礦用自移式液壓支架液壓裝置設計
礦用自移式液壓支架液壓裝置設計,液壓,支架,裝置,設計
畢業(yè)設計（論文）中期報告
題目：礦用自移式液壓支架液壓裝置設計
·
1 設計（論文）進展狀況。
1.1 通過查閱書籍資料，進行相關參數(shù)的選擇和計算。
通過查閱相關資料了解到掩護式液壓支架組成結構.液壓裝置.液壓支架工作參數(shù)和設計型號以及各結構的作用設計理論，搞清楚液壓支架液壓裝置的工作原理，確定液壓系統(tǒng)的設計。
根據(jù)煤層厚度，設計液壓支架裝置和液壓系統(tǒng)。
結合相關計算方法，對相關設計進行計算。
1.1.1 液壓支架的設計要求和基本參數(shù)
液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100kN～150kN，中厚煤層一般為150kN至250kN，厚煤層一般為300kN～400kN。
a. 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護強度。
支架的最大高度
Hm=3.2m
支架最小高度
Hn=1.4m
支架伸縮比為：m=2.3
根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。
當煤層為軟煤時，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤時，支架最大采高一般≤3.5m；硬煤時，支架最大采高＜5m. 煤層傾角＜10°時，支架可不設防倒防滑裝置；15°～25°時，排頭支架應設防滑裝置，工作面中部輸送機設防滑裝置；＞25°時，排頭支架應設防倒防滑裝置，工作面中部支架設底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機設防滑裝置。
b. 支架間距
支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離，按下式計算
式中 —支架間距（支架中心距）
—每架支架頂梁總寬度
—相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙
—每架所包含的組架或框架數(shù)
取=1500mm，=150mm,=1則
=1500+150×1=1650mm
c. 底座長度
底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設計支架底座的長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性。通常，掩護式支架的底座長度取3.5倍的移架步距（一個移架步距為0.6m）。即2.1m左右。因此，取底座長度為2899 m。
1.1.2 各部件結構選擇
液壓支架各個部件的結構形式與工作面的頂?shù)装鍡l件和支架結構形式有關，選擇時根據(jù)支架的結構和工作面頂?shù)装鍡l件，對各個部件的結構進行分析，最后擇優(yōu)選擇。
頂梁是與頂板直接接觸的構件，除滿足一定的剛度和強度要求外，還要保證支護頂板的需要，如：有足夠的頂板覆蓋率；同時要求適應頂板的不平衡性，避免因局部應力而引起損壞。
底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。因此，底座除了滿足一定的剛度和強度外，還要求對底板起伏不平的適應性要強，對底板接觸比壓小，要有足夠的空間能安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置，要便于人員行走；能起一定的擋矸排矸作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性。
立柱是支架的承壓構件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強度，良好的密封性能，結構要簡單，并能適應支架的工作要求。
1.2 液壓裝置液壓系統(tǒng)的選擇
液壓支架不僅需要有良好的結構以適應所工作的煤層地質(zhì)條件，而且還要配備完善而可靠的液壓系統(tǒng)及液壓元件來實現(xiàn)支架的優(yōu)良工作性能。液壓支架的液壓系統(tǒng)屬于泵缸開式系統(tǒng)。動力源是乳化液泵，執(zhí)行元件是各種液壓缸。系統(tǒng)回液流入乳化液箱，然后由泵吸入并增壓，經(jīng)各種控制元件供給各個液壓缸，。乳化液泵站通常安裝在工作面下順槽，可隨工作面一起向前推進。泵站通過沿工作面全長敷設的主供液管和主回液管，向各個支架供給高壓乳化液，接收低壓回液。工作面中每個支架的液壓控制回路多數(shù)完全相同，通過截止閥連接與主管路，相對獨立。其中任一支架發(fā)生故障進行檢修時，可關閉該架與主管路連接的截止閥，不會影響其他支架工作。
1.2.1支架液壓閥
液壓支架的液壓控制系統(tǒng)中所使用的控制元件有兩大類：壓力控制閥和方向控制閥。壓力控制閥主要有安全閥，方向控制閥主要有液控單向閥、操縱閥和液控分配換向閥等。
a.液控單向閥
夜控單向閥在支架液壓系統(tǒng)中主要用來閉鎖液壓缸中的液體，使之承載。它是大多數(shù)支架立柱必不可少的控制元件之一。
對液控單向閥的要求：
密封可靠，特別是鎖緊立柱下腔液路的液控單向閥，需長時間保持絕對密封；動作靈敏，尤其要求關閉及時，保證剛剛鎖緊的液壓缸中的壓強等于泵站供液壓強；
流動阻力小；
工作壽命長，能保證工作面推進800～1000米不需要更換；結構簡單。
