液压支架基本理论液压支架的选型、总体设计、主要零部件的设计、校核及液压系统的设计.doc

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1、山东科技大学学士学位论文摘 要本论文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、校核及液压系统的设计。支架采用四连杆机构，改善支架的受力状况，缩小支架升降过程中顶梁前端前后移动的距离。支架除要实现有效地对顶板进行支撑，还要实现升、降、推、移四个步骤。根据设计原始数据，本文主要对掩护式支架进行分析，此支架为两柱掩护式支架，四连杆机构，整体稳定性好 。整体结构强度高，调架范围大，有双行人通道。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。支架后部要另设置运输机，以运输放顶煤，提高了产煤量。顶梁、掩护梁、底座都做成箱体结构，用

2、钢板焊接而成。液压系统采用三位四通阀进行控制，提高了移架速度，确保对顶板的及时支护。关键词：掩护式液压支架;四连杆;整体顶梁;掩护梁;立柱AbstractThe article mainly elaborate the hydraulic pressure support design for top-caving . Includes: the selection of hydraulic pressure support form, system design, main spar part design and examination of hydraulic system design

3、. The support uses four link motion gears, improves the support the stress condition, reduces the support to rise and fall the distance which in the process front end the top-beam around moves. The support eliminates must realize effectively carries on the strut to the roof, but also must realize ri

4、ses, to fall, to push, moves four steps. The column uses the list expansion and contraction hydraulic cylinder, front end has lengthens the pole, satisfies the support to be lowest and time the highest position high request. Behind the support must establish the transport aircraft in addition, trans

5、ports puts goes against the coal, enhanced has produced the coal amount. The top-beam, shields Lang, the foundation all makes the packed in a box body structure, becomes with the steel plate welding. The hydraulic system uses three tubing crosses valves to carry on the control, enhanced moved a spee

6、d, the supported and ensure the roof to be supported betimes.Keywords : Shield powered hydraulic support; support upright four-link mechanism; Integral roof beam; Shield beam; Intensity legs目 录第一章 绪论11.1 液压支架的国内外研究现状11.1.1 国外支架技术发展水平及应用11.1.2 国产支架技术发展水平及应用11.1.3 发展趋势21.2 背景意义31.3 液压支架的操作要求41.3.1 一般规

7、定41.3.2 准备、检查与处理51.3.3 操作及其注意事项5第二章 液压支架基本理论62.1 液压支架的组成和分类62.1.1 液压支架的组成62.1.2 液压支架的分类82.2 液压支架的工作原理102.3 液压支架的支护方式142.4 支架的基本设计参数142.4.1 对液压支架的基本要求142.4.2 液压支架设计参数15第三章 液压支架的总体设计163.1 液压支架的选型163.2 液压支架参数的确定183.2.1支护强度和工作阻力183.2.2 初撑力193.2.3 移架力与推溜力193.2.4 支架调高范围193.2.5 中心距和宽度的确定213.2.6 底座宽度213.3 采

8、煤机、液压支架和输送机的配套213.4 四连杆机构设计233.4.1 四连杆机构的作用233.4.2 用优选设计法设计四连杆机构243.5 顶梁尺寸和覆盖率343.5.1 顶梁长度的确定343.5.2 顶梁支护面积的确定343.5.3 支架顶梁对支护面积的覆盖率353.5.4 立柱柱窝位置的确定353.5.4 平衡千斤顶位置的确定383.6 支架的整体受力分析443.6.1 受力分析计算443.6.2 支护强度计算493.6.3 底座比压的计算493.6.4 支架支护效率50第四章 支架主要部件的设计504.1 液压支架主要部件的设计要求504.2 顶梁514.3 掩护梁524.4 立柱设计5

