液压支架说明

1.触1国外主要产煤国家综采技术的发展趋势1我国综采技术的发展现状几存在的问题3综采矿井生产环节的合理配套6液压支架的应用和意义6液压支架的发展状况及存在问题7液压支架的研究动态8液压支架的发展动向101结论22.液压支架设计介绍13液压支架的工作原理13支架的组成13液压支架主要结构件及其作用142.3.1 顶梁.142.3.2 .掩护梁142.3.3 底座.152.3.4 四连杆机构152.3.5 推移机构17液压支架的架型18第三章.液压支架的结构设计19液压支架的选型191.1.1 压支架结构类型的优选191.1.2 液压支架的架型选择原则191.1.3 影晌架型选择的因素.20液压支架的结构设计213.2.1 肯定液压支架结构参故的原则与内容213.2.2 液压支架整体结构尺寸设计.21液压支架支部件设计26拟定液压系统31第四章.支架的受力分析与计算32支架的工作状态32支架载荷的肯定33支架受力分析334.3.1各主要参数的影晌34支架的受力计算36当支架撑牢在顶板之间时，取其整体或某一部件为分离体，皆处于平衡状态。据此把三种支架简化成平面杆系进行受力分析和计算。36该支架整体受力如下图所示。图中PT=,P8为平衡千斤顶的推（拉）力，P8为推力时，P8=,当P8为拉力时,P8=,需求F、F1及作用点位置。365.底座的强度计算与校核41第六章.推移千斤顶的设计计算45缸筒内径和缸里厚度的计算45611缸体内径的肯定.45浮动活塞式推移千斤顶的缸体内径按下面两式肯定456.1.2千斤顶缸体壁厚的计算.45推移千斤顶的强度验算466.2.1推移千斤顶稳定性验算.46622活塞杆强度验算.47623缸体强度计算486.2.4缸体与缸底焊缝强度计算49第七章.液压支架的利用和保护49液压支架操作497.L1操作前的准备497.1.2操作方式与顺序507.1.3支架利用中的注意事项.51液压支架操作保护要求52L绪论第一章综述国外主要产煤国家综采技术的发展趋势综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志。80年代末以来，世界主要产煤国家高产高效综采技术迅速发展，特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非发展最快。综采工作面高产高效纪录不断刷新，综采装备新技术层出不穷。均年产145.4万t洗精煤，平均工效274t/（工*d）,工作面搬家（包括设备安装）时间平均684人工/而。工作面平均长度240m,最大长度335m。1994年平均班产进一步提高，其中，前10个工作而年平均班产达到5998t洗精煤，相当于年产400万t以上的水平。沙莫罗克公司（SHAMROCK）的被克佛克矿在123个小班中产煤166万t,相当于月产83万t;塞普路斯阿马克斯煤炭公司卡姆博兰德矿1995年6月达到月产洗精煤57.3万t的纪录，阿科煤炭公司的西皮庇矿1994年11月创造了日产万t的世界纪录，当月产量50余万to美国1994年共有80个长壁工作面，其中有70个工作面是电液控制的工作面，占87.5%,利用两柱掩护式支架73套，四柱支撑掩护式支架7套，两柱掩护式支架占91.25%,支架工作阻力大部份在7000-8000kN,最大的两柱掩护式支架工作阻力达到9800kN。普遍装备大功率电牵引重型采煤机组和大功率、大运量、高靠得住性刮板输送机。澳大利亚近10年来综采发展很快，综采工作而数量从1980年的3个增加到1994年的25个，井工效率达到17.71t/T0科迪尔克斯矿和巴波尼矿的综采工作面年产量已超过300万3为使综采产量持续增加，近几年来澳大利亚采取了一系列办法，包括改革劳动制度，采用各类新设备、新技术，综采工作面优选世界各国最先进的重型高效装备，实现一井一面，集中化生产。英国和德国是世界上综采技术装备最先进的国家，由于受其自然煤层赋存条件的限制,其高产高效工作面的纪录不如美国和澳大利亚，但世界著名的采煤机械公司主要集中在德国和英国。最近几年来，由于国际采矿业市场的不景气和激烈竞争，致使各公司的彼此兼并,形成几个大跨国公司。为占领市场，各公司不断开发新技术、新产品。世界主要产煤国家技术经济指标见表1L高产高效综采技术的核心是工作面综采设备，近10年来，工作而三大配套设备一一采煤机、刮板输送机和液压支架，在设计方式和结构上都有了重大发展，主如果提高设备生产能力和靠得住性，改良操作性能。采煤机技术发展的一个冲破是采用了多电机电牵引技术，大大简化了机械传动系统。采煤机的模块化设计使机械的保护和监测加倍简便，靠得住性更高。现代先进采煤机的主要特点是:多电机交流变频iMJ速或直流调速电牵引，牵引速度不断提高，最大牵引速度已达到29nLmin；大功率、高电压、大截深.采煤机装机功率超过1200kw,现行HOOV工作电压已不适应大功率采煤机的要求，美国目前常常利用电压为2300V,部份工作而开始运用4160V电压;英国、澳大利亚利用3300V电压;法国利用5000v电压：波兰利用6000v电压。采煤机截深达到1一1.2m：积木式结构，各单元之间没有机械动力传动，简单靠得住：其中更先进的设备，可实现滚筒自动导向，其实质是煤岩界面探测技术，它能自动识别煤岩界面.并据此自动调节滚筒截割高度；煤尘控制和故障诊断系统。ai-1年世界主铲娱国家技械济指标K床WftM反JAft(7JA)原a广彳仙)(*)井工妓家(t/I)仃万q死匕率(人历D桃机长fcSff(*)媒合尻款化用度(%)中S75(00338.92-12.5093.