1、1前 言经过近 30 年的发展和努力, 我国液压支架的设计、制造水平在不断提高, 特别是在缓倾斜中厚煤层的液压支架方面积累了相当丰富的经验, 架型已基本趋于成熟、完善, 在品种和质量方面与国际先进水平相比差距越来越小。但在控制元件和控制系统方面, 与先进国家的产品相比还有较大差距。所以, 今后除应继续针对我国国情和煤层具体条件, 开发一些新架型、新品种外, 还应在改进支架控制系统和提高支架的工作可靠性方面下功夫。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
2、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21.液 压 支 架 的 概 述1.1 液 压 支
3、架 的 组 成液压支架由顶梁、底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成。1.2 液 压 支 架 的 用 途在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工作人员安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，他能实现职称、切顶、移动和推移输送机等一套工序。实践表明液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快 安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组成综合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效
4、 措施。因此，液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠，是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。1.3 液 压 支 架 的 工 作 原 理液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作时利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。 图 1-1 液压支架的工作原理Fig .1-1 Hydraulic pressure support principle of work1) 升柱 当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回液，3推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。2) 降柱 当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，
5、另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。3) 支架和输送机前移 支架和输送机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时，先将柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推输送机时，支架支撑顶板后高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。1.4.液 压 支 架 架 型 的 分 类按照液压支架在采煤工作面安装位置来划分 有端头液压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有位置的支
6、架。目前使用的液压支架在分三类即：支撑式、掩护式和支撑掩护式支架。1.4.1 支撑式支架支撑式支架的架型有垛式支架和节式支架两种型式。如图 1-2，前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱的复位装置来保证。因此底座坚固定，它靠支柱和顶梁的支撑作用控制工作面的顶板，维护工作空间。顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。这类支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，底板较硬的煤层。a b图 1-2 a垛式 b节式Fig.1-2 acorduroy bdivisiona41.4.2掩护式支架掩护式支架有插腿式和非插腿式两种型式。如图 1-3 所示顶梁较短，对顶板
7、的作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动的能力强；防护性能好调高范围大，对煤层厚度变化适应性强；但整架工作阻力小，通风阻力大，工作空间小。这类支架适用于直接顶不稳定或中等稳定的煤层。a b c图 1-3 a插腿式支架 b立柱支在掩护梁上非插腿式支架 c立柱支在顶梁上非插腿式支架Fig.1-3 asupport b leg piece on support cleg piece on support 1.4.3支撑掩护式支架支撑掩护式支架架型主要用：四柱支在顶梁上；二柱支在顶梁；一柱或二柱支在掩护梁上。支柱两排，每排 1-2 根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构。它的支撑力大
8、，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，但结构复杂，重量大，价贵，不便于运输。这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储量较大的中厚或厚煤层中。1.5 液 压 支 架 设 计 目 的 、 要 求 和 设 计 支 架 必 要 的 基 本 参 数1.5.1设计目的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。为了满足对煤炭日益增长的需要，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化5采煤工作面。而每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的顶底板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层的物理机械性质等的
9、不同，对液压的要求也不用。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。经过近 30 年的发展和努力, 我国液压支架的设计、制造水平在不断提高, 特别是在缓倾斜中厚煤层的液压支架方面积累了相当丰富的经验, 架型已基本趋于成熟、完善, 在品种和质量方面与国际先进水平相比差距越来越小。但在控制元件和控制系统方面, 与先进国家的产品相比还有较大差距。所以, 今后除应继续针对我国国情和煤层具体条件, 开发一些新架型、新品种外, 还应在改进
