ZY32001535型掩护式支架设计说明书

摘 要本 课 题 主 要 论 述 了 液 压 支 架 的 主 要 设 计 过 程 。 其 中 包 括 ： 液 压 支 架 的选 型 、 总 体 设 计 、 主 要 零 部 件 的 设 计 、 校 核 以 及 液 压 系 统 设 计 。支 架 的 形 式 为 掩 护 式 支 架 。 支 架 除 了 要 有 效 的 对 顶 板 进 行 有 效 支 撑 ，还 要 实 现 升 、 降 、 推 移 四 个 步 骤 。 支 架 采 用 四 连 杆 机 构 ， 改 善 支 架 的 受 力状 况 ， 缩 小 支 架 的 升 降 过 程 中 顶 梁 前 端 前 后 移 动 的 距 离 。 立 柱 采 用 单 伸 缩液 压 缸 ， 前 端 带 有 加 长 杆 ， 以 满 足 支 架 最 低 及 最 高 位 置 时 的 高 度 要 求 。 顶梁 掩 护 梁 、 底 座 都 做 成 箱 体 结 构 用 钢 板 焊 接 而 成 。在 研 制 液 压 支 架 时 ， 需 要 对 支 架 进 行 生 产 试 验 和 分 析 研 究 ， 确 定 合理 的 液 压 支 架 受 力 参 数 、 运 动 参 数 和 结 构 参 数 ， 以 及 选 定 液 压 支 架 最 佳方 案 等 方 面 综 合 性 的 科 学 技 术 问 题 。 本 设 计 主 要 从 支 架 的 工 作 原 理 这 手 ，然 后 进 行 总 体 结 构 设 计 以 及 校 核 。关 键 词 ： 液 压 支 架 ； 顶 梁 ； 底 座 ； 立 柱 ； 结 构 设 计ABSTRACTThe article mianly elaborate the hydraulic support design for top-caving. includes: the selection of hydraulic pressure support form, system design, main spar part design and examination of hydraulic system designThe support eliminates must realize effectively carries on the strut to the roof, but also must realize ,to fall, to push, move four steps .the support uses four link motion gears, improves the support the stress condition, reduces the support to rise and full the distance which in the process fort end the top-beam around moves. The column uses the list expansion and contraction hydraulic cylinder, front end has legthens the pole, satisfies the support to be lowest and time the highest position high request. The top-beam, shields Liang, the foundation all makes the packed in a box body structure, becomes with the steel plate welding.At research to presses the support, need to carry on produce to experiment and analyze the research, make sure reasonable of liquid presses the support to be subjected to the dint parameter, the sport parameter and the structure parameters, and make selection the liquid to press the synthetic science technique problem of aspect of etc. of the best project of support. This design mainly this hand from the work principle of the support, then carry on the total structure design and school pits.Keyword: Hydraulic pressure support； Top beam； Cradle； the column-type support； structure design11 绪 论1.1 国 内 外 液 压 支 架 的 研 究 现 状 及 发 展地 下 开 采 的 煤 产 量 主 要 是 利 用 由 液 压 支 架 配 套 的 综 采 设 备 产 出 的 。 