%1.59,i.wr71.02-44B美03010.29350.0171002628LQ2.7143.92.2485.7夏人刑更/2.W17.710.015es14.482.6421.665J2999.999.9印度5472出26.170.510.75tf17329.42.111此T2.350.25%市丰制4.71.956013.17英国1.88641).57276.48.760.1299.899.9哈萨就湛3310.71时冬克2氏SL1S0.W4.476、m有/配女矿欲括。随着采煤机功率加大，产量提高，工作面刮板输送机也发展成为大功率、高强度、高靠得住性的运输设备。目前工作而刮板输送机最大工作长度已达3351n，最大输送能力达3500t/h,最大功率1412kW,表1-2中列出了几种国外先进刮板愉送机的技术特征。图1-2工作而刮板输送机的技术特性军B布讷可圳倒那门算，送勤1(闯魅(W)跋楼(ran)庭(词申Ml)35001412(3X(40)1.4510003期13230XMOHP)”的R悯1.$1顺25(1700011250X51OW2/网”怩1.2610Q)250070001125(3x510%2他ItS1.2610一4.cuur-先进瓜板输送机的主要特点是：整体铸造溜槽或组合焊接溜槽，减少了螺栓连接,提高了能得住的性。利用寿命达到6001200万t过煤量：采用。38mm、。421nm大直径刮板链；采用软启动技术，利用双缓液力偶合器或排水型偶合器，配有程序逻辑控制器控制水的流速。软启动大大提高了输送机的靠得住性，使链子和链轮的寿命加倍：故障诊断和工况监测技术，可以以持续监测输送机各部件的运行状态，进行故障诊断和报警。液压支架是综采工作而主要设备之一，近10年来主要的发展趋势是向两柱掩护式和四柱支撑掩护式架型发展，架型结构进一步完善，设计方式更先进，参数向高工作阻力、大中心距(1.75m、2m)发展，结构件材料愈来愈多地采用高强度钢材，例如屈服极限69MPa以上的钢板，支架的寿命和靠得住性要求大大提高，有些公司要求支架的耐久性实验循环次数达5000次。支架的寿命达14年以上。液压支架技术另一重大冲破是控制系统，应用电液控制技术，采用电磁(或微电机)控制的先导阀.先进靠得住的压力和位移传感器，灵活自由编程的微处置机技术，红外遥感技术等现代科技功效，使液压支架的动作自动持续进行，移架速度大大提高，支架循环时间达到68入配合采煤机的煤岩识别系统等先进技术，可实现工作面自动控制。我国综采技术的发展现状几存在的问题我国自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、吸收和改良提高的进程。到目前已形成了较完整的设计、制造和科研体系。前后研制实验成功经济型综采成套设备：薄煤层、中厚煤层和大采高综采成套设备，特厚煤层分层机械化铺网液压支架系列及成套设备和工艺：放顶煤液压支架系列及成套设备和工艺。1995年全国共有243个综采工工作而，统配煤矿综合机械化程度达到机工作而平均工效25.077t/I,全国有65个年产百万吨以上的综采队，其中9个队年产达到200万t以上，2个队年产达到300万t以上，兖州南屯煤矿综二队1995年年产达到315万t,最高月产34.7万t,创出我国高产高效的最好纪录一、高产高效矿井建设取得重大成绩我国从1993年开始组织高产高效矿井建设，到1995年已建成56个高产高效矿井。在产量增加的基础上，平均工效达到t/工，提高tt/工。工作而平均个数由149个减到107,减少原煤生产人员7万人，实现了一井一面或一井两面的生产模式，向集约化生产迈出可喜的一步。高产高效工作面装备，因地制宜采取3种模式，第一种是全套引进国际先进装备，如神华集团大柳塔煤矿，全套引进德、英、美等国家先进装备，学习国处高产高效矿进的先进经验,走高起点、高投入、高产出、高效益的道路：第二种模式是引进与国产相结合，引进国外先进采煤机和刮板输送机等关键设备，配套国内先进设备，如兖州屯煤矿等：第三种模式是立足国内设备，优选各类国产先进设备，优化系统配套，实现高产高效，如铁法晓南煤矿实验成功国产日产7kt综采成套设备。国内几个著名高产高效工作而装备情况见下表衰1-4国内臭燮高产高效综采工作温装备和生产情况9.a登州甫电场二队城古书院城一队沌府大群采乐加3.53.】4.0210205220、汹一向艮度（m）136021002W)液比支柒型号SZYWX国声）22?也84（修产）W5|.7(6750以瞰笛至龙产）采爆机登名DR!O2l颂日对EDW45O/1I00UWH)6LS-OJ供0)MG2K400-W便产)M横怆送杈至号HB280海LX(2A)-2000/1000(jJB)SGa042-3)x40日产;1*5年他B5.61圳.41烟年12月正式粒在152二、机械化铺网分层开采和放顶煤技术达到世界先进水平我国自8年代中期开始进行特厚煤层分层开采机械化铺网液压支架及配套技术的攻关，取得重要功效，研制实验成功两柱掩护式和四柱支撑掩护式铺网支架系列，义马。晋城、大同样矿区在特厚煤层分层铺网技术方面积累了丰硕经验，晋城矿务局古书院煤矿分层铺网工作面年放达到200万t,达到世界先进水平。综采放顶煤技术50年代末起源于欧州，通过数十年的实验和利用活着界近10个国家取得发展，但是进入80年代以来，这一技术在国外已奄奄一息，不但美、英、德、澳等国家再也不采用，连放顶煤技术发展最先的法国、匈牙利、南斯拉夫和俄罗斯等也极少采用。其主要原因是：1.受客观条件的限制，适合放顶煤开采的煤层少；2.