10、支架控制系统和提高支架的工作可靠性方面下功夫1.5.2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 100KN 左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为 100KN150KN，中厚煤层一般为 150KN250KN，厚煤层一般为300KN400KN。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，稀释有害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
11、明和通讯方便。8) 支架稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。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。611) 要易于拆卸，结构要简单。12)液压元件要可靠。1.5.3设计液压支架必需的基本参数1).顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。2).最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。3).瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，险算通风断面。4).底板岩性及小时涌水量根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。5).工作面煤壁条件根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。6).煤层倾角
12、根据煤层倾角，决定是否用防倒放滑装置。7).井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8).配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度详细 DWG 图 纸 请 加：三 二 1 爸 爸 五 四 0 六全套资料低价拾元起72 液 压 支 架 基 本 技 术 参 数 的 确 定2.1 原 始 条 件掩护式液压支架，煤层厚度为 2.32.9m，老顶为 2 级，直接顶为 1 类2.2 基 本 技 术 参 数1）支架的高度mShHm31502901an 2052 取 ；m3nmhH9201211n 72 式中 支架最大高度；m支架最小高度；nH支架最高位置时的计算高度；1支架最低为之时的计算
13、高度；28掩护梁上铰点至顶梁顶面之距；取 100mm；1h后连杆下铰点至底座底面之距；取 200mm；2煤层最大厚度（最大采高） ；m煤层最小厚度（最小采高） ；nh考虑伪顶、煤皮冒顶落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度，取1S250mm；顶板最大下沉量，取 150mm；2移架时支架的最小可靠量，一般取 50mm；a浮矸石、浮煤厚度，一般取 50mm.2）支架伸缩比6.1203nmH3）支护强度11212mqx hq= 34.34=362.6 2/mkN式中： 当支架最大采高为 时，支架应有的支护强度；xqmH在架型选择表 2-1 中与低于 但与之相邻的采高相对应的支护强度；1在架型选择表 2-
14、1 中与高于 但与之相邻的采高相对应的支护强度；2 m 所对应的采高；rh11q 所对应的采高。r224）支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离。用 bc表示。9支架间距 bc要根据支架型式来确定，但由于每架支架的推移千斤顶都与工作面输送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据刮板输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块的位置来确定，我国刮板运输机溜槽每节长度通常为 1.5 m，千斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为 1.5 米，本设计取 bc=1.5 m5）底座长度所谓底座，就是将顶板压力传递到底板的稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑以下几个
15、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 倍的移架步距，即 2.1m 左右；支撑掩护式支架对底座长度取 4 倍的移架步距，即 2.4m 左右。本次设计底座为 2.240m表 2-1 适应不同类级顶板的架型和支护强度Tab 2-1 Adaptive diffent cap of roof and model holding strength老顶级别 直接顶类别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4采高2.5m 时用支撑式架型 掩护式掩护式支撑式掩护式
16、掩护式或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式采高2.5m 时用支撑掩护式1 294 1.3294 1.6294 22942 343（245） 1.3343(245)1.6343 23433 441(343) 1.3441(343)1.6441 2441支护强度KN/M 2支架采高m4 539(441) 1.3539(441 1.6539 2539应结合深孔爆破，软化顶板等措施10) 处理采空区注：（1）表中括号内数字系统掩护式支架顶梁上的支护强度。（2）1.3、1.6、2 为增压系数。3 四 连 杆 机 构 的 设 计3.1 四 连 杆 机 构 的 作 用四连杆
17、机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一。其作用概括起来主要有两个，其一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；其二是使支架能承受较大的水平力。下面通过四连杆机构动作过程的几何特征进一步阐述其作用。这些几何特征是四连杆机构动作过程的必然结果。1）支架高度在最大和最小范围内变化时，如图 3-1 所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度 e 应小于或等于 70mm，最好在 30mm 以下。2）支架在最高位置和最低位置时,顶梁与掩护梁的夹角 P 后连杆与底平面的夹角 Q，如图 3-1 所示,应满足如下要求:支架在最高位置时,P=52 062 0,Q=75085 0;支架在最底位置时,为有利矸石下滑,防止矸石停留在掩护梁上,根据物理学摩擦理论可知,要求 tgPW,如果纲和矸石的摩擦系数W=0.3,则 P=16.70.而 Q 角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离,防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降，一般去 Q=25030 0，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下绞点的高度。3）从图 3-1 可知掩护梁与顶梁绞点 e和瞬时中心 O 之间的连线与水平的夹角 Q。