9、34.4.2 预算缸筒内径和缸壁厚度554.5 底座574.5.1底座长度574.5.2 底座宽度574.6 连杆584.7 千斤顶584.7.1 千斤顶型式5864.7.2 千斤顶的结构58第五章 主要零部件的强度校核605.1 校核的基本要求605.2 顶梁强度校核615.2.1顶梁受力情况615.2.2顶梁强度计算635.3 掩护梁强度校核645.3.1 掩护梁受力情况645.3.2 掩护梁强度计算655.4 底座强度校核665.4.1 底座受力情况665.4.2 底座强度校核675.5 销轴和耳座的强度校核685.5.1 耳座的校核：685.5.2 销轴的强度校核69第六章 液压系统的

10、设计706.1 液压系统的作用及特点706.2 液压系统的工作机构716.3 控制系统72第七章 液压支架仿真767.1 基本概念767.2系统仿真的应用767.2.1 从局部阶段仿真到全生命周期仿真767.2.2液压支架仿真分析777.3运动仿真结果分析78第八章 技术经济分析79第九章 总结80参考文献81第一章 绪论1.1 液压支架的国内外研究现状1.1.1 国外支架技术发展水平及应用20世纪80年代以来，世界主要采煤国家积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的新一代重型液压支架的研制。两柱掩护式液压支架普遍采用电液控制，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径

11、超过400 mm。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力4050 MPa，额定流量400500 Lmin，可实现工作面成组或成排快速移架，移架速度68 s架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架，使用寿命810 a，可用率95 98 。支架平均工作阻力6470 kN(最大为9800 kN)，支架宽度普遍增大，中心距达到1.75m，并向2 m 发展。增大架宽，有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。国外支架目前最大支护高度为6.0 nl，仅有2套试用过，目前已不再使用，工作阻力在7 00012 000 kN，支架

12、单架降、移、升循环时间小于10 s，寿命试验最高达50000次。1.1.2 国产支架技术发展水平及应用两柱掩护式液压支架架型相对简单，易于实现电液控制，2001年开始，国内首先在薄煤层液压支架上采用电液控制技术，代表产品有郑煤机为晋城煤业集团研制的ZY4400/9/21型薄煤层刨煤机工作面电液控制液压支架。2002年起，郑州煤矿机械集团公司等企业在引进先进技术的基础上，研制了国产首套5.5 m大采高液压支架，最高日产25000 t。2005年起，研发厚煤层一次采全高超高（6.0m以上）液压支架，解决了大采高液压支架稳定性、防片帮等关键技术，为晋城煤业集团研制了世界上首套高度超过6.0 m（支护

13、高度6.2 m）的液压支架。2007年再创纪录，为神华集团研制的目前世界上最高的ZY10800/28/63液压支架，支护高度6.3 m，支架综采工作面可实现年产量1000万t以上。2007年，支护高度达到6.5 in的液压支架样机已经产出。目前，正在研制7 m高的液压支架。长期以来，两柱掩护式液压支架的应用局限于低工作阻力、破碎顶板煤层的开采。近年来，随着对国外先进技术的引进、消化和吸收，两柱掩护式液压支架的研究和使用有了较快的发展，工作阻力大大提高，适应的地质条件范围也日益广泛。 （1）缓倾斜厚煤层一次采全高支架。ZY系列大采高支架支护高度2.86.5m工作阻力3000 15000 kN。支

14、架结构特点：各铰接孔间隙小，制造精度高，支架稳定性好，支架侧推力大，充分考虑防倒防滑，有调架机构，有两级护帮机构，最大护帮高度达到2.8 m。部分支架采用整体顶梁带伸缩梁，能及时支护和防片帮，多为本架操作。代表性产品主要有世界首套支护高度超过6 m的ZY9400/28/62支架和目前中国神华在用的支护高度6.3In的ZY10800/28/63液压支架。（2）缓倾斜薄煤层液压支架。缓倾斜薄煤层液压支架适应倾角为。的煤层。由于薄煤层支架对其空间有严格要求，所以整体顶梁尽可能薄且较长；推杆中长；支架前部有宽度不小于500 mm 的过人空间，从而保证行人安全；邻架操作，适应煤层厚度在0.552.10