受严格的安全规程放顶煤技术自身弱点和复杂性的制约：3.环保要求；4.传统综采的效益优势。最近几年来，综采放顶煤技术在我国得发展和普遍普及，综采放机煤采煤法正在成为一种高产高效采煤方式，1995年全国65个综采百万吨创水平队中有23个是综采放顶煤队,占%,其中，年产200万t以上的9个综采队中有6个是综采放顶煤队。目前全国已有70多个综采放顶煤工作而，而且，正以很快的速度在发展。我国放顶煤技术已达到世界领先水平。三、综采设备研制有了新的发展“八五”期间，适应高产高效工作面生产要求的大功率、高效综采设备有了较大发展。我国部份综采设备已开始出口美国、俄罗斯、印度和土耳其。研制成功MG2X400-W型滚筒采煤机,液压牵引，装机功率2X400KW、运输能力1500t/h,铺设长度250m,铸造槽帮，2X中34双中链交叉侧卸机头，双行星减速器，双速电机驱动，传动，传动部可平行或垂直布置，过煤量200万t等特点。长家口煤机厂、西北煤机一厂等重点输送机厂别离与国际长壁公司和威斯特伐利亚公司等合作，开发槽宽1000mm,运输能力20002500t/h,功率2X575kW,过煤量500万t以上的刮板输送机等设备，目前正处于试制阶段。液压支架设计研究取得重要进展，主要在以下方面：（1）设计理论和方式有了冲破。煤炭科学研究总院北京开采研究所对支架力学特性进行了深切的研究，提出了液压支架三维力学模型的计算方式，克服了传统平面力系方式的缺点,提出了液压支架整体结构参数优化设计方式，开发出液压支架设计计算通用软件系统，并普遍应用，使我国液压支架设计计算提高到一个新水平。（2）完成液压支架计算机模拟实验的研究，把有限无方式成功地用于液压支架的研究，成立了液压支架整体有限无模型，开发SSTS液压支架模拟实验计算机仿真软件系统，大大提高了液压支架设计的靠得住性普遍应用于液压支架设计研究，达到国际先进水平，为我国液压支架打入国际市场发挥了重要作用。（3）技术规范和标准化建设取得重要进展。咱们已前后制定液压支架系列技术标准17项,成为国际上液压支架标准较完善的国家之一，增进了液压支架技术的发展。（4）计算机辅助设计（CAD）有了较大发展。开发了CAD工作站和微机CAD系统，建成了较完整的液压支架数据库和通用图库，并正在慢慢实现支架设计CAD化。（5）液压支架控制系统有了重大进步。按照我国国情研制的全液压手动控制快速移架系统的普遍应用，使支架降、移、升速度大幅度提高，由过去的2030s/架，提高到912s/架。（6）新架型研制成绩显著，架型结构进一步完善。新型高靠得住性支架，反向四加杆高产高效低位放顶煤支架，适应中小煤矿的单一煤层采用轻型支架和轻型单摆杆放顶煤支架均取得成功。四、我国综采技术发展中存在的问题（1）我国煤层赋存条件复杂，老矿井受生产系统制约，综采效率难以发挥。我国大部份矿井井型较小，生产系统不适应集中生产的要求。巷道断而小，支护质量差，掘进设备掉队,进度慢，运输系统环门多，辅助运输掉队。工作面长度、采煤机截深、采区长度等工作面参数都比较小。（2）职工队伍素质差，许多综采队以农人轮换工为主，文化基础差，队伍不稳定。管理水平低，管理模式掉队，管理层次多，扯皮现象严重。（3）煤炭企业普遍经济效益较差，负担重，技术改造任务难度大，资金投入严重不中，以致发展后劲不足，一些矿井没有设备更新能力，机械给出现倒退局面。（4）小煤窑滥采滥挖现象严重。一方面造成对国有煤矿的市场冲击，成为影响综采发展的一个消极因素。（5）科研投入严重不足。科研单位创收成为主要目标，技术攻关力量不足，科研功效低水平循环现象严重。（6）由于受价钱和基础工业水平的影响，我国煤机制造质量、产品性能和靠得住性距世界先进水平还有较大差距。特别是采煤机、工作面输送机、液压支架电液控制技术、采区供电技术、工况监测和故障诊断技术及自动化技术等，与国际先进水平相较不存在较大差距。综采矿井生产环节的合理配套综采矿井生产系统配套设备，除包括直接与综采工作而刮板输送机连接的顺槽转载机、破碎机及带式输送机外，还应包括提升设备、掘进及支护设备、工作面供电设备、通风排水设备等。要保证综采工作面设备效能的充分发挥，必需保还生产系统各环节.具有足够的通过能力和适应能力。即要保证提升能力大于运输环节能力，运输环方能力大于工作面生产能力：要保证掘进速度、通风能力与供电能力适应广工作面实际需求。掘进速度跟不上综采工作而的推动速度是一个大问题。矿井的不合理布局.必然致使巷道掘进量的增加。美国将主并、副井直接布置在可采煤田中.不仅大大减少/巷道掘进量（无岩桂掘进），而且简化了运输系统。目前我国采掘严重失调的主要原因就是掘进机械化作业中，支护作业未能实现机械化，须尽快推行掘进支护“锚杆化”。锚杆支护技术的应用，不仅可以提高掘进速度，改善巷道支护质量，减少辅助作业时间，而且解决了综采工作面的端头支护问题。有的煤矿两个工作面共用一套运输系统，造成产运不相适应的矛盾。主运输系统的运输能力一般偏低，不能与高产高效综采工作而生产能力相匹配，故须对现有它运输设备进行改造。如皮带输送机应实现自移机尾、闭环控制张紧装置的功能。又如占有90%以上的交流拖动提升应采用Pc控制技术。这些技术办法的实施，不仅提高了运输能力相提升能力，而巳会带来显著的经济效益。液压支架的应用和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趋增加，煤矿开采，特别是采煤工作面的生产技术面貌发生了庞大的转变。自1954年英国装备了世界上第一个液压支架工作面开始，采煤技术实现了综合机械化。综合机械化。