支撑及支撑掩护式液压支架总体设计及主要部件设计完整版(编辑修改稿)

支撑及支撑掩护式液压支架总体设计及主要部件设计完整版(编辑修改稿)内容摘要：

角式防滑装置的防滑千斤顶安装在排头支架的底座下侧，同千斤顶相连的圆环链通过导链筒与第三架底座后部的铰接座相连。 当排头架降 架后，收缩防滑千斤顶，即可将排头架底座后部往倾斜上方调整。 底调式防滑装置是将相邻支架的底座通过十字连接头与底调千斤顶相连，利用千斤华北科学院毕业设计（论文） 15 顶的推拉力防止底座下滑，并可调整架间距离。 底推式防滑装置一般安设在底座的后下侧，由底推千斤顶和推杆组成，同邻架底座不连接，支架降架后，推出防滑千斤顶，顶往下方支架的底座，便可将本架底座上调，由于推底座的后部，效果较好，得到广泛应用，大多用于工作面支架。 所以选用底推式防滑装置。 掩 护梁和底座的连接型式 掩护梁与底座的连接，经历了一个发展过程。 起初，掩护梁与底座用单铰点 连接，这时，立 柱 伸缩，顶梁铰接点的轨迹为圆弧形；顶梁端部距煤 壁 的距离，通常称为梁端距，变动甚大，过大的梁端距，会使近煤缝处的顶板冒落，影响安全生产，过小的梁端距，易发 生 采煤机 割 顶梁的事故。 因此，必须控制梁端距的变化。 为解决此问题，先后采用了伸缩掩护梁 、 伸缩顶梁 、 改变掩护粱与底座的铰接点位置和四连杆机构。 实践证明，用四连杆机构的连接方式优点较多，故为现代掩护式液压支架和 支 撑掩护式液压支架所广泛采用。 立 柱的结构 立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，它除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外 ，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，结构要简单，并能适应支架的工作要求。 立柱 由缸体、活塞、缸口和活塞杆等组成。 缸体是立柱的承压部件，一般用 27SiMn无缝钢管制成。 缸体内表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度，一般用镗滚压复合加工缸体内表面；活塞是立柱的关键元件，对它的主要要求是保证密封性能良好，运动表面能承受外力的冲击。 活柱和活塞杆是立柱传递机械力的重要零件，它要能承受压力和弯曲等载荷作用，必须耐磨和耐腐蚀，可用 27SiMn 无缝钢管或 45号钢制成。 活柱和活塞杆与导向套的配合精度为 89H/f ，表面粗糙为。 为了防止在矿井条件下表面生锈和腐蚀，表面要镀铬，并要注意保护，防止外部硬伤。 缸口是缸体与活柱或活塞杆接触的部位，它装有密封圈、导向套和缸盖等主要零件。 缸盖和缸体相连接，保证环形腔密封和承压。 导向套为活柱和活塞杆导向。 导向套与活塞杆表面既要紧密接触又要动作灵活，同时要承受活塞杆形成的横向载荷。 导向套的材料通常为聚甲醛或铜合金。 华北科学院毕业设计（论文） 16 导向套内表面与活塞杆的配合精度一般采用 99H/f ，粗糙度不低于。 立柱的结构型式如图。 图 立柱的结构型式 （ 1） 单伸缩双作用立柱（图 a）只有一级行程，伸缩比一般为 左右。 这类立柱结构简单、调整高度方面，缺点是跳高范围小。 （ 2） 单伸缩机械加长段立柱（图 b）总行程为液压行程 l1 与机械行程 l2 之和。 这类立柱的调高范围较大，可在较大范围内适应煤层厚度 的变化。 但机械行程只能在地面根据煤层的最大厚度调定。 这种立柱造价比双伸缩立柱低，应用广泛。 所以选用此种立柱。 为需要增加支架最大高度时，可以先拆下四根立柱中对角线上的两根立柱上机械加长杆的卡环，操作支架升柱，支架顶梁升起，带动机械加长杆从立柱中拔出，当达到所调高度时，再把这两根机械加长杆的卡环固定。 把支架降至原来高度，拆下另两根机械加长杆的卡环，用同样的方法使这两根机械加长杆达到与前两根相同的高度为止。 华北科学院毕业设计（论文） 17 （ 3） 双伸缩双作用立柱（图 c）两级行程都有液压力操纵，总行程为 l1 + l2 ，可在较大范围内适应煤层厚度的变化，而且可在井下随时调节，其伸缩比 可 达 3。 但这类立柱造价高、结构复杂。 千斤顶 千斤顶是完成支架及其各部位动作、承载的主要元件。 大多属于单伸缩双作用，活塞式液压缸。 按用途分，有推移千斤顶、前梁千斤顶、 侧推千斤顶、平衡千斤顶、护帮千斤顶、复位千斤顶、调架千斤顶、防倒千斤顶和防滑千斤顶等。 