15、m；采用刚性分体底座，有利于排浮煤。支架采用PM4电液控制系统，配套国产400 L/min大流量双供液系统。主要代表性产品有ZY4400/9/21薄煤层支架和ZY2600/8.5/17薄煤层支架等。1.1.3 发展趋势两柱掩护式液压支架经过40多年的发展，取得了显著成绩。未来几年，我国ZY系列液压支架将向技术含量高、钢板强度高、移架速度快（68 s/架）和研发具有自主知识产权的电液控制系统方向努力。另外，将普遍采用额定压力为40 MPa、额定流量为400 L/min的高压大流量乳化液泵站，以适应快速移架的需要。系统采用环形或双向供液，保证支架有足够的压力达到初撑力，保证支架接顶位置准确。对有破

16、碎带和断层的工作面将加大支架的移架力，尽量采用整体可靠推杆和抬底座机构，并减少千斤顶的数量。ZY两柱掩护式液压支架的比重将大大增加，缸径将增至500 mm，最大支护阻力超过16800 kN，最大支护高度6.57.0 ITI。目前，两柱掩护式液压支架正在向设计模块化、操作自动化、监测可视化的方向发展。煤炭是我国重要的基础能源和原料，在国民经济中具有重要的战略地位。在我国一次能源结构中，煤炭将长期是我国的主要能源。采煤是获取煤炭资源的途径，要求采煤过程安全化、便捷化。液压支架的出现有效解决了安全问题，而且有助于采煤过程实现机械化，降低员工劳动强度，提高劳动生产率。大幅度增加煤炭产量、提高经济效益必

17、要采用综合机械化采煤的方法。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采煤工作面。液压支架是矿井综采设备中最重要的设备之一。液压支架的工作原理是利用液压原理支撑工作面顶板，并隔离采空区，从而防止矸石进入采煤工作面影响工人和机器工作。它与采煤机配套使用，实现综合采煤机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。不同工作面条件需要不同型号的液压支架，所以液压支架的研究和设计具有重要意义。我国液压支架在设计、制造和使用方面已积累近20年的实践经验，总的看来偏

18、重于架型结构的研究工作，并投入较大的科研力量，但对于液压系统及液压元件的开发工作尚处在比较薄弱的状态。为了使我国液压支架能眵打入国际市场，就必须在液压系统和液压元件方面重视开发工作，尤其是元件的更新换代，提高使用寿命和可靠性，改进管路布置减少压力损失和提高移架速度等各方面加以重视才能达到国际先进技术水平，以争取在国际市场竞争中占有一席之地。1.2 背景意义 煤炭是我国重要的基础能源和原料，在国民经济中具有重要的战略地位。在我国一次能源结构中，煤炭将长期是我国的主要能源。采煤是获取煤炭资源的途径，要求采煤过程安全化、便捷化。液压支架的出现有效解决了安全问题，而且有助于采煤过程实现机械化，降低员工

19、劳动强度，提高劳动生产率。大幅度增加煤炭产量、提高经济效益必要采用综合机械化采煤的方法。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采煤工作面。液压支架是矿井综采设备中最重要的设备之一。液压支架的工作原理是利用液压原理支撑工作面顶板，并隔离采空区，从而防止矸石进入采煤工作面影响工人和机器工作。它与采煤机配套使用，实现综合采煤机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。不同工作面条件需要不同型号的液压支架，所以液压支架的研究和设计具有重要意义。我国液压支