就是工作面采煤、运输和支护三大主要生产环行都是现机械化。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，和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。这几种设备彼此配合，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（油缸和阀件）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，安全上靠得住，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，到目前已经取得可较好的效果。1974年以来，从西德、英国、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、安全靠得住等长处，能使采煤工作而达到高产量、高回采率和高工效，能大大减轻劳动强度，降低本钱和掘进率，实现安全生产。液压支架的发展状况及存在问题1.5.1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进程。50年代英国研制的垛式支架和法国研制的W式支架代替了木支柱、金属摩擦支柱、液压支柱，开辟了采煤工作而支护设备的技术革命：60年代前苏联研制并改良的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转变大和不能经受水平力的问题，开辟了液压支架设计的新时期；70年代主要产煤国家都在不断改善支架结构，完善支架性能，实现了支架的“当即支护”力式：80年代以来，为提高生产率和降低本钱，在液压支架的设计和研制中应用了许多高新技术，特别是液压支架的性能相自动化程度有f大幅度提高。如美国、澳大利亚的大部份长壁工作脸部采用了电液控制技术，可对液压支架的各类动作功能进行多种方式的程序控制相性能监测。90%以上的美国长壁综采工作而利用了电液控制两拄掩护支架，其额定工作阻力最高可达9800kN,初撑比为移架循环时间大多小于10s。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年在山西大同第一次全工作而装备了Tz140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TZ720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相操纵阀等。到目前为止，适于我国实现高产高效的网产液压支架有20余种架型，其顶用于缓倾斜中厚煤层缓和倾斜厚煤层的各占一半。适用于缓倾斜，中厚煤层高产高效的液压支架的代表件型号有QY20014/3、BY33003/33、ZY35或BC100-17/3五、TZ72020.5/3二、ZY55013/2九、ZY560k等。适用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,底座后部自动铺底网支架（如BC7A40017/3五、PY320017/35型）利用效果较好。BY3200-23/4五、QY35025/47：BC4800-22/4二、ZY560-25/4等大采高支架取得年产超百万吨的效果。放顶煤支架分为单输送机插腿式开天窗、双输送机插板式、双输送机开天窗式三大类.其代表架型别离为ZFD560026/30、FY2800-14/2八、ZFS5200-16/32o与国外同类产品相较，这些支架的移架速度较慢(一般为2030s)、初撑比较低(一般为一，实测仅为。1.5. 2存在问题液压支架经历了研制实验、引进仿造和改良创新阶段，直到此刻的独立设“和制造阶段。特别是对液压支架的架型与结构件的设计和研究投入了大量的人力物力，达到了国外同期先进水平。但是在液压支架及其液控系统动态特性、液压支架电液控制技术和计算机辅助设计等方面的研究起步较晚，远远掉队于一些先进国家。尤其对液压支架液压系统及其控制技术方面的研究投入较少，存在的问题最为突出，成为制约液压支架发展的主要因素。在我国的工业领域中，液压支架等煤矿机械的设计水平和技术水平相对掉队于其他行业，主要表此刻：设计中以静态的、经验的方式为主；各类工序中工作机构动作和各类工况转换的控制仍是以手动为主；工作进程中在线动态监测的技术还比较掉队，对许多综采工作而而言仍是空白。致使以上掉队局面的主要原因是：(1)对工作面的一切设备和仪器都有防爆要求，控制系统的电源必需是本安型；(2)工作面空间很小，所有装置的体积和形状都受到必然的限制；(3)在有限空间内密集布置相当数量的设备及其控制系统，抗干扰问题是一个重大难题;(4)支架距泵站较远(用于远距离供液)，压力损失和管路振动等问题较为严重：(5)液压支架具有降、移、升、推相调架等工序，有时出现同架不同工序的组合作业、或不同架相同或不同工序的组合作业，给液压支架的自动控制带来了许多困难。目前在采煤工作而的机械化生产作业中，主要存在着两大问题。其一是支护速度太慢,难以适应高产高效生产的需要，特别是不能与采煤机牵引速度相匹配；其二是工作而支架初撑力严重不足不均，给工作面顶板的管理、保护和安全生产带来许多困难，有时严重影响工作面的正常生产。支护速度主要取决于移架速度(即完成液压支架降、移、升等动作的快慢)，它直接影响着工作面的产煤量。液压支架初撑力决定着液压支架与顶板之间控制与被控制的特性关系。顶板管理不好，必然影响移架速度的正常发挥，从而间接影响工作面的产煤量。