千斤顶和立柱都是活塞式动力油缸，因此其工作原理、基本组成以及对零部件的要求等大体相同。 但是，与立柱相比，千斤顶仍有一些区 别，如：立柱受力大，一般承载力 800～ 2800KN；千斤顶受力小，一般为 100～ 1000KN。 立柱压力高，一般为 30～ 60MPa。 立柱最长约为 4m 左右；千斤顶最大长度一般为 2m左右。 立柱主要承载推力，拉力较小，拉推力相差较大，而千斤顶推拉力均有要求，一般相差不大，有时还要求拉力大于推力。 华北科学院毕业设计（论文） 18 第 3 章 液压支架的选型原则 从液压支架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、由于直接顶类别和基本顶级别的不同，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。 从前面受力分析得知，液压支架的架型选择，主要取决于顶板条件和地质条件，结合各类支架的不同性能和特点，选择一种较为合理的架型。 下面简要介绍影响架型选 择的因素和如何有针对性地进行架型选 择。 1)煤层厚度 (1)厚度超过 ，不宜用 支 撑式液压支架。 (2)厚度不超过 时，需要选择带有护帮装置的掩护式或支撑掩护式液压支 架。 (3)煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大 、带有机械加长杆或双伸缩立柱的掩护式液压支 架。 (4)假顶分层开采，应选用掩 护 式液压支架。 2)煤层倾角 (1)倾角在 10 15  (支撑式液压支架取下限， 掩护式和支撑掩护式液压支架 取上限 )以上时，应选用带有防滑装置的液压支架 (2)倾角在 18 以上时，应选用同时带防滑防倒装置的液压支架。 3)底板强度 (1)验算比压，应使支架底座对底板的比压不超过底板的 允 许比压。 (2)为了移架容易，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《煤矿安全规程》第一百零五条的要 求，并选用通 风断面较大的 支 撑式或支撑掩护式液压支架。 华北科学院毕业设计（论文） 19 5)地质构造 断层十分 复杂 ，煤层厚度变化过大 ，顶板的允许暴露面积和时间在 5— 8 2m 和 20mm以 下时，暂不 宜 使用综采。 6)设备成本 在同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。 支撑式液压支架最便宜，其次是掩护式液压支架，最贵为支撑掩护式液压支架。 液压支架架型的选择，主要取决于液压支架的力学特性能否适应矿井的顶底板条件和地质条件。 具体选择可根据原煤炭部 (81)煤科字第 429 号文件关于试用《缓倾斜煤层工作面顶板分类》来选取，架型选样过程如下： (1)确定基本顶级别和直接顶类别： ①基本顶级别的确定。 基本顶级别按基本顶来压强弱来划分。 基本顶来压强弱取决于垮落带岩 石 对采空区充满程度 N(N为直接顶厚度 M与采高 h之比 )和基本顶初次来压步距／ pL 通常按 N 和 pL ，把基本顶分为四级．见表。 表 基本顶级别 注： N应根据采煤工作 面所在位置的地质柱状图中 M和 h来计算 pL 可根据现场实测或矿压显现特征确定 ② 直接顶类别按表。 华北科学院毕业设计（论文） 20 表 直接顶类别 表中 1D 按下式计算： 1 1 2D cc 式中  ： 岩备单向抗压强度 ； 1c ： 节理裂隙影响系数 2c ： 分层厚度影响系数 1c ： 按所测 量 的节理裂隙间距 l查表。 表 节理裂隙间距表 2c 可按所测得的分层厚度 xH 查表 得到。 表 分层厚度表 (2)支架架型和支护强度的确定。 按表 根据基本顶级别和直接顶类别来确定支架架型，再根据基本顶级别和采高确定支 护 强度。 支护强度被定义为单位支 护面积的支护阻力 (或叫支架的工作阻力 )。 华北科学院毕业设计（论文） 21 表 支架架型确定参数 注 ：。 ， ， 2为增压 系数。 采高为最大采高。 支撑式液压支架的支 撑 力分布与承 载 的关系及适用范围 1)支撑式液压支架的特点和支撑力的分布 支撑式液压支架的特点是顶梁较长，控顶距较大，立柱呈直立布置，而且一般都位于顶梁的后半部。 因此，支撑力也相应集中在控顶区的后半部，以阻止上部岩层的移动，实现切顶。 而在煤壁附 近的主要工作空间的顶板，则处于无立柱支撑状态，仅靠支撑力较小的前梁来维护。 