综采 设 备 的 研 制 和 广 泛 的 运 用 ， 对 煤 炭 工 业 革 新 技 木 装 备 不 仅 有 着 重 大 的 作用 ， 而 且 对 采 煤 工 艺 各 个 环 节 技 术 水 平 的 发 展 和 提 高 ， 是 强 有 力 的 促 进 因素 。加 速 现 代 化 进 程 ， 必 须 加 速 煤 炭 工 业 企 业 的 建 设 、 改 造 和 革 新 技 术 装备 的 进 程 ， 增 加 地 下 开 采 和 露 天 开 采 的 煤 产 量 。 地 下 开 采 方 法 是 最 复 杂 和闲 难 的 方 法 ， 但 是 ， 这 种 方 法 在 工 业 发 达 国 家 和 以 煤 作 为 次 能 源 的 地区 ， 仍 然 普 遍 应 用 。 而 且 ， 开 采 优 质 煤 ， 包 括 炼 焦 煤 ， 都 是 采 用 地 下 开 采方 法 。综 合 机 械 化 采 煤 是 煤 炭 工 业 的 一 次 技 术 革 命 ， 从 根 本 上 改 变 了 煤 炭 工业 的 面 貌 ， 综 合 机 械 化 采 煤 是 20 世 纪 人 类 科 技 发 展 的 重 要 成 果 。 综合 机 械 化 采 煤 技 术 在 我 国 的 研 究 试 验 、 使 用 、 发 展 ， 彻 底 改 变 了 我 国 煤 炭工 业 的 面 貌 ， 降 低 了 工 人 的 劳 动 强 度 ， 提 高 了 产 量 、 劳 动 生 产 率 和 企 业 效益 ， 满 足 了 国 民 经 济 建 设 对 煤 炭 的 需 求 ， 合 理 的 集 中 生 产 简 化 了 生 产 系 统 ，提 高 了 生 产 安 全 性 。 我 国 综 采 技 术 发 展 的 30 多 年 ， 使 我 国 的 煤 炭 生 产技 术 水 平 跨 进 了 世 界 先 进 行 列 ， 综 放 技 术 跃 居 世 界 领 先 地 位 。工 作 面 支 护 问 题 始 终 是 困 扰 煤 矿 生 产 安 全 、 产 量 和 效 率 的 重 要 问 题 。以 液 压 支 架 为 主 要 设 备 的 综 合 机 械 化 采 煤 (以 下 简 称 综 采 )的 诞 生 和 发 展是 煤 矿 生 产 发 展 史 上 的 一 次 重 大 革 命 。 不 仅 从 根 本 上 改 善 了 劳 动 和 安 全 条件 ， 也 为 工 作 面 产 量 和 效 率 的 迅 速 提 高 奠 定 了 基 础 。 但 是 综 采 设 备 初 期 投资 高 ， 特 别 是 液 压 支 架 占 综 采 设 备 总 投 资 约 60%， 因 此 液 压 支 架 的 合 理2选 用 特 显 重 要 。30 多 年 来 在 液 压 支 架 技 术 不 断 发 展 中 ， 形 成 了 以 煤 科 总 院 专 业 研 究所 和 骨 干 支 架 制 造 厂 设 计 所 为 主 的 支 架 研 究 设 计 队 伍 ， 采 用 计 算 机CAD 进 行 各 种 类 型 支 架 的 设 计 ， 用 有 限 元 计 算 软 件 等 进 行 计 算 ， 并 普 及计 算 机 绘 图 。 我 国 制 订 的 缓 倾 斜 工 作 面 顶 板 分 类 及 其 它 研 究 成 果 为 支 架 设计 、 选 型 和 使 用 提 供 了 有 力 的 指 导 依 据 。 制 造 方 面 形 成 以 原 部 属 专 业 制 造厂 为 主 、 机 械 工 业 部 及 船 舶 制 造 总 公 司 等 专 业 厂 为 辅 的 制 造 体 系 ， 以 及 以国 家 煤 矿 支 护 设 备 质 量 检 测 中 心 为 骨 干 的 检 测 队 伍 。 制 定 有 关 支 架 检 测 标准 11 项 ， 建 立 了 各 项 支 架 检 测 手 段 ， 造 就 了 一 支 研 究 、 制 造 和 使 用 液 压支 架 的 庞 大 队 伍 ;形 成 了 研 制 液 压 支 架 的 雄 厚 基 础 。 不 仅 能 满 足 国 内 的 需要 ， 还 向 美 国 、 俄 罗 斯 、 土 耳 其 和 印 度 等 国 家 出 口 液 压 支 架 或 成 套 综 采 设备 。为 适 应 我 国 煤 矿 综 采 机 械 化 的 发 展 ， 国 内 综 采 设 备 科 研 设 计 和 制 造 企业 已 研 制 开 发 出 具 有 较 先 进 技 术 水 平 的 大 功 率 电 牵 引 采 煤 机 、 重 型 刮 板 输送 机 、 电 液 控 制 强 力 液 压 支 架 和 多 点 驱 动 大 运 力 带 式 输 送 机 。 配 套 设 备 的生 产 能 力 达 到 15002 500 t/h， 在 适 宜 的 煤 层 和 矿 井 条 件 下 ， 综 采 工 作面 可 实 现 年 产 300 万 吨 以 上 。 新 型 矿 用 单 体 支 护 设 备 ， 采 用 悬 浮 式 液 压 技 术 原 理 ， 生 产 矿 用 单 体 支护 设 备 ， 技 术 水 平 达 到 了 国 际 领 先 水 平 ， 填 补 了 国 际 空 白 。 