提高移架速度，必然要求提高泵站额定流量、供液系统大通径管路和阀件的承压能力。但是，大流量高压力的乳化液泵、液压阀件、大通径高压胶管等的研制有相当大的难度。德国、英国、日本等国家在这一方面的研究有所冲破，而我国在这一方面的研究相对掉队，目前尚未适用于高产高效工作面的配套产品。另外.液压支架的设计、研究与采场矿山压力的研究之间存在着明显的脱节问题。对液压支架的研究，一般是在假定液压支架载荷的前提下来研究其性能；面对矿山压力的研究又未能顾及到液压支架动态特性的影响。但是，事实上液压支架和采场闱岩之间存在着密不可分的、彼此作用的动态关系。液压支架的研究动态为了进一步改善支架性能和提高移架速度，还须迅速研制并推行大流量支架用阀、大通径液压胶管、初撑力保证阀或自动增压阀和高压变乳化液泵。须加速电液控制系统的开发和支架供液系统和液控系统的优化。还须开发研究等压双伸缩立柱和能够克服刚性四连杆机构缺点的新架型等。另外，对于综采放顶煤工作而，移架速度问题不是十分突出。但无论是分层开采仍是放顶煤开采，对降低工作而供液系统的压力，提高支架初撑力的要求仍是十分迫切。由此可见，自动增压初撑系统有必然的应用前景。气垛支架以其整体性能好、稳定性好、抗冲击载荷能力强、初期投资少和操作保护简便等长处，在薄煤层和急倾斜煤层支护中已经取得了一席之地。变流量变压力乳化液泵等新产品的研制，将会大大改善支架供液系统的特性。针对影响移架速度的因素分析和提高移架速度的方式和途径，已有很多文献给予论述,指出影响移架速度的主要因素有系统的额定流量和额定压力、供液系统管路的通径及阀件的过流量、液压支架立柱起落行程和推移千斤顶的行程、立校活柱直径与活塞直径的比值、支柱及顶梁重量等：而提高移架速度的主要办法有：增加泵站流量、采用电液自动控制、利用大流量阎件、改良液压支架的进液和回液系统。目前液压支架移架速度的计算方式仅为静态汁算，只反映了移架动作的操作时间和运行时间。对于动态特性较差的支架液压系统、其得架动作进程所需的时间远远超过静态计算的运行时间。要保证明施煤炭工业部关于初撑力的规定要求（达到设计韧撑力的80%以上），往往需要保证1030s的升柱和切撑供液时间。关于液压支架初撑力问题存在的原因和解决这一问题的方式和途径，一些文献从不同的角度给予了大量的探讨。文献指出泵站实际调定压力较低只有必然的波动、远距离供液压力损失严重、顶底板不平反浮煤和浮歼的影响、不能保证液压支架的初撑时间和多人操作或多架同时操作等因素是致使液压支架初撑力本足不均的主要原因；而增大大校直径和数量、提高泵站压力、采用双供液系统、监油工作面支护质量、增设韧撑力保证阀等提高切撑力的方式相办法都存在着必然的不足。为了提高移架速度，就很难保证初撑时间，从而不能保证初撑力达到规定要求。可见提高移架速度和提高液压支架初撑力之间存在着矛盾。电液控制技术在液压支架上的应用能够提高液压支架的自动化程度和移架速度（将不同工序或不同支架的操作时间距离缩短到最小程度），能够实现定压初撑和远距离程序控制等功能。带压移架控制系统可以以实现液比支架卸载扣移架工序的同步化相自动化，改善了液压支架的支护特性和控顶效果，消除液压支架的起落行程，故在必然程度上可提高移架速度。二柱掩护支架因立柱数量少、操作简便、侈架速度快等长处，在国内外取得了普遍的应用。但是平衡千斤顷及其连接耳座的损坏问题一直没有取得很好的解决。初撑增压阀的研究和开发，可用于解决初撑力问题，同时有助于解除高压力和大流量的制约关系。但体枳和重量过大、在支架上难以设置等因素，是初撑增压阀难以取得应用的根本原因。电液控制技术、带压移架控制系统、初撑增压阀的研究和应用，旨在改善液压支架的支护特性、提高移架速度和初撑力。二柱掩护支架的大量利用也是与该架型移架速度快有关。由此可见，移架速度和初撑力问题是研究和设计液压支架及其液压系统的核心问题。要从根本上解决这两个彼此制约的核心问题,还需要从研究液压支架及其液压系统的动态特性为冲破口。基于液压支架在国内外的发展状况和研究动态，设计人员以为研究液压支架及其液控系统的动态持性，分析决定液压支架支护持性二核心要素（移架速度和切撑力）之间的动态关系，解除大流量与高压力的彼此制约关系是亟待解决的重大问题。液压支架的发展动向近几年来，为适应采煤综合机械化的发展需要，液压支架取得了迅速的发展，出现了很多类型，据统计，它的结构形式已经达到数百种。每种支架的支柱从一根到八根，支撑力从50吨到800吨，支架的适应煤层厚度的范围从到米，以至更厚的煤层，适应煤层倾角由0到45,乃至70左右。在缓倾薄及中厚煤层中，液压支架已经取得了普遍的应用，可是由于煤层赋存条件复杂，支架的结构还不够完善，设备还需要管理和操作经验，所以液压支架的利用范闱受到限制。为了改良支架的支护性能，提高它对矿山地质条件的适应性，扩大利用范围，延长利用寿命，目前液压支架有下列几方面的发展动向：1大力发展掩护式和支撑掩护式支架，对其他型式的支架，应用逐渐机减少。1976年国际采矿设备展览会展出的89种液压支架中，有80%是掩护式支架，这些支架的主要特点是：采用四连杆机构，使梁断和煤壁之间的距离大体维持恒定；支柱支在顶梁上，提高了支架的工作阻力：顶梁和掩护梁较接，取消了二者间易被铅石阻塞的三角区：掩护梁和顶梁的主梁部份均装设侧护板，提高了支架的防护能力：采用整体自移式，便于支架操作和实现自动控制。2液压支架的进一步发展，是着重解决扩大利用范围的问题。目前，各国正在研制大倾角、大采高、大截深和薄煤层支架，并使支架和菜煤机更好的配合。近几年来，国外正在研制一次截深1.5米左右或一次采高5.5米的液压支架。