20、架在设计、制造和使用方面已积累近20年的实践经验，总的看来偏重于架型结构的研究工作，并投入较大的科研力量，但对于液压系统及液压元件的开发工作尚处在比较薄弱的状态。为了使我国液压支架能眵打入国际市场，就必须在液压系统和液压元件方面重视开发工作，尤其是元件的更新换代，提高使用寿命和可靠性，改进管路布置减少压力损失和提高移架速度等各方面加以重视才能达到国际先进技术水平，以争取在国际市场竞争中占有一席之地。1.3 液压支架的操作要求1.3.1 一般规定第1条 液压支架工必须熟悉液压支架的性能及构造原理和液压控制系统，通晓本操作规程，能够按 完好标准维护保养液压支架，懂得顶板管理方法和本工作面作业规程，

21、经培训考试合格并持证上岗。第2条 液压支架工要与采煤机司机密切合作。移架时如支架与采煤机距离超过作业规程规定，应要求停止采煤机。第3条 掌握好支架的合理高度：最大支撑高度应小于支架设计最大高度的0.1米，最小支撑高度应大于支架设计最小高度的0.2米。当工作面实际采高不符合上述规定时，应报告班长并采取措施后再 移架。支架内各立柱机械加长段伸出长度应一致，其活柱行程保证支架不被“压死”。第4条 支架所用的阀组、立柱、千斤顶，均不准在井下拆 检，可整 体更换。更换前尽可能将缸体缩到最短，接头处要及时装上防尘帽。第5条 备用的各种液压软管、阀组、液压缸、管接头等必须用专和堵 头堵塞，更换时用乳化液清洗

22、干净。第6条 更换胶管和阀组液压件时，只准在“无压”状态下进行，而且不准将高压出口对人。第7条 不准随意拆除和调整支架上的安全阀。第8条 液压支架工操作时要掌握八项操作要领，做到快、匀、够、正、直、稳、严、净， 即：（1）各种操作要快；（2）移架速度要均匀；（3）移架步距要符合作业规程规定；（4）支架位置要正，不咬架；（5）各组支架排成一直线；（6）支架、刮板输送机要平稳牢靠；（7）顶梁与顶板接触要严密不留空隙；（8）煤、矸、煤尘要清理干净。1.3.2 准备、检查与处理第9条 准备：（1）工具：扳子、钳子、螺丝刀、套管、小锤、手把等；（2）备品配件；U形销、高 低压 密封圈、高低压管、常用接头

23、、弯管等 。第10条 检查：（1）检查支架前端、架间有无冒顶、片帮的危险；（2）检查支架有无歪斜、倒架、咬架，架间距离是否符合规定，顶梁与顶板接触是否严密，支架是否成一直线或甩关摆 尾，顶梁与掩护梁工作状态是否正常等；（3）检查结构件：顶梁、掩护梁、侧护板、千斤顶、立柱、推移杆、底座箱等是否开焊、断裂、变形，有无联结脱落，螺钉是否松动、压卡、扭歪等；（4）检查液压件：高低压胶管有无损伤、挤压、扭曲、拉紧、破皮断裂，阀组有无滴漏，操作手把是否齐全、灵活可靠、 置 于中间停止位置，管接头有无断裂，是否缺U形销子。（5）千斤顶与支架、刮板输送机的联接是否牢固（严禁软联接）；（6）检查电缆槽（挡煤板）

24、有无变形，槽内的电缆、水管、照明线、 通讯线敷设是否良好，挡煤板、铲煤板与联接是否牢固，溜槽口是否 平整，采煤机能否顺利通过；（7）照明灯、信号闭锁、洒水喷雾装置是否齐全、灵活可靠；（8）支架有无严重漏液卸载现象，有无立柱伸缩受阻使前梁不接顶现象；（9）铺网工作面， 网铺的质量是否影响 移架，联网铁丝接头能否伤人；（10）坡度较大的工作面，端头的三组端头支架及刮板输送机防滑锚固装置是否符合质量要求。第11条 处理：（1）顶板及煤帮存在问题，应及时向班长汇报或支架工用自行车顶或超前撅顶等办法处理；（2）支架有可能歪架、倒架、咬架而影响顶板管理的，应准备必要的调架千斤顶、短节锚链或单体支柱等，以备