DWX 型 液压 支 柱 的 柱 塞 悬 浮 ， 密 封 胀 紧 ， 密 封 补 偿 ， 无 内 泄 漏 、 无 圆 弧 焊 缝 等 技 术和 安 全 特 点 ， 具 有 独 创 性 。 新 型 矿 用 单 体 支 护 设 备 的 诞 生 ， 消 除 了 五 十 年来 国 内 外 单 体 支 护 设 备 一 直 存 在 的 内 泄 漏 和 圆 弧 焊 缝 脆 断 等 安 全 隐 患 问 题 。解 决 了 深 部 煤 矿 开 采 冲 击 地 压 条 件 下 回 采 工 作 面 顶 板 支 护 的 关 键 技 术 ， 结束 了 由 德 国 人 发 明 的 第 二 代 单 体 支 护 设 备 的 历 史 ， 开 创 了 中 国 人 发 明 的 第三 代 单 体 支 护 技 术 设 备 的 历 史 ， 并 将 会 长 期 使 用 下 去 。 该 产 品 普 遍 适 用 于煤 矿 回 采 工 作 面 的 顶 板 支 护 和 端 头 支 护 ， 可 广 泛 应 用 于 薄 煤 层 、 中 厚 煤 层3及 较 厚 煤 层 工 作 面 ， 是 煤 矿 的 重 要 支 护 设 备 。近 10 年 来 主 要 的 发 展 趋 势 是 向 两 柱 掩 护 式 和 四 柱 掩 护 式 架 型 发 展 ，架 型 结 构 进 一 步 完 善 ， 设 计 方 法 更 先 进 ， 参 数 向 高 工 作 阻 力 、 大 中 心 距 发展 。 液 压 支 架 另 一 重 大 突 破 是 控 制 系 统 ， 应 用 电 液 控 制 技 术 ， 采 用 电 磁 控制 的 先 导 阀 ， 先 进 可 靠 的 压 力 和 位 移 传 感 器 ， 灵 活 自 由 编 程 的 微 处 理 机 技术 ， 红 外 线 遥 感 技 术 等 现 代 科 技 成 果 ， 使 液 压 支 架 的 动 作 自 动 连 续 进 行 ，移 架 速 度 大 大 提 高 ， 支 架 循 环 时 间 达 到 68s。我 国 自 1973 年 开 始 大 规 模 引 进 德 国 、 英 国 等 国 家 的 综 采 设 备 ， 经 历了 消 化 、 吸 收 和 改 进 提 高 的 过 程 ， 到 目 前 已 形 成 了 较 完 整 的 设 计 、 制 造 和科 研 体 系 ， 掩 护 式 液 压 支 架 的 制 造 和 采 煤 技 术 已 有 长 远 发 展 。1.2 本 课 题 的 研 究 目 的 和 意 义采 用 综 合 机 械 化 采 煤 方 法 是 大 幅 度 增 加 煤 炭 产 量 、 提 高 经 济 效 益 的 必由 之 路 。 为 了 满 足 对 煤 炭 增 长 的 日 益 需 要 ， 必 须 大 量 生 产 综 合 机 械 化 采 煤设 备 ， 迅 速 增 加 综 合 机 械 化 采 煤 工 作 面 。 由 于 采 煤 工 作 面 的 底 顶 板 条 件 、煤 层 厚 度 、 煤 层 的 物 理 机 械 性 质 等 的 不 同 ， 对 液 压 支 架 的 要 求 也 不 同 。 为了 有 效 的 支 护 和 控 制 顶 板 ， 必 须 设 计 出 不 同 类 型 和 不 同 结 构 尺 寸 的 液 压 支架 。 因 此 液 压 支 架 的 设 计 工 作 是 很 重 要 的 。 由 于 液 压 支 架 的 类 型 很 多 ， 因此 其 设 计 工 作 量 也 是 很 大 的 ， 由 此 可 见 ， 研 制 和 开 发 新 型 液 压 支 架 是 必 不可 少 的 一 个 环 节 。通 过 对 液 压 支 架 的 理 论 学 习 ， 完 成 液 压 支 架 的 设 计 工 作 ， 加 深 对 液 压支 架 工 作 原 理 、 工 作 性 能 、 工 作 环 境 及 其 结 构 的 认 识 和 了 解 。 通 过 对 液 压支 架 结 构 的 分 析 ， 加 深 和 巩 固 机 械 原 理 的 相 关 内 容 ； 通 过 对 液 压 支 架 受 力的 分 析 和 强 度 的 校 核 ， 加 深 对 专 业 基 础 课 理 论 力 学 和 材 料 力 学 及 专 业 课 机械 设 计 相 关 内 容 的 巩 固 和 理 解 。 同 样 通 过 对 液 压 支 架 的 设 计 ， 能 够 更 好 的4认 识 国 内 外 液 压 支 架 的 发 展 趋 势 和 发 现 目 前 煤 矿 液 压 支 架 主 要 存 在 的 问 题 ，从 而 为 以 后 更 深 认 的 了 解 和 设 计 液 压 支 架 打 下 良 好 的 基 础 。通 过 自 己 独 立 地 完 成 指 定 的 课 程 设 计 任 务 ， 提 高 理 论 联 系 实 际 、 分 析问 题 和 解 决 问 题 的 能 力 ， 学 会 查 阅 参 考 书 和 工 具 书 的 方 法 ， 提 高 编 写 技 术文 件 的 能 力 ， 进 一 步 加 强 设 计 计 算 和 制 图 等 基 本 技 能 的 训 练 ， 为 毕 业 后 成为 一 名 出 色 的 机 械 工 程 师 打 好 基 础 。现 代 社 会 对 人 才 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 作 为 一 名 当 代 大 学 毕 业 生 ， 不仅 打 好 坚 实 的 专 业 知 识 ， 还 应 具 备 工 程 技 术 人 才 应 有 的 综 合 素 质 。 