同时，为扩大支架适应的高度范围,普遍采用双伸缩式支柱。3采用高压乳化液泵，以提高支架的初撑力，很多国家利用的泵站压力已达到300千克/厘米2以上。4为了简化支架管路系统和便于安全操作，开始采用“多芯管”先导式邻架控制的操纵方式。5为了加速支架的移设速度，进一步改善操作条件，支架控制正在向自动控制方向发展。目前，分组程序控制已经开始利用，全工作面的自动控制和处在研究阶段。2.液压支架设计介绍液压支架的工作原理液压支架是由乳化液泵站提供高压乳化液（这里采用水包油型乳化液）作为动力由液压操作系统，控制系统，液压油缸和金属构件组成。来自泵站的高压乳化液，经主进液管送到工作面，并与每架支架的进液截止阀相连导入支架，再通过组合操纵阀配液到各液压缸，以完成支架所需的各项动作。从支架回流的低压乳化液通过组合操纵阀与回液截止阀由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循环利用。支架的承载原理是：液压支架支撑在综采工作面的顶底板之间支撑顶板。顶板压力作用在顶梁上，并通过顶梁和底座间立柱将压力传递底板。为保证支架结构件的强度及撑在支架顶安全，在立柱的下腔装有安全阀。当顶板压力超过立柱安全阀限定压力时，安全阀开启释放出立柱中的液体进行让压，当顶板压力下降到立柱工作阻力时，安全阀关闭进行保压承载。支架的组成液压支架主要由金属结构件、油缸和液压控制元件三大部份组成。（1）金属结构件主要有顶梁、掩护梁、前梁、上连杆、前连杆、后连杆、底座、侧护板、护帮板等。（2）缸主要有双作用双伸缩立柱、推移千斤顶、侧护千斤顶、前梁千斤顶等。（3）液压控制元件主要有液压控制阀、操纵阀、双向锁、安全阀、截止阀等及液压辅助元件等。液压支架主要结构件及其作用2. 3.1顶梁顶梁采用整体顶梁直接与顶板接触，支撑顶板负荷，是支架的主要承载部件之一，由钢板焊接而成的箱形结构，以知足强度和刚度要求。其主要作用是：（1）接顶板岩石及煤的载荷：（2）反复支撑顶煤，可对比较坚硬的顶煤起破碎作用；3）隔离顶板，为回采工作面提供足够的安全空间。本支架采用分段组合式顶梁结构（刚性顶梁+伸缩前梁），强度高，对顶板保护较好；另外，在顶梁前部还布置有起吊耳，可方便悬挂较小的机件。梁掩2 工 2.1 一护帮板耳座：2一侧推千斤顶座；3一侧护板：4一侧推千斤顶：5一前连杆耳座：6一后连杆耳座；7一护帮千斤顶耳座：8一弹簧筒;9一插板千斤顶耳座图2-1掩护梁掩护梁别离与底座和掩护梁千斤顶，其主要作用有：（1）经受下部顶板传给的水平分力和侧向力，增强支架的抗扭性能:（2）掩护梁与掩护梁千斤顶，保证支架的稳定性：（3）阻挡后部落煤，保护工作空间。2 .3.3底座底座是将顶板经受的压力通过立柱传递到底板并稳定支架的主要结构件。该支架设计为整体刚性底座，底座接底面积大，有利于减小对底板的比压。该型底座的缺点是在推移机构外易积存浮煤碎肝，要求及时清理。底座结构如图2-2所示crtD1.云于二二岁笥=年前=;=三三11.前连杆连接处2.后连杆连接处3.限位块型限位块5.前柱窝6后柱窝7.踏板8.耳板图22底座其主要作用是：w,若是钢和砰石的摩擦系数W二，则P二。为了安全靠得住，最低工作位置应使P三25为宜。而Q角主要考虑后连杆底部距底板要有必然距离,避免支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降。一般取Q三2530,在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下钦点的高度。3 .从图3T可知，掩护梁与顶梁钦点e和瞬时中心0之间的连线与水平夹角为设计时，要使。角知足tgOW的范围，其原因是。角直接影响支架经受附加力的数值大小（在后而有详细讨论）。4 .应取顶梁前端点运动轨迹双纽线向前凸的一段为支架工作段，如图所示的h段。其原因为当顶板来压时，立柱让压下缩，使顶梁有向前移的趋势，可避免岩石向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了顶梁前端的支护力避免顶梁前端上方顶板冒落，而且使底座前端比压减小，避免啃底，有利于移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外负荷。从以上分析得知，为使支架受力合理和工作靠得住，在设计四连杆机构的运动轨迹时,应尽可能使e值减小，取双纽线向前凸的一段为支架工作段。所以，当已知掩护梁和后连杆的长度后，从这个观点动身，在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，运用作图法就可以够了，如图所示（实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构）2.3.5推移机构图1-5推移框架支架的推移机构包括推杆、连接头、推移千斤顶和销轴等，主要作用是推移输送机和拉移支架。推移连杆的一端通过连接头与输送机相连，另一端通过推移千斤顶与底座相连，推移连杆除经受推拉力外，还经受必然的侧向力避免底座的下滑。液压支架的架型按照支架的结构特点与支护型式，液压支架有三种大体架型1）支撑式支架支撑式支架立柱较多，均呈直立状态，项梁较长，立柱顶梁与底座组成一多钦点的矩形结构。这种支架的工作阻力较大，支撑合力位于后部，切顶能力强，架型空间较大。但框架结构不够稳定，经受侧向力的能力较差。适用于直接顶稳定和坚硬老顶周期压力明显或强烈的顶板，不适用于破碎顶板。