25、下一步移架时调整校正；（3）更换、处理液压系统中损坏的软管、插牢U形销；（4）清理支架前及两 侧的障碍物，将管、线、通讯 设施吊挂、绑扎整齐；（5）和班长、电钳工等积极处理上述存在问题，不得带“病”强行移架。1.3.3 操作及其注意事项第12条 正常移架操作顺序：（1）收回伸缩梁、护帮板、侧护板；（2）操作前探梁回转千斤顶，使前探梁降低，躲开前面的障碍物；（3）降柱使 主顶梁略离顶板；（4）当支架可移动时立即停止降柱，使支架移至规定步距；（5）调架使推移千斤顶与刮板输送机保持垂直，支架不歪斜，中心线符合规定，全工作面支架排成直线；（6）升柱同时调整平衡千斤顶，使主顶梁与顶板严密接触约3-5秒，

26、以保证达到初撑力；（7）伸出伸缩梁使护帮板顶住煤壁，伸出侧护板使其紧靠相邻下方支架；（8）将各操作手把扳到“零”位。第13条 空巷、顶板破碎带及压力大时的移架操作顺序：（1）按照过断层、空巷、顶板破碎带及压力大时有关安全技术措施进行立即护顶或预先支护，尽量缩短顶板暴露时间及缩小顶板暴露面积；（2）一般采用“带压移架”即同时打开降柱及移架手把，及时调整降柱手把，使破碎矸石没向采空区，移架到规定步距后立即升柱；（3）过断层时，应按作业规程规定严格控制采高，防止压死支架；（4）过下分层巷道或溜煤眼时，除超前支护外，必须确认下层空巷、溜煤眼已充实后方准移架，以防通过时下塌造成事故；（5）移架按正常移架

27、顺序进行第二章 液压支架基本理论2.1 液压支架的组成和分类2.1.1 液压支架的组成液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备3。液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系“般分为三大类，即支撑式、掩护式（图2.1）和支撑掩护式（图2.2）综合各种类型液压支架的结构它的组成可归结为承载结构件、动力油缸、控制操纵元件、辅助装置和工作液体五部分。：图2.1 掩护式液压支架结构 图2.2 支撑掩护式液压支架结构（1）承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。1

28、.顶梁：直接与顶板（包括镁锭、分层假顶等）相接触，并承受顶板岩石载荷的支架部件叫顶梁。它也为支柱、掩护梁和挡矸装置等提供连接点。顶梁除整体结构形式外，一般由若干段组成，接它对顶板的支护作用和位置，可分为主梁、前梁和尾梁。如果顶梁在前后支柱间铰接也可称为前梁和后梁。2.掩护梁上部直接于顶梁铰接，下部直接或简接（通过连杆机构）与底座铰接。3.底座：直接和底板（包括分层煤底等）相接触，传递顶板压力到底板的支架部件叫底座。底座除为支柱、掩护梁提供连接点外，还要安设千斤顶等部件。（2）液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。1.支柱：支架上凡是支撑在顶梁（或掩护梁）

29、和底座只间，直接和间接承受顶板载荷的主要油缸叫支柱。支柱是支架的主要承载部件，支架的支撑力和支撑高度，主要取决于支柱的结构和性能。2.千斤顶：支架上除支柱以外的各种油缸都叫千斤顶，如前梁千斤顶、推移千斤顶、调架千斤顶，还有平衡、复位、侧推和护帮千斤顶，完成着推移运输机、移设支架和支架（3）控制操纵元件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。（4）辅助装置，如推移装置、护帮（或挑梁）装置、伸缩梁（或插板）装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置4。（5）

30、工作液体：这时传递泵站能量，使液压支架能有效工作的工作介质。液压支架的工作液体是乳化液。2.1.2 液压支架的分类按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，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所有位置的支架5。一、中间液压支架按支架和围岩的相互作用，液压支架可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类1）支撑式支架（a）垛式支架 （b）节式支架图2.3 支撑式支架结构形式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（图2.3 a）和节式支架（图2.3 b）两种结构型式