支架常用的液控單向閥按其密封副形勢可分為平面密封型、錐面密封型和球面密封型。
b.安全閥
安全閥可以防止支架的主要承載結構件過負荷，確保頂板巖層在不高于規(guī)定的工作阻力作用下沉降。
對立柱安全閥的要求：關閉時必須完全封閉；
能夠穩(wěn)定溢流的溢流量范圍大，在頂板緩慢下沉時的微小流量(30～40mL/min以下) 工況下，啟閉壓強差不大于整定壓強的5～10%，以保證支架的恒阻性。在頂板急劇下沉的大流量(30~50mL/min)工況下，被封閉的液體壓強升高值不大于整定壓強的25%。
c.操縱閥
在支架液壓控制系統(tǒng)中用來使液壓缸換向，實現(xiàn)支架各個動作的手動換向閥，習慣上稱為操縱閥。按壓力液通過操縱閥后的用途不同，可分為全流量操縱閥和先導液壓操縱閥。
1.3 液壓支架和液壓系統(tǒng)的選擇
根據(jù)相關資料對液壓系統(tǒng)和設計進行了選擇和設計
1.4 進行了部分結構的零件圖繪制。（完成了液壓系統(tǒng)和整體草圖的繪制）
1.5 完成外文資料翻譯。（后附）
2 存在問題及解決措施
存在問題：①掩護式液壓支架各部件及相關計算還得繼續(xù)細化。
②頂梁立柱結構部件的計算存在問題。
③液壓支架液壓裝置系統(tǒng)圖的調(diào)試，驗算方面還沒有做完。
④裝配圖的繪制及各個零件圖的繪制。
解決措施：所有存在的問題都需要尋找相關文獻和資料進行相關的選取與計算，來進行解決。
3 后期工作安排
3.1完成液壓支架裝配圖，并完成所有各個部件零件圖的繪制工作。
3.2完成零件的設計計算并進行相關校核計算，撰寫畢業(yè)論文。
指導教師簽字：
年 月 日
注：1. 正文：宋體小四號字，行距20磅；標題：加粗 宋體四號字
2. 中期報告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊。
畢業(yè)設計(論文)開題報告
題目：礦用自移式液壓支架液壓裝置設計
開題報告填寫要求
1．開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成。
2．開題報告內(nèi)容必須按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）填寫并打?。ń勾蛴≡谄渌埳虾蠹糍N），完成后應及時交給指導教師審閱。
3．開題報告字數(shù)應在1500字以上，參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊，其中外文文獻至少3篇），文中引用參考文獻處應標出文獻序號，“參考文獻”應按附件中《參考文獻“注釋格式”》的要求書寫。
4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯數(shù)字書寫，例：“2008年11月26日”。
1 畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關研究情況）
1.1 題目背景
礦用采煤工作面煤炭生產(chǎn)過程中 ，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項工作的正常運行，必須對頂板進行支護 。而液壓支架是高壓液體為動力，由液壓元件與金屬構件組成支護控制頂板的設備，它能實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作，實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快，安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤組成綜合機械化采煤設備，它的應用對增架采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率，降低成本 ，減輕工人體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此液壓支架是技術上先進， 經(jīng)濟合理，安全上可靠、是實現(xiàn)采煤綜合機械自動化不可缺少的主要設備。
液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結構件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設備，能實現(xiàn)支撐、降落移架和推移運輸機等一整套工序。液壓支架技術上先進，經(jīng)濟上合理，安全上可靠，當前世界各國都在不斷地提高采煤工作面的綜合機械化水平。
綜合機械化采煤過程中，液壓支架擔當著極其重要的角色，其主要功能不僅用于支撐管理頂板，隔離采空區(qū)，維護采煤作業(yè)空間，并能自行前移，推進采煤工作面輸送機和采煤機。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關鍵因素之一。另外，合理的選用采煤設備并結合先進的采煤工藝，可解決采煤工作面的采煤支護運輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)之間的矛盾，可有效地提高工效增加成本減少損耗保護生產(chǎn)人員和設備的安全，以及減輕笨重的體力勞動，可為煤礦獲得很高的經(jīng)濟效益。