支撑式支架有垛式和节式两种。（2）掩护式支架掩护式支架都有掩护梁挡住采空区砰石，立柱较少，均呈倾斜布置，顶梁较短，立柱可斜支在底座与顶梁或掩护梁之间。顶梁、掩护梁与底座组成半封锁式结构，将顶板、采空区与工作而空距离开。这种支架的工作阻力较小，切顶能力较弱，架型空间较小，但支架的防护性能较好。适用于破碎和中等稳定直接顶（12类），老顶压力不明显的顶板（III级）。有直支式和间支式两种。3）支撑掩护式支架支撑掩护式支架兼有支撑式和掩护式支架的结构特点，均为四柱式，立柱可直立或斜支在顶梁或掩护梁上，相当于支撑式与掩护式的组合，以支撑为主，掩护为辅。这类支架的工作阻力、切顶项能力均介于上述二者之间，但由于有掩护梁，其掩护性能与稳定性均较好，适用于直接顶稳定和中等稳定（24类），周期压力明显（IIIH）的顶板。第三章.液压支架的结构设计液压支架的选型3.1.1 液压支架结构类型的优选按照以往液压支架设计的经验总结，考虑到不同架型和机构的支架一一围岩力学彼此作用、支撑力矩、底板比压等特点，可以对掩护式与支撑掩护式结构进行比较。1）液压支架的力学特征综述（见表3-1）表3-1不同结构液压支架的力学特征比较支架型式结构特征主要力学特性掩护式支掩式二支柱掩护式支架承载力较小，底板比压均匀，主动水平力较大支顶式二柱支顶掩护式支架承载力大，稳定性好，底座尖端比压较大，对顶板的主动水平力较大，前端支撑力大支撑掩护式支顶支四柱（或三柱）稳定性好，抗水平力强，比压均匀，但支柱能力利用率低支顶式四柱X型顶梁合力调节范围大，伸缩比大，承载力高四柱支撑掩护式承载力大，切顶能力强，比压较均匀3.1.2液压支架的架型选择原则在选择液压支架时既要保证对工作面顶板实现靠得住的支撑，又要避免过大的设备投资，致使没必要要的浪费。因此，液压支架的正确选型对于工作而经济效益关系重大。液压支架架型的选择，主要取决于液压支架的力学性能是不是适用矿井的顶底板条件和其它地质条件。在同时允许选用几种架型时，应优先选用价钱廉价的支架，支承式支架最廉价，其次为掩护式。支承式支架适合于稳定顶板。掩护式支架适合于中等稳定和一般破碎的顶板。支承掩护式支架适合于周期来压强烈，中等稳定和稳定顶板。在综采工作面支架选型时，还应注意下述四点原则：1）对于不稳定和中等稳定顶板，应优先选用二柱掩护式支架。但在底板极松软条件下,必需严格验算并限制支架底座尖端比压，不得超过底板允许比压即极限载荷强度。在此条件下，通常应避免利用重型支架。（2）对于超级稳定和稳定的难垮落顶板和周期来压强烈和十分强烈的顶板，应优先考虑选取四柱支撑掩护式支架。（3）众所周知，三点决定一个平面，由于顶板不平，四柱式支架中总有一根支柱对顶板的实际支撑力很低，因此二柱式掩护支架支撑能力利用率高于四柱式。即二柱式支架对顶板的实际支撑力高于一样名义额定阻力的四柱式支架，特别是对机道上方顶板的支护强度。（4）在不稳定顶板条件下利用四柱式支架应注意对机道上方的顶板控制，包括增加前任阻力及可伸缩前梁等。3.1.3影响架型选择的因素液压支架的选型受到矿井的煤层、地质、技术和设备条件的限制，因此，以上因素都会影响到支架的选型。液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。一般情况下可按照顶板的级别，由表3-1-5见综采技术手册（上册）中直接选出架型。（1）煤层厚度当煤层厚度超过1.5m,顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不用支承式支架。当煤层厚度达到2.5m2.8m以上时，需选择带有护帮装置的掩护式或支承掩护式支架。煤层厚度转变大时，应选择调高范围较大的掩护式，带有机械加长杆或双伸缩立柱的支架。假顶分层开采，应选用掩护式支架。（2）煤层倾角煤层倾角10时，支架可不设防倒滑装置。倾角在1025以上时，应选用带有防滑装置的支架。倾角25。时，排头支架设防倒滑装置，工作而中部支架设底调千斤顶，工作而中部输送机设置防倒滑装置。（3）底板强度验算比压，应使支架底座对底板的比压不超过底板允许比压。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，并选用通风端而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W2.5m：中硬煤层时，支架最大采高一般W3.5m：硬煤层时，支架最大采高（6）地质构造断层十分发育，煤层转变过大，顶板的允许暴露面积在5801，以下时，时间在20min以上时，暂不宜利用综采。（7）设备本钱综合各条件，宜选用支撑掩护式支架的架型，即本组毕业设计所选择架型。液压支架的结构设计3. 2.1肯定液压支架结构参数的原则与内容（1）肯定支架结构参数的原则要知足配套设备（采煤机、输送机）的相关要求：与支架的工作方式（即时支护或滞后支护）相适应；结构紧凑，行人操作方便；支架的工作稳定性好。（2）肯定支架结构参数的内容肯定正常工作条件下，支架与相应设备的位置关系；肯定支架整体与主要部件的布置与尺寸。3.2.2液压支架整体结构尺寸设计液压支架的结构型式很多，且随着采高和应用条件的不同，支架的结构布置和尺寸也各异。下而仅分析目前普遍应用的三种典型架型的整体布置与结构尺寸的一般范闱。（1）液支架的高度及其伸缩比的肯定一般应首先肯定支架适用煤层的平均采高，然后肯定支架高度。