31、。垛式支架每架为一整体，与输送机连接并互为支点整体前移。节式支架由个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移，输送机用于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 m左右；立柱多，一般是根，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6。支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，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

32、顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。此种支架在现阶段的综采工作面的生产时都已基本不再采用。2）掩护式支架掩护式支架如图2.1所示，其主要由前梁、主梁、掩护梁和侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、推移千斤顶、操纵阀等组成7。它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空间，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与顶梁或直接作用与顶梁上。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

33、动侧护板，可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为3.0 mm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或中等稳定、老顶周期来压不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。3）支撑掩护式支架支撑掩护式支架如图2.2所示，其主要由防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、立柱等组成。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，

34、它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。此种支架的优点是：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。它的缺点是：结构复杂，成本较高。支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾或后倾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，两排立柱都是直接支撑在顶梁上，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（如图2.3）。4）特种液压支架特种液压支架是为了满足某些特殊的要求而发展起来的液压支架，在结构形式上仍属于以上某种液压支架。包括放顶煤支架等8。二、按移动方式，液压支架可分为整体自移式和迈进式两类。（一）整体自移式：支架成整体结构，因而整体移动

35、。掩护式，和部分支撑式支架，均采用这种移架方式。（二）迈进式：迈进式支架又可分为交互前移式和提步前移式两种。1.交互前移式支架，是利用主副架护为着力点交互推拉前移的方式，架间安装推移千斤顶和导向装置。一般节式支架常用这种移架方式。2.提步前移式支架，是采取顶梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，苏2M-81型支撑掩护式支架，移架时沿着支撑柱顶板的临架顶梁推移。还有一种是滑行顶梁式支架，移架时本架顶梁在内部滑移。2.2 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，这些动作是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实现完成的，如图2.4所示。1）升柱当需要

36、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，推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁接触顶板。2）降柱当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。1-顶梁 2-立柱 3-底座 4-推移千斤顶 5-安全阀 6-液控单向阀 7、8-操纵阀 9-输送机 10-乳化液泵 11-主供液管 12-主回液管图2.4 液压支架工作原理3）支架和输送机前移支架和运输机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时，先降柱卸载，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；当需要推运输机时，支架支撑顶

37、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，是活塞杆伸出，把运输机推向煤壁。支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图2.5所示。支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段：-初撑阶段；-增阻阶段；-恒阻阶段；-初撑力；-工作阻力9。（a）初撑阶段支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起使顶梁接触顶板，立柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的夜控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段，此时支架对顶板的支撑力为初撑力。支撑式支架的初撑力为 （）式中，-支架立柱的缸径，；-泵站的工作压力，；-支架立柱的数量。由上式可知，

38、支架初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。一般采用提高泵站工作压力的办法来提高初撑力，以免立柱的缸径过大。图2.5 支架的工作特性曲线（b）承载增阻阶段支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直到增加到支架的安全阀调正压力，立柱下腔压力达到工作阻力。此阶段为增阻阶段。支架初撑后，随顶板的下沉，支柱活塞腔被封闭的油液受到压缩，油液压力继续升高，呈现承载增阻状态。这时由于支柱缸径增大，油液被压缩而体积缩小，即使乳化液没有任何漏损，安全阀并未动作卸载，支柱总长度也降缩短。这个缩短量可用

39、下式计算：式中：支柱由初撑力起到达工作阻力时，支柱内压力得增值（公斤/l厘米2）乳化液的体积压缩系数，近似取水的压缩系数0.0000475支柱内壁压缩液柱的高度（厘米）钢材的弹性系数（公斤/l厘米2）刚才的泊松比 0.28D支柱缸体外径（厘米）d支柱缸体内径（厘米）这个缩短量是有弹性的，如果作用在支柱上的载荷，反过来从工作阻力减小到初撑力时，支柱仍会恢复到原来的长度。因此，这个支柱长度上的缩短量，称为支柱的弹性可缩量。根据开滦局井下实测，在各种不同的初撑力、工作阻力喝才高的情况下，MZ-1928型支柱的弹性可缩量在610mm范围内。这个弹性可缩量会使支柱工作还未达到工作阻力之前，就造成顶板的下