为 了适 应 这 一 发 展 趋 势 ， 我 们 应 立 足 变 传 统 的 、 僵 化 的 、 单 纯 的 毕 业 设 计 为培 养 主 动 学 习 、 提 高 创 新 能 力 、 树 立 团 结 协 作 精 神 、 强 化 计 算 机 运 用 等多 维 兼 容 性 毕 业 设 计 ;同 时 通 过 完 成 毕 业 设 计 ， 锻 炼 学 生 解 决 实 际 工 程 问题 的 能 力 ； 在 整 个 毕 业 设 计 的 过 程 中 ， 以 我 们 的 主 动 学 习 为 主 ， 教 师 适时 指 导 为 辅 ； 将 素 质 教 育 也 毕 业 设 计 教 学 相 融 合 ， 从 根 本 上 提 高 毕 业 设计 的 质 量 和 水 平 。52 液 压 支 架 基 本 理 论 分 析2.1 液 压 支 架 的 工 作 原 理液 压 支 架 在 工 作 过 程 中 ， 不 仅 要 可 靠 的 支 撑 顶 板 ， 维 护 一 定 的 安 全 工作 空 间 ， 而 且 要 随 工 作 面 的 推 进 ， 进 行 移 架 和 推 移 输 送 机 。 因 此 ， 支 架 要实 现 升 、 降 、 推 、 移 四 个 基 本 动 作 ， 这 些 动 作 是 利 用 泵 站 供 给 的 高 压 液 体 ，通 过 工 作 面 性 质 不 同 的 几 个 液 压 缸 来 完 成 的 ， 如 图 2.1 所 示 。图 2.1 液 压 支 架 工 作 原 理1顶 梁 ； 2立 柱 ； 3推 移 千 斤 顶 ； 4安 全 阀 ； 5单 向 筏 ； 6、 7操 纵 阀 ；2.1.1 支 架 升 降当 操 作 阀 处 于 升 柱 位 置 时 ， 从 乳 化 液 泵 站 来 得 高 压 液 体 通 过 操 纵 阀 液控 单 向 阀 5 进 入 立 柱 2 的 下 腔 ， 立 柱 上 腔 回 液 ， 支 架 升 起 ， 并 撑 紧 顶 板 。当 操 纵 阀 处 于 降 柱 位 置 时 ， 工 作 液 体 进 入 立 柱 的 上 腔 ， 同 时 打 开 液 控 单 向阀 ， 立 柱 下 腔 回 液 ， 支 架 下 降 。62.1.2 支 架 推 移支 架 的 前 移 和 推 移 输 送 机 是 通 过 操 纵 阀 和 推 移 千 斤 顶 3 来 进 行 的 。移 架 时 ， 先 使 支 架 卸 载 下 降 ， 再 把 操 纵 阀 置 于 移 架 位 置 ， 从 乳 化 液 泵 站 来的 高 压 液 体 进 入 推 移 千 斤 顶 的 前 腔 即 活 塞 杆 腔 ， 后 腔 即 活 塞 腔 回 液 。 这 时 ，支 架 以 输 送 机 为 支 点 前 移 。 移 架 结 束 后 ， 再 把 支 架 升 起 ， 使 支 架 撑 紧 顶 板 。若 将 操 纵 阀 置 于 推 溜 位 置 ， 高 压 液 体 进 入 推 移 千 斤 顶 后 腔 即 活 塞 腔 ， 前 腔即 活 塞 杆 腔 回 液 ， 这 时 输 送 机 以 支 架 为 支 点 被 推 向 煤 壁 。2.1.3 支 架 承 载 过 程支 架 的 承 载 过 程 是 指 支 架 与 顶 板 之 间 相 互 力 学 作 用 的 过 程 ， 它 包 括初 撑 、 承 载 增 阻 和 恒 阻 三 个 阶 段 。(1) 初 撑 阶 段在 升 架 过 程 中 ， 当 支 架 的 顶 梁 接 触 顶 板 ， 直 到 立 柱 下 腔 的 液 体 压 力 逐渐 上 升 到 泵 站 工 作 压 力 时 ， 停 止 供 液 ， 液 控 单 向 阀 5 立 即 关 闭 ， 这 一 过程 为 支 架 的 初 撑 阶 段 。 此 时 支 架 对 顶 板 的 支 撑 力 为 初 撑 力 。(2) 承 载 增 阻 阶 段支 架 初 撑 结 束 后 ， 随 着 顶 板 的 下 沉 ， 立 柱 下 腔 的 液 体 压 力 逐 渐 升 高 ，支 架 对 顶 板 的 支 撑 力 也 随 之 增 大 ， 呈 现 增 阻 状 态 ， 这 一 过 程 为 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 4 的 调 定 压 力 时 ， 安 全 阀 打 开 溢 流 ， 立 柱 下 缩 ， 液 体 压 力 随 之降 低 。 当 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 ， 支 架 的 支 撑 力 维 持 在 某 一 恒 定7数 值 上 ， 这 是 支 架 的 恒 阻 阶 段 。 此 时 ， 支 架 对 顶 板 的 支 撑 力 成 为 工 作 阻 力 ，它 是 由 支 架 安 全 阀 的 调 定 压 力 决 定 的 。 对 于 掩 护 式 和 支 撑 掩 护 式 支 架 ， 其初 撑 力 和 工 作 阻 力 的 计 算 还 要 考 虑 到 立 柱 倾 角 的 影 响 因 素 。图 2.2 支 架 的 工 作 特 性 曲 线由 上 可 知 ， 支 架 工 作 时 ， 其 支 撑 力 与 时 间 的 关 系 ， 可 用 支 架 工 作 特 性曲 线 表 示 ， 如 图 所 示 ， 曲 线 上 的 、 、 分 别 表 示 支 架 的 初 撑 、 增 阻 、0t13t和 恒 阻 阶 段 的 时 间 。