对于大采高支架，按下式肯定支架高度，即Hmax=Mmax十(200400)mmHmin=Mmin-(500400)mmHmax支架最大高度(mm)；Hmin支架最小高度(mm)；Mmax最大采高(mm)：Mmin最小采高(mm)Mmax=KSM(Mmin=/CS2Mc式中Mc煤层平均厚度；KsKS1煤层厚度上、下波动系数，一般取Ks1=l.11.3,KS2=0.80.90o对于中厚煤层支架，按下式肯定支架高度，即：Hinax=Mmax+(200300)Hmin=Mmin(300400)对于薄煤层支架，则按下式肯定支架高度，即Hmax=Mmax+(100200)Hmin=Mmin一(150250)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，靠得住性降低。综合以上分析咱们在设计进程中取Hmax=2600mm.Hmin=1200mmo支架的伸缩比指其最大与最小高度之比即：m=Hrn.Hn由于液压支架的利用寿命较厂，并可能被安装在不同采高的采煤工作而，所以，支架应具有较大的伸缩比。在采用双伸缩立柱时，垛式支架的伸缩比为：支撑式支架为：掩护式支架可达3,一殷范围是至，煤层较薄时选大值。m=Hm/Hn=2600/1200=符合掩护式支架的伸缩比范围。(2)中心距和宽度的肯定支架中心距一般等于工作而一节溜槽长度。目前国内外液压支架中心距大部份采用1.5m0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m。支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的肯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行程170200皿。当支架中心距为m时，最小宽度一般1400-1430mm,最大宽度一般15701620mH当支架中心距为）11时，最小宽度一般16501680mm,最大宽度一般18501880m当支架中心距为m时，若是带有活动侧护板，最小宽度一般11501180mm,最大宽度一般13201350mm：若是不带活动侧护板，则宽度一般取11501200mm.（3）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+nC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：每架所包括的组架或框架数，整体自移式支架n=l,整体慢慢式支架n=2,节式组合迈步支架11=支架节数。支架间距b主要按照支架型式，但目前主要按照刮板运输机油槽节长度及槽帮上千斤顶连接的位置来肯定，目前我国刮板运输机油槽每节长度为1.5m,千斤顶连接位置在刮板槽中间，所以除日式和迈步式支架外，支架间距一般为L5m,此处恰取1500mm（4）四连杆机构的设计四连杆机构的几何作图法肯定掩护梁上钦点至顶梁梁面之距和后连杆下钦点至底座底面之距取掩护梁上钦点至顶梁梁而之距为100mm,取后连杆下钦点至底座底面之距为100mm.掩护梁和后连杆的长度的肯定用解析法来肯定掩护梁和后连杆的长度，如下图所示其中G-掩护梁长度：A-后连杆长度：L2-e点引垂线到后连杆下钦点之距；Hi-一支架最高位置时的计算高度：H2-一支架最低位置时的计算高度。按照四连杆机构的几何特征，初选P1=56。，Q1=78。，P2=26,Q=26,由图所示的几何关系可以列出如下两式：GcosPiAcosQiGcosP2AcosQ2=L2联立以上两式可得：AcosP2-cosPtG1COS02COsOi将以上各值代入可得A/G二一般A/G的比值按以下范围来取：掩护式支架A/G二；故A/G取适合，支架最高位置时的计算高度为：Hi=GsinPi+AsinQj将A/G二代入上式中可得G=1791,A=918,取整后G=1800,A=920：Pl仍取56,从头计算后可得：Q1=78，P2=26,Q=26四连杆机构设计的几何作图法按如下步骤进行。一、肯定掩护梁上钦点至顶梁顶面之距和后连杆下钦点至底座至底面之距。按类比法肯定掩护梁上钦点至顶梁顶面之距和连杆下钦点至底座至底面之距均为lOOmmo2.掩护梁和后连杆长度的肯定用解析法来肯定掩护梁和后连杆的长度，如下图所示。设：G掩护梁长度，A后连杆长度，L2-e点引垂线到后连杆下钦点之距，H1-一支架最高位置时的计算高度，H2-支架最低位置时的计算高度。（1）肯定后连杆下钦点0点的位置，使它大体比底座底面略高200250mm（或类比同类型支架肯定）。（2）过0点作与底座面平行的水平HH线。（3）过0点作与H-H线的夹角为Q1的斜线。（4）在此斜线上截获线段。a,oa长度等于A,a点即为后连杆与掩护梁的钦点。（5）过a点作与HH线有夹角al的斜线，以a点为圆心，以G为半径作弧交此斜线一点，此点为掩护梁与顶梁的钦点。（6）过e点作HH线的平行线FF线，则H-H线与F-F线的距离为Hi,为液压支架最高位置时的计算高度。（7）以a点为圆心，以（）G长度为半径作弧，在掩护梁上交一点b,为前连杆上校点的位置。（8）过e点作FF线的垂线（以为液压支架由高到底转变时，e点在此直线上滑动）。（9）在垂线上作液压支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的钦点e；（10）取ee某一点，e为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁的钦点（液压支架由高到低转变时，顶梁前端点运动轨迹为近似双纽线，中间这一点的位置直接影响顶梁前端运动轨迹的形状、转变宽度等）。（11）以0点