40、沉，有可能使岩石离层，对顶板管理是不利的。经试验证明，减小支柱的弹性可缩量，对改善顶板管理起着重要的作用。具体措施是，使用高压乳化液泵，提高支柱初撑力；改善单向阀的质量，要能及时关闭也路；注意操作方法，使支柱下腔尽可能达到泵站的工作压力（c）恒阻阶段随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架的安全阀压力调正值时，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整之后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限制下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段。此时支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。支撑式支架的工作组力为： （）式中

41、，-支架立柱的缸径，；-支架安全阀的调定压力，；-支架立柱的数量。支架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。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。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，常用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 （）式中，支架的工作阻力，；支架的支护面积，。2.3 液压支架的支护方式综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。3个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的3种支护方式10，从而决定

42、工作面“三机”的不同配套关系。1）即时支护般循环方式为：割煤移架推溜，工作面“三机”的配套关系。即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。2）滞后支护一般循环方式为：割煤推溜移架。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板。3）复合支护般循环方式为：割煤支架伸出伸缩梁推溜收伸缩梁移架。复合支护的特点是：支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。2.4 支架的基本设计参数2.4.1 对液压支架的基本要求1）满足采煤工艺及地质条件的要

43、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）压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为，中厚煤层一般为，厚煤层一般为。3）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，能够承受一定得不均匀载荷和冲击载荷。10）满足强度条件下，尽可能的减轻支架重量。11）要易于拆卸，结构要简单。12）液

44、压元件要可靠。2.4.2 液压支架设计参数1）顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。给定参数：老顶I级，直接顶1级。2）最大和最小采高根据最大最小采高，确定支架的最大最小高度，以及支架的支护强度。给定煤层厚度:。3）瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。给定条件：瓦斯等级1级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）煤层倾角根据煤层倾角，决定是否选用防倒防滑装置。给定条件：煤层倾角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）配套尺寸据配套尺寸及支护方式来计算定量长度。第三

45、章 液压支架的总体设计3.1 液压支架的选型正确选择液压支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。在具体选择架型时，首先要考虑煤层的顶板条件。液压支架选型原则：液压支架选型必须考虑的地质和采矿条件：1、直接顶稳定性类型；2、基本顶级别及相应矿压显现参数（初次和周期来压步距，来压时载荷，直接顶厚度）；3、底板类别及相应的力学参数（容许载荷强度，抗压缩刚度）；4、截高，煤层强度，节理方向，煤层厚度变化等；5、煤层倾角和工作面推进方向 ；6、瓦斯等级和必须的通风断面等。选型顺序：1、根据直接顶、基本顶、底板类型初步选定基本架型；2、考虑上述

46、因素选定具体结构，包括顶梁、底座侧护结构等；3、根据地质条件和矿压显现参数，计算支架必需的支护强度和相应的额定工作阻力；4、考虑顶底板含水层条件，验算支架对底板比压或载荷强度；5、验算通风断面、风流、风速等。如果瓦斯涌出量较大，避免用插底式支架。如表3.1所示为根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件下适用的架型，它是选择支架的主要依据11。表3.1 国内外液压支架老顶级别IIIIIIIV直接顶级别12312312344支架类型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式掩护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支撑式采高小于2.5m时支撑掩护式采高大于2.5m时支架支护强度采高12340.2940.34（0.245）0.44（0.343）0.53（0.441）1.30.2941.30.343（0.245）1.30.441（0.343）1.30.539（0.441）1.60.2941.60.3431.60.4411.60.53920.29420.34320.44120