中厚煤层支撑掩护式液压支架设计.docx

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1、1支撑掩护式液压支架概述液压支架是在摩擦支柱和单体液压支柱等基础上发展起来的工作面机械化支护设备，支架与滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、转载机及胶带输送机等组成一个有机的整体，实现了采、支、运等主要工序的综合机械化采煤工艺，从而使长壁采煤技术迈入了一个新的阶段。液压支架能可靠而有效的支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，防止砰石窜入工作面，保证作业空间，并且可以够随着工作面的推进而机械化移动，不断的将采煤机和输送机推向煤壁，从而满足工作面高产、高效和安全生产的要求。液压支架的总重量和初期投资费用占工作面整套综采设备的60%70%左右，因此液压支架是现代采煤技术中的关键设备之一。1.1 液压支架的用途

2、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，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是一高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。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。1.2 液压支架的

3、工作原理液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。这些动作是利用乳化液泵站提供的高压液体，通过液压控制不同功能的液压缸来完成的。每架支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统，如图11所示，其中液控单向阀和安全阀设在架内，操纵阀可设在本架或邻架内，前者为本架操作，后者为邻架操作。1.2.1支架升降支架的升降依靠立柱2的伸缩来实现，其工作过程如下：1、初撑操纵阀8处于升柱位置，由泵站输送来的高压液体经液控单向阀6进入立柱的下腔，同时立柱的上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板。当顶梁接触顶板，立柱下腔的压力达到泵站的工作压力后，操纵阀置于中位，液控单向阀6关闭，从而立柱下

4、腔液体被封闭，这就是支架的初撑阶段。图1一1液压支架工作原理1一顶梁2立柱3一输送机4一安全阀5液控单向阀6,7一操纵阀8乳化液泵9一推移液压缸10一底座11一后连杆12一前连杆13掩护梁2、承载支架初撑后，进入承载阶段。随着顶板的缓慢下沉，顶板对支架的压力不断增加，立柱下腔被封闭的液体压力将随之迅速升高，液压支架受到弹性压缩，并由于立柱缸壁的弹性变形而使缸径产生弹性扩张，这一过程就是支架的增阻过程。当下腔液体的压力超过安全阀5的动作压力时，高压液体经安全阀5泻出，立柱下缩，直至立柱下腔的液体压力小于安全阀的动作压力时，安全阀关闭，停止泄液，从而使立柱工作阻力保持恒定，这就是恒阻过程。此时，支

5、架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。3、卸载当操纵阀8处于降架位置时，高压液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀6,立柱下腔排液，于是立柱卸载下降。Ptcti,t2图1一2液压支架工作特性曲线由以上分析可以看出，支架工作时的支撑力变化可分为三个阶段，如图1一2,即：开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段/,初撑后至安全阀开启前的增阻阶段,以及安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段与，这就是液压支架的阻力一时间特性。它表明液压支架在低于额定工作阻力下工届时，具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用，在达到额定工作阻力时，具有恒阻性；为使支架恒定在此最大支撑力，又具有可缩性，即

6、支架在保持恒定工作阻力下，能随顶板下沉而下缩。增阻性主要取决于液控单向立柱的密封性能，恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现，因此安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。1. 2.2支架移动和推移输送机支架和输送机的前移，由底座3上的推移液压缸4来完成。需要移架时，先降柱卸载，然后通过操纵阀使高压液体进入推移液压缸4的活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁。需要推移输送机时，支架支撑顶板，高压液体进入推移活塞缸4的活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。1.3液压支架的分类液压支架按结构形式划分，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类

7、。1、支撑式支架支撑式支架利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。其特点是：立柱多，支撑力大，切顶性能好；顶梁长，通风断面大，适用于中等稳定以上的顶板。支撑式支架有垛式和节式之分。(1)节式：节式支架由24个框架组成，用导向机构互相联系，交替前进，(2)垛式:整个支架为一整体结构，整体移动，通常有46根立柱，可以支撑坚硬与极坚硬的顶板。T-Ta垛式b节式图13支撑式支架2、掩护式支架掩护式支架利用立柱、短顶梁支撑顶板，利用掩护梁来防止岩石落入工作面。其特点是：立柱少，切顶能力弱；顶梁短，控顶距小；由前后连杆和底座较接构成的四连杆机构使抗水平力的能力增强，立柱不受横向力；而且使板前端的运动轨迹