支架液壓系統(tǒng)由乳化液泵站、主進、主回液膠管、各種液壓元件、立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。支架操縱方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。由乳化液泵站輸出的高壓乳化液經(jīng)主進液管 支架進液截止閥過濾器操縱閥立柱或各千斤頂架液截止閥 主回液膠管乳化液泵站。
1.2 研究意義
液壓支架是綜合機械化礦用的關鍵設備，對于提高采煤效率，降低成本，改善作業(yè)環(huán)境，減少笨重的體力勞動具有舉足輕重的作用。液壓支架以高壓液壓作為動力，由液壓元件與金屬構件組成的支護和控制頂板的設備。這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強烈的周期來壓，瓦斯含量較大中厚或厚煤層中，液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設備適應礦井和工作面的條件，投產(chǎn)后能做到高產(chǎn)、高效、安全、并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井煤層、地質(zhì)、技術和設備條件進行選擇。液壓支架作為煤礦長壁綜采工作面的關鍵設備，近年來得了迅速地發(fā)展，它與綜采系統(tǒng)中的“三機”（ 刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機）配合使用，是煤礦開采技術現(xiàn)代化的重要標志。液壓支架是綜采工作面主要設備之一，近10年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱支撐掩護式架型發(fā)展，架型結構進一步完善，設計方法更先進，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(1．75m、2m)發(fā)展，結構件材料越來越多地采用高強度鋼材，支架的壽命和可靠性大大提高。
1.3 國內(nèi)外相關研究情況
于1964年開始研制液壓支架，到目前已經(jīng)取得可較好的效果。國內(nèi)目前大部分支架的可進口支架工作面開機率達到90%以上，日產(chǎn)達到了30000t，年產(chǎn)達到10Mt，支架大修周期為產(chǎn)煤15Mt以上。而我國目前綜采工作面開機率平均為50%左右。支架大修周期為產(chǎn)煤量在4～5Mt左右。
自1954年英國裝備了世界上第一個液壓支架工作面開始，采煤技術實現(xiàn)了綜合機械化。綜合機械化。就是工作面采煤、運輸和支護三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是現(xiàn)機械化。也就是說，采用滾筒式或刨削式等采煤機械落煤與裝煤；工作面重型可彎曲運輸機，以及與之適應的順槽轉(zhuǎn)載機和可伸縮皮帶運輸機等運煤；自移式液壓支架支護和管理頂板。這幾種設備相互配合，組成了綜合機械化采煤設備。1974年以來，從西德、英國、蘇聯(lián)和波蘭等國引進了許多不同類型的液壓支架。實踐證明，液壓支架具有強度高、支護性能好、移設速度快、安全可靠等優(yōu)點，能使采煤工作面達到高產(chǎn)量、高回采率和高工效，能大大減輕勞動強度，降低成本和掘進率，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。
液壓支架的發(fā)展趨勢：
提高支架的可靠性，另外加大支架的中心距也是必然趨勢；二柱支架將是主導架型，目前我國的四柱支架要比二支柱支架數(shù)量多，相比較而言二柱支架具有明顯的優(yōu)勢；采用大采高支架；
電液控制系統(tǒng)是液壓支架發(fā)展的方向。此次設計的是經(jīng)濟性掩護自移式液壓支架液壓裝置的系統(tǒng)設計。液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。
2 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1 液壓支架的總體設計
2.1.1 液壓支架的選型
按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。
目前使用的液壓支架在分三類即：支撐式、掩護式和支撐掩護式支架。
a. 支撐式支架
支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式。（如圖2.1）前梁較長，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復位裝置來保證。因此底座堅固定，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板，維護工作空間。頂板巖三石則在頂梁后部切斷垮落。利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點是：立柱多，支撐力大，切頂性能好；頂梁長，通風斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。
a.垛式 b.節(jié)式
圖2.1 支撐式支架的架型[16]
b. 支撐掩護式支架
支撐掩護式支架架型主要用：四柱支在頂梁上（如圖2.2所示）；二柱支在頂梁（如圖1-5，c所示）一柱或二柱支在掩護梁上。支柱兩排，每排1-2根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側，裝有掩護梁和四連桿機構。它的支撐