下行程，称压死状态，这是在设计和使用中，必须要注意避免的现象。 (3) 支架受力 支架在工作面受力是由于顶板下沉，同时又有向采空区移动的趋势，使顶梁受合力和底座受底板压力，其中顶板合力的垂直分力，由支架工作阻力来克服，所以我们在计算支架的工作载荷 F 时按支架的工作阻力来确定。 架载荷的确定 液压支架实际受载荷情况很复杂，顶梁和底座上的载荷即非集中载荷又非均布载荷，分布规律随着支架与顶底板的接触情况而变化，为简化计算作如下规定。 第 49 页 共 100 页 - 49 - (1) 把支架化简成一个平面杆系结构，同时为防于安全，按集中载荷进 行计算。 (2) 金属结构件按材料力学上的直梁理论来计算。 (3) 顶梁，底座与顶底板认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律，沿支架宽度方向为均布。 (4) 通过分析和计算可知，掩护梁上煤块的作用力，只能使支架实际支护阻力降低，所以在计算强度时不计。 (5) 立柱和短柱按最大工作阻力来计算。 (6) 作用在顶梁上水平力的产生有二种情况：一种是支架在承载让压时，由于顶梁前端运动轨迹为双扭线，所以顶梁与顶板有产生位移的趋势，水平力为顶梁合力与静摩擦系数的乘积，其方向与顶梁产生位移方向趋势相反；另一种是由于顶 板向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向采空区的水平力，最大水平力值与上相同。顶梁与顶板的静摩擦系数f ， 目前国内一般取 (7) 支架各部分受力，按不同支护高度时受力最大值进行强度校核。 (8) 各种结构件的强度校核，除按理论支护阻力校核危险端面外，还要按液压支架形式试验技术规范的各种加载方法，以支架的额定工作阻力逐一校核，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。 架受力分析 支架的受力分析与计算，是按理论力学中一个物体受几个力的作用下处于平滑状态时，所受力和力 矩之和为零的原理来进行分析和计算的。即以当支架支承后在处于平衡状态时，取整体或某一个部分为分离体也处于平衡状态，其合力和合力矩为零。即满足静力平衡的充分必要条件为各力在 x 上的投影之和为零，各力在 y 上的投影之和为零 ;各力对某点取矩之和为零。下面就根据这一理论对支架简化成平面杆系进行受力分析和计算。 直接撑顶的支撑掩护式支架各支撑点受力计算： 假设顶梁受以集中载荷般去 100160 水平分力掩护梁上载荷的合力 为前排立柱工作阻力为排立柱工作阻力为 第 50 页 共 100 页 - 50 - 前梁分离体受力分析： 如右 图 3 0 L= h+2 (1) 0 ) 0 0 (3) 图 3立（ 1） （ 3）式计算得 86 梁分离体受力分析： 如右图 3M=0 1 1 1 1 6 7 3 3 12 1 2 7 3 6 5 742s i n c o s s i ns i n c o s c o sa a a c bb b b h P h P L x L F h X hY x P h P x L F x L L LP h Y L x (4) 第 51 页 共 100 页 - 51 - 图 3护梁受力分析 ： 如图 3 08 5 9s i F L （ 5） 0X 46s i n c o F （ 6） 0y 46c o s s i F （ 7） 联立公式（ 5） （ 7）计算得； 155dF 3 1 4bY 图 3对后梁进行分析 ; 如上图 3 第 52 页 共 100 页 - 52 - 0X 3 2 1s i n s i n s i nC a K b a a bF f F P P x P x （ 8） 0y 1 3 2c o s c o s c o sa a a C b P F P Y （ 9） 联立（ 8）（ 9）解得 ; 446N 4024aF 把解得的值代入（ 4）解得： 主要参数的影响 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。 3、 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角为 时，显然支架的承载能力与有直接的关系。因为 1，因此立柱倾斜布置将使支架的承载能力降低。 角和 之间的关系表示在 右图 中。由图看到，当 架的承载能力降低值不等大于。当 26 时， 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 。 (2) 对支架承载能力的影响 在以上各式中有多项公式包含 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， 第 53 页 共 100 页 - 53 - 变化。当 O 点在顶梁上方时， O 点在顶梁下方时 加力增加。当摩擦系数 W ，附加力可达支架名义工作阻力的 30。所以 支架的工作高度范围内，一般把 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， 且对各受力部件有影响，并相当复杂，因此 具体情况而定。 (3) 支架承载能力随高度的变化 由支架载荷中 、 、 l 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 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、掩护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。 (4) 摩擦系数的影响 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 11 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以此值的大小在 0 第 54 页 共 100 页 - 54 - 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。加入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 11 中随承载能力有很大影响。只有 能忽略不计。 对连杆受力影响 由连杆受力擦力对连杆受力的影响表现在中。当支架升高时，c和D就逐渐增大，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。 (5) 杆水平角对连杆受力的影响 由它的分母为零时，此其极限条件为： ( ) 0 得： 0 即： 当分母等于 1 时，条件为： ( ) 1 90 由以上两个条件得到下列结论，前后连杆不能平行放置，前后连杆的水平支架必须要有差值，从连杆受力的角度着眼，其差值应越大越好，极限差是 9
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