上 述 工 作 过 程 表 明 ： 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 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 ， 支 架 的 工 作 特 性 决 定 于 立 柱 、液 控 单 向 阀 、 安 全 阀 和 操 纵 阀 的 性 能 和 密 封 的 好 坏 。 所 以 这 些 元 件 是 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 。 支 架 的 工 作 阻 力是 支 架 的 一 个 重 要 参 数 ， 它 表 示 支 架 支 撑 力 的 大 小 。 但 是 ， 由 于 支 架 的 顶梁 长 短 和 间 距 大 小 不 同 ， 所 以 并 不 能 完 全 反 映 支 架 对 顶 板 的 支 撑 能 力 。 因此 ， 通 常 单 位 支 护 面 积 顶 板 上 所 受 支 架 工 作 阻 力 值 的 大 小 ， 即 支 护 强 度 来表 示 支 架 的 支 护 性 能 。 即8(式 2.1)FPq310Ma式 中 支 架 的 支 护 面 积 ，F2m2.2 液 压 支 架 的 类 型 和 结 构液 压 支 架 按 其 对 顶 板 的 支 护 方 式 和 结 构 特 点 的 不 同 ， 分 为 支 撑 式 、 掩护 式 和 支 撑 掩 护 式 三 种 基 本 架 型 。2.2.1 支 撑 式 支 架支 撑 式 支 架 是 出 现 最 早 的 一 种 架 型 ， 按 其 结 构 和 动 作 方 式 的 不 同 ， 支撑 式 支 架 又 分 为 垛 式 支 架 和 节 式 支 架 两 种 结 构 型 式 。 垛 式 支 架 每 架 为 一 整体 ， 与 输 送 机 联 接 并 互 为 支 点 整 体 前 移 。 节 式 支 架 由 23 个 框 节 组 成 ，移 架 时 ， 各 节 之 间 互 为 支 点 交 替 前 移 ， 输 送 机 用 与 支 架 相 连 的 推 移 千 斤 顶推 移 。 节 式 支 架 由 于 稳 定 性 差 ， 现 已 基 本 淘 汰 。支 撑 式 支 架 的 结 构 特 点 是 ： 顶 梁 较 长 ， 其 长 度 多 在 4 左 右 ； 而 且m立 柱 多 ， 一 般 46 根 ， 且 垂 直 支 撑 ； 支 架 后 部 设 复 位 装 置 和 挡 矸 装 置 。以 平 衡 水 平 推 力 和 防 止 矸 石 窜 入 支 架 的 工 作 空 间 内 。 支 撑 式 支 架 的 支 护 性能 是 ： 支 撑 力 大 ， 且 作 用 点 在 支 架 后 部 ， 故 切 顶 性 能 好 ； 对 顶 板 重 复 支 撑的 次 数 多 ， 容 易 把 本 来 完 整 的 顶 板 压 碎 ； 抗 水 平 载 荷 的 能 力 差 ， 稳 定 性 差 ；护 矸 能 力 差 ， 矸 石 易 窜 入 工 作 空 间 ； 支 架 的 工 作 空 间 和 通 风 断 面 大 。由 上 可 知 ， 支 撑 式 支 架 适 用 于 直 接 顶 稳 定 、 老 顶 有 明 显 或 强 烈 周 期 来压 ， 且 水 平 力 小 的 条 件 。92.2.2 掩 护 式 支 架掩 护 式 支 架 的 结 构 特 点 是 ： 有 一 个 较 宽 的 掩 护 梁 以 挡 住 采 空 区 的 矸 石进 入 作 业 空 间 ， 其 掩 护 梁 的 上 端 与 顶 梁 铰 接 ， 下 端 通 过 前 后 连 杆 与 底 座 连接 。 底 座 、 前 后 连 杆 和 掩 护 梁 形 成 四 连 杆 机 构 ， 以 保 持 稳 定 的 梁 端 距 和 承受 水 平 推 力 。 立 柱 的 支 撑 力 间 接 作 用 于 顶 梁 或 直 接 作 用 于 顶 梁 上 。 掩 护 式支 架 的 立 柱 较 少 ， 除 少 数 掩 护 式 支 架 1 根 立 柱 外 ， 一 般 都 是 一 排 2 根立 柱 。 这 种 支 架 的 立 柱 都 为 倾 斜 布 置 ， 以 增 加 支 架 的 调 高 范 围 ， 支 架 的 两侧 有 活 动 侧 护 板 ， 可 以 把 架 间 密 封 。 通 常 顶 梁 较 短 ， 一 般 为 3.0mm 左右 。掩 护 式 支 架 的 支 护 性 能 是 ： 支 撑 力 较 小 ， 切 顶 性 能 差 ， 但 由 于 顶 梁 短 ，支 撑 力 集 中 在 靠 近 煤 壁 的 顶 板 上 ， 所 以 支 护 强 度 较 大 、 且 均 匀 ， 掩 护 性 好 ，能 承 受 较 大 的 水 平 推 力 ， 对 顶 板 反 复 支 撑 的 次 数 少 ， 能 带 压 移 架 。 但 由 于顶 梁 短 ， 立 柱 倾 斜 布 置 ， 故 作 业 空 间 和 通 风 断 面 小 。由 上 可 知 ， 掩 护 式 支 架 适 用 于 顶 板 不 稳 定 和 中 等 稳 定 、 老 顶 周 期 来 压不 明 显 、 瓦 斯 含 量 少 的 破 碎 顶 板 条 件 。