8、为近似平行于煤壁的双纽线，梁端距变化小；架间通过侧护板密封，掩护性能好；调高范围大，适用于松散破碎的不稳定或中等稳定的顶板。图14掩护式支架3、支撑掩护式支架(a)支顶型支撑掩护式(b)混合型支撑掩护式图1一5支撑掩护式液压支架支撑掩护式支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和防护作用，适于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。根据使用条件，支撑掩护式支架的前、后排立柱可前倾或后倾，倾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架适用于薄煤层。1.4液压支架的组成液压支架由以下六个主要部分组成：顶梁、底座、立柱、掩护梁、活动侧护板、推移机构、操纵控制系统图16支架组成结构1护帮板2

9、护帮千斤顶3前梁4顶梁5、6立柱7掩护梁8后连杆9前连杆10底座11推移装置1.4.1 顶梁用途：1、用于支撑维护控顶区的顶板；2、承受顶板的压力；3、将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。要求：1、顶梁应有足够的强度，即使在接触应力分布不均匀的情况下也不致被压坏;2、顶梁应有足够的刚度，以承受扭力；3、顶梁对顶板的覆盖率高；4、顶梁能适应顶板的起伏变化。1.4.2 底座用途：1、为支架的其他结构件和工作机构提供安设的基础；2、与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构；3、将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。要求：1、底座应有足够的强度和刚度；2、底座对底板的起伏变化适应性好；

10、3、底座与底板的接触面积大，以减小底座对底板的接触比压，避免支架陷入底板；4、底座应有足够的地方来安设立柱、推移装置以及液压控制装置；5、底座要能把落入支架内的碎砰排弃到老塘中。1. 4.3立柱用途：1、支撑顶梁，承受载荷的作用；2、调节支架的高度，使支架的高度满足工作面的要求；3、立柱设置有大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载较大。1.4.4掩护梁用途：1 .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；2 .掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩；3 .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砰能力。4 .4.5活动侧

11、护板用途：1、消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止冒落的砰石进入支护空间；2、作为支架移架过程中的导向板；3、防止支架降落后倾倒；4、调整支架的间距。1.4 .6连杆前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分共同组成四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定。其四连杆机构的作用：1、通过四连杆机构，使支架顶梁端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使用使支架前端头离煤距离大大减小，提高了管理顶板性能；2、能承受较大的水平力。L4.7操纵控制系统液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀以实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸（立柱和千

12、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系统。对于液压支架的操纵控制系统传动装置，应具有以下基本要求：采用结构比较简单，设备外形尺寸小，能远距离的传送大的能量；能承受较大载荷；没有复杂的传动机构；在爆炸危险和含尘的空气里保证安全工作；动作迅速；操作调节简单；过载及损坏保护简单。容积式液压传动可最大限度的满足这些要求，因此，所有液压支架均采用这种传动。1.5 液压支架的设计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求，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（简称综采工作面）。而每个综采

13、工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需求量是很大的。由于不同采煤工作面的顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层的物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸液压支架。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。1.2.2 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，以便有效的控制顶板，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

14、煤层厚度而定，薄煤层一般为IoOKN150KN,中厚煤层一般为150KN250KN,厚煤层一般为300KN400KN。3 .防砰性能要好。4 .排砰性能要好。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值。9 .要求支架有足够的刚度，能够承受一定的不均匀载荷。10 .在满足强度条件下，尽可能减轻支架的重量。11 .要易于拆卸，结构简单。12 .液压元件要可靠。1.2.3 设计液压支架必需的基本参数1 .顶板条件

15、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，验算通风断面。4 .底板岩性和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 .煤层倾角根据煤层倾角，决定是够选用防滑防倒装置。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。1. 5.4坚硬顶板的液压支架设计坚硬顶板工作面顶板不易冒落，直接顶或基本顶悬顶时间长。一但冒落，瞬间顶板压力显著增大，支架立柱安全阀来不及释放，立柱可能遭破坏。因此，对坚硬顶板液压支架设计的要求是：1、根据直接顶和基本顶的岩性、分类级别、截高及配套设备，确定支护强度和工作阻力，支架要有足够切顶能力。2、应尽量减小掩护梁长度，增大掩护梁与水平夹角，减小掩护梁在水平线上的投影长度。如有的支架在低位状态时，掩护梁与垂线夹角仍有30左右，相当于一般支架在高位状态时的掩护梁夹角。如果在工作高度时，掩护梁大部分都能被顶梁所遮盖