故支架的工作阻力在控顶区范围内很不均匀，其预想的支撑力分布规律如图。 图 支撑式液压支架支撑力分布图 华北科学院毕业设计（论文） 22 2)支撑式液压支架在不同顶板条件下的承载分析 (1)支撑式液压支架在中硬以上稳定顶板的受力情况，如图。 一般来说，支架顶梁承受的顶板压力可视为由两部分组成，其一是直接顶作用在支 架 上的压力 1Q ；其二为基本顶通过直接顶间接地作用在支架上的压力 2Q。 开始，支架只承受直接顶压力 1Q ，作用点近似位于支架顶梁中部，它相当于均布载荷。 周期来压时，断裂带 (亦称裂隙带 )下沉，其一 端 通过直接顶间接地作用在支架顶梁上，另一端落 在 冒 落岩石上。 作用在支架上的压力为 2Q ，作用点位于支架顶梁后部，相当于三角形载荷分布。 支架承受载荷 1Q 和 2Q ，使 支架顶梁后部受力大，同时底板对底座后部的反作用力也大。 由于支撑式液压支架前梁无立柱，支撑力小，顶梁后部有 立柱 ，支撑力大，所以这种液压支架能适应中硬以上稳定顶板的条件。 图 支撑式液压支架在中硬以上稳定顶板的受力情况 (2)支撑式液压支架在破碎不稳定顶板条件 下 的受 力情况，如图。 由于支撑式液压支架顶梁较长，在支架重复支撑过程中 (假设顶梁长为 4m，支架每前进一次为，则支架顶梁对顶板的重复支撑次数为 6— 7次 )，使直接顶破碎冒落，支架顶梁后部出现空顶，使顶板压力前移，合力为 3Q ，作用点靠近前柱，顶梁载荷呈阶梯状分布，出现支架顶梁前部支撑能力小而载荷大、支架后部支撑能力大而载荷小的受力状态。 同时，底板对底座后部的反作用力也小。 所以 支 撑式液压支架不能适应破碎不稳定顶板。 华北科学院毕业设计（论文） 23 图 支撑式液压支架在破碎不稳定顶板条件下的受力情况 掩护式液压支架的支 撑 力分布与承 载 的关系及适用范围 1)掩护式液压支架的特点和支撑力分布 掩护式液压支架的特点是顶梁较短，控顶距较小，支撑力主要集中在顶梁部位，且分布较均匀，顶梁 端 部的支撑能力比支撑式液压支架大 ，其支撑力的分布规律如图 所示。 图 掩护式液压支架支撑力分布图 2)掩护式液压支架在不同顶板条件下的承载分折 (1)掩护式液压支架在破碎不稳定顶板条件下的受力情况： 顶梁受力：由于支架顶梁短 ， 使支架重复支撑次数少，所以顶板较完整。 顶板作用在 顶 梁上的为合力 3Q ，裁荷分布如图 所示。 掩护梁受力：由于顶板破碎，在顶梁华北科学院毕业设计（论文） 24 后部自由冒落岩石的一部分作用在掩 护 梁上，对掩护梁的作用力可以分解为垂直分力和水平分力，如图。 掩护式液压支架虽然立 柱 少，支 撑力较小，但由于顶梁短，单位面积支撑力大，裁荷分布与支架支撑力的作用部位基本一致。 所以，此种支架能在破碎不稳定顶板下工作。 图 (2)掩 护 式液压支架在中等稳定以 上 顶板的受力情况。 掩护式液压支架由于立柱少，且呈 倾斜布置，支撑力较小，切顶性较差．受力情况如图 所示。 直 接顶冒落时．冒落岩 石 分别作用在顶梁上和掩护梁上。 周期来压时． 由于 顶梁后部顶板不能充分切断。 基本顶压力将由整个支架和采空区垮落岩 石承担 ，或者 有 可能在切顶时，基本顶直接加压在掩护梁上，这就使掩 护梁上载荷剧增，迫使顶粱 支 撑力减少，使支架难以承受顶板的压力 和 控制顶板的 冒 落。 所以，此种支架不能在 中 等稳定以 上 顶板下工作。 图 华北科学院毕业设计（论文） 25 支撑 掩 护式液压支架的支撑力分布与 承 载的关系及适用范围 支撑掩护式液压支架是为了改善支撑式液压支架和掩护式液压支架的性能和对顶板的适应性而设计的。 主体部分接近垛 式 ，支架后部有四连杆机构和掩护梁，增强了支架的稳定性和防护性，提高了支架的支撑力和承载能力 ， 所以、此种支架介于以上两种支架之间，提高了适用范围，适用于顶板较坚硬、顶 扳压力较大或顶板破碎的各种煤层，其受力状况如图。 图 支撑掩护式液压支架的支撑力分布图 华北科学院毕业设计（论文） 26 第 4 章 液压支架的结构尺寸设计 （ 1） 顶板条件。 根据基本顶和直接顶的分类。 （ 2） 最大和最小采高。 根据最大和最小 采 高 ，来确定支架的 最大和最小高度。 （ 3） 瓦斯等级。 根据瓦斯等级，按《煤矿安全规程》第一百 零 五条规定断面。 （ 4） 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。 (5)煤层倾角。 根据煤层倾角，决定。