2.2.3 支 撑 掩 护 式 支 架支 撑 掩 护 式 支 架 是 在 吸 收 了 支 撑 式 和 掩 护 式 两 种 支 架 优 点 的 基 础 上 发展 起 来 的 一 种 支 架 。 因 此 ， 它 兼 有 支 撑 式 和 掩 护 式 支 架 的 结 构 特 点 和 性 能 ，可 适 用 于 各 种 顶 底 板 条 件 。支 撑 掩 护 式 支 架 的 顶 梁 由 前 梁 与 主 梁 构 成 ， 四 根 立 柱 支 撑 在 顶 梁 和 立柱 之 间 ， 掩 护 梁 的 上 端 与 顶 梁 铰 接 ， 下 端 用 连 杆 与 底 座 相 连 。 这 种 支 架 的优 点 是 ： 支 撑 力 大 ， 切 顶 性 能 强 ， 防 护 性 能 好 ， 通 风 断 面 大 ， 稳 定 性 好 ，应 用 范 围 广 。 它 的 主 要 缺 点 是 ： 结 构 复 杂 ， 成 本 较 高 。10支 撑 掩 护 式 支 架 的 立 柱 均 为 两 排 ， 立 柱 可 前 倾 和 后 倾 。 也 可 倒 八 字 形布 置 和 交 叉 布 置 。 通 常 ， 两 排 立 柱 都 直 接 支 撑 在 顶 梁 上 ， 个 别 情 况 下 ， 也有 后 排 立 柱 支 撑 在 掩 护 梁 上 而 前 排 立 柱 支 撑 在 顶 梁 上 。2.2.4 特 种 液 压 支 架特 种 液 压 支 架 是 为 满 足 某 些 特 殊 要 求 而 发 展 起 来 的 液 压 支 架 ， 在 结 构型 式 仍 属 于 上 述 某 种 基 本 架 型 。2.3 对 液 压 支 架 的 基 本 要 求1. 为 了 满 足 采 煤 工 艺 及 地 质 条 件 的 要 求 ， 液 压 支 架 要 有 足 够 的 初 撑 力 和工 作 阻 力 ， 以 便 有 效 地 控 制 顶 板 ， 保 证 合 理 的 下 沉 量 。2. 液 压 支 架 要 有 足 够 的 推 溜 力 和 移 架 力 。 推 溜 力 一 般 为 100 左 右 ；kN移 架 力 按 煤 层 厚 度 而 定 ， 薄 煤 层 一 般 为 100kN150kN， 中 厚 煤 层 一般 为 150kN 250kN， 厚 煤 层 一 般 为 250kN 400kN。3. 防 矸 性 能 要 好 。4. 排 矸 性 能 要 好 。5. 要 求 液 压 支 架 能 保 证 采 煤 工 作 面 有 足 够 的 通 风 断 面 ， 从 而 保 证 人 员 呼吸 、 稀 释 有 毒 气 体 等 安 全 方 面 的 要 求 。6. 为 了 操 作 和 生 产 的 需 要 ， 要 有 足 够 宽 的 人 行 道 。7. 调 高 范 围 要 大 ， 照 明 和 通 讯 方 便 。8. 支 架 的 稳 定 性 要 好 ， 底 座 最 大 比 压 要 小 于 规 定 植 。9. 要 求 支 架 有 足 够 的 刚 度 ， 能 够 承 受 一 定 的 不 均 匀 载 荷 和 冲 击 载 荷 。10. 在 满 足 强 度 条 件 下 ， 尽 可 能 减 轻 支 架 重 量 。11. 要 易 于 拆 卸 ， 结 构 要 简 单 。12. 液 压 元 件 要 可 靠 。112.4 支 架 的 选 型 设 计2.4.1 设 计 的 原 始 条 件煤 层 厚 度 ： H 1.83.2 米 ； 顶 设 条 件 老 顶 II 级 、 直 接 顶 II 级 ， 底板 平 整 ， 无 影 响 支 架 通 过 的 断 层 。 工 作 面 配 套 设 备 ： 采 煤 机 ： MXA-300/3.5， 刮 板 输 送 机 ： SGZ 730/320。 煤 层 倾 斜 角 小 于 15 度 ， 支 护 强度 、 底 板 抗 压 强 度 、 泵 站 压 力 、 安 全 阀 调 定 压 力 40MPa。2.4.2 支 架 的 支 护 性 能 与 外 载 荷由 液 压 支 架 的 工 作 状 态 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 的 顶 梁 与 顶 板 有 相 对 滑 动 的 现 象 ， 支 架 不 仅 受 有 垂直 于 顶 梁 的 力 ， 还 受 有 平 行 于 顶 梁 的 摩 擦 力 。 垂 直 于 顶 梁 的 力 由 支 架 的 工作 阻 力 来 平 衡 。 在 支 架 承 载 过 程 中 ， 支 架 底 座 承 受 工 作 面 底 板 反 作 用 力 。 为 了 设 计 计 算 方 便 ， 要 对 支 架 的 外 载 荷 和 支 架 本 身 进 行 简 化 ， 概 述 如下 ：把 支 架 简 化 成 一 个 平 面 杆 系 结 构 。 为 偏 于 安 全 ， 在 计 算 时 把 外 载 荷 视为 集 中 载 荷 ； 金 属 结 构 件 按 直 梁 理 论 计 算 ； 顶 梁 、 底 座 与 顶 底 板 被 认 为 均匀 接 触 ， 载 荷 沿 支 架 长 度 方 向 按 线 性 规 律 分 布 ， 沿 支 架 宽 度 方 向 为 均 布 ；通 过 分 析 和 计 算 可 知 ， 掩 护 梁 上 矸 石 的 作 用 力 ， 只 能 使 支 架 实 际 支 护 阻 力降 低 所 以 ， 在 进 行 强 度 计 算 时 不 计 ， 使 掩 护 梁 偏 于 安 全 ； 立 柱 和 短 柱 按 最大 工 作 阻 力 计 算 ； 产 生 作 用 在 顶 梁 上 的 水 平 力 的 情 况 有 两 种 ， 是 由于 支 架 让 压 回 缩 ， 顶 梁 前 端 点 运 动 轨 迹 为 近 似 双 纽 线 ， 顶 梁 与 顶 板 间 产 生相 对 位 移 ， 顶 板 给 予 顶 梁 水 平 摩 擦 力 ， 另 一 种 是 由 于 顶 柜 向 采 空 区 方 向 移动 ， 使 支 架 顶 梁 受 一 指 向 采 空 区 的 水 平 摩 擦 力 。 顶 梁 和 顶 板 的 静 摩 擦 系 数12W，一 般 取 0.150.3； 按 不 同 支 护 高 度 时 各 部 件 最 大 受 力 值 进 行 强 度 校 核 。2.4.3 影 响 架 型 选 择 的 因 素(1) 煤 层 厚 度煤 层 厚 度 不 但 直 接 影 响 到 支 架 的 高 度 和 工 作 阻 力 ， 而 且 还 影 响 到 支 架的 稳 定 性 。 当 煤 层 厚 度 大 于 2.52.8m（ 软 煤 取 下 限 ， 硬 煤 取 上 限 ） 时 ，应 选 用 抗 水 平 推 力 强 且 带 护 帮 装 置 的 掩 护 式 或 支 撑 掩 护 式 支 架 。 当 煤 层 厚度 变 化 较 大 时 ， 应 选 用 调 高 范 围 大 的 支 架 。(2) 煤 层 倾 角煤 层 倾 角 主 要 影 响 支 架 的 稳 定 性 ， 倾 角 大 时 易 发 生 倾 倒 、 下 滑 象 。 当煤 层 倾 角 大 于 10 15 时 ， 应 设 防 滑 和 调 架 装 置 ， 当 倾 角 超 过 18 时 ， 应 同 时 具 有 防 滑 防 倒 装 置 。(3) 底 板 性 质底 板 承 受 支 架 的 全 部 载 荷 ， 对 支 架 的 底 板 影 响 较 大 ， 底 板 的 软 硬 和 平整 性 ， 基 本 上 决 定 了 支 架 底 座 的 结 构 和 支 承 面 积 。 选 型 时 ， 要 验 算 底 座 对底 板 的 接 触 比 压 ， 其 值 要 小 于 底 板 的 允 许 比 压 (对 于 砂 岩 底 板 ， 允 许 比压 为 1.962.16MPa， 软 底 板 为 0.98MPa 左 右 )。(4) 瓦 斯 涌 出 量对 于 瓦 斯 涌 出 量 大 的 工 作 面 ， 支 架 的 通 风 断 面 应 满 足 通 风 的 要 求 ， 选型 时 要 进 行 验 算 。(5) 地 质 构 造地 质 构 造 十 分 复 杂 ， 煤 层 厚 度 变 化 又 较 大 ， 顶 板 允 许 暴 露 面 积 和 时 间分 别 在 58 和 20min 以 下 时 ， 暂 不 宜 采 用 液 压 支 架 。(6) 设 备 成 本13在 满 足 要 求 的 前 提 下 ， 应 选 用 价 格 便 宜 的 支 架 。2.4.4 支 架 架 型 的 确 定从 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 顶 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 、采 煤 高 度 与 承 载 的 关 系 进 行 分 析 ， 使 支 架 的 支 撑 力 能 适 应 顶 板 载 荷 的 要 求 。根 据 煤 层 厚 度 1.83.2 米 ， 属 于 中 厚 煤 层 。 支 架 的 适 应 高 度 为1.53.5 米 煤 质 条 件 老 顶 II 级 、 直 接 顶 II 级 ， 底 板 平 整 ， 无 影 响 支 架 通过 的 断 层 ， 根 据 表 2.1 初 步 选 定 为 掩 护 式 两 柱 液 压 支 架 。14表 2.1 支 架 架 型 的 选 择注 ： 括 号 内 的 数 字 是 掩 护 式 支 架 的 支 护 强 度 。 表 中 所 列 支 护 强 度 在 选 用 时 ， 可根 据 本 矿 情 况 允 许 有 %的 波 动 范 围 。5老 顶 级 别 直 接 顶 类别1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4支 撑式采 高小 于2.5m时支 架 类 型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式掩护或支撑掩护式掩护或支撑掩护式支 撑掩护 式采 高大 于2.5m时1 0.294 1.3 0.2941.6 0.29420.24920.343（ 0.245）1.3 0.343（ 0.245）1.6 0.34320.34330.441（ 0.343）1.3 0.441（ 0.343）1.6 0.44120.441支架支护强度MPa采高m40.539（ 0.441）1.3 0.539（ 0.441）1.6 0.53920.539应 结合 深孔 爆破 ，软 化顶 板等 措施 处理 采空 区15 表 中 1.3、 1.6、 2 分 别 为 、 、 级 老 顶 的 分 级 增 压 系 数 ； 级 老 顶 给出 最 低 值 2， 选 用 时 可 根 据 本 矿 实 际 确 定 适 宜 值 。163 液压支架的整体结构设计3.1 支 架 高 度 、 中 心 距 的 确 定3.1.1 支 架 高 度 的 确 定支 架 高 度 的 确 定 原 则 ， 应 根 据 所 采 煤 层 的 厚 度 ， 采 区 范 围 内 地 质 条件 的 变 化 等 因 素 来 确 定 ， 其 最 大 与 最 小 高 度 为 ：（ 式 3.1）1ShHm（ 式 3.2）2n煤 层 最 大 采 高 ，hm煤 层 最 小 采 高n伪 顶 冒 落 的 最 大 厚 度 ， 一 般 取 0.20.3mS1顶 板 最 大 下 沉 量 ， 一 般 取 100200mm2移 架 时 支 架 的 最 小 可 缩 量 ， 一 般 取 50mma矸 、 浮 煤 厚 度 ， 一 般 取 50mm本 设 计 采 高 1.83.2m,取 支 架 高 度 为 1.53.5m3.1.2 支 架 伸 缩 比支 架 的 伸 缩 比 指 最 大 与 最 小 支 架 高 度 之 比 值 为 ：（ 式nmH3.3）17代 入 数 据 得 m=2.33。3.1.3 支 架 间 距 所 谓 支 架 间 距 ， 就 是 相 邻 两 支 架 中 心 线 间 的 距 离 。 按 下 式 计 算 ：（ 式 3.4）3cmbBnC式 中 ： 支 架 间 距 （ 支 架 中 心 距 ） ；cb每 架 支 架 顶 梁 总 长 度 ；mB相 邻 支 架 （ 或 框 架 ） 顶 梁 之 间 的 间 隙 ；3Cn每 架 所 包 含 的 组 架 的 组 数 或 框 架 数 ， 整 体 自 移 式 支 架 。支 架 间 距 要 根 据 支 架 型 式 来 确 定 ， 但 由 于 每 架 支 架 的 推 移 千 斤 顶cb都 与 工 作 面 输 送 机 的 一 节 溜 槽 相 连 ， 因 此 目 前 主 要 根 据 输 送 机 溜 槽 每 节 长度 及 帮 槽 上 千 斤 顶 连 结 块 的 位 置 来 确 定 ， 我 国 刮 板 输 送 机 溜 槽 每 节 长 度 为1.5m,千 斤 顶 连 结 块 位 置 在 溜 槽 中 长 的 中 间 ， 所 以 除 节 式 和 迈 步 式 支 架 外 ，支 架 间 距 一 般 为 1.5m。本 次 设 计 取 支 架 的 中 心 距 为 1.5m。3.2 底 座 长 度 的 确 定3.2.1 底 座 长 度底 座 是 将 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 控 制 装 置 、 推 移 装 置 和 其 他 辅 助 装 置 ；使 于 人 员 操 作 相 行 走 ， 保 证 支 架 的 稳 定 性 等 。 通 常 ， 掩 护 式 支 架 的 底 座 长18度 职 3.5 倍 的 移 架 步 距 (一 个 移 架 步 距 为 0.6m)， 即 2.1m 左 右 ； 支 撑 掩护 式 支 架 的 底 座 长 度 取 4 倍 移 架 步 距 ， 即 2.4m 左 右 。 本 次 设 计 取 底 座长 2.18m。3.2.2 底 座 宽 度支 架 底 座 宽 度 一 般 为 1.11.2m。 为 提 高 横 向 稳 定 性 和 减 小 对 底 板 比压 ， 厚 煤 层 支 架 可 加 大 到 1.3m 左 右 ， 放 顶 煤 支 架 为 1.31.4m。 底 座 中间 安 装 推 移 装 置 的 槽 子 宽 度 与 推 移 装 置 的 结 构 和 千 斤 顶 缸 径 有 关 ， 一 般 为300380mm。 宽 度 取 1350mm。3.3 四 连 杆 机 构 的 设 计3.3.1 四 连 杆 机 构 的 作 用 与 缺 点1 梁 端 护 顶 鉴 于 四 连 杆 机 构 可 使 托 梁 铰 接 点 呈 双 纽 线 运 动 ， 故 可选 定 双 纽 线 的 近 似 直 线 部 分 作 为 托 梁 铰 接 点 适 应 采 高 的 变 化 范 围 。 这 样 可使 托 梁 铰 接 点 运 动 时 与 煤 壁 接 近 于 保 持 等 距 ， 当 梁 端 距 处 于 允 许 值 范 围 之内 时 ， 借 此 可 以 保 证 梁 端 顶 板 维 护 良 好 。2 挡 矸 鉴 于 组 成 四 连 杆 机 构 的 掩 护 梁 既 是 连 接 件 ， 又 是 承 载 件 ，为 了 承 受 采 空 区 内 破 碎 岩 石 所 赋 予 的 载 荷 ， 掩 护 梁 一 般 做 成 整 体 箱 形 结 构 ，具 有 一 定 强 度 。 由 于 它 处 在 隔 离 采 空 区 的 位 置 ， 故 可 以 起 到 良 好 的 挡 矸 作用 。3 抵 抗 水 平 力 观 测 表 明 ： 综 采 面 给 予 支 架 的 外 载 ， 不 但 有 垂 直 于煤 层 顶 板 的 分 力 ， 而 且 还 有 沿 岩 层 层 面 指 向 采 空 区 方 向 （ 或 指 向 煤 壁 方 向 ）的 分 力 ， 这 个 水 平 推 力 由 液 压 支 架 的 四 连 杆 机 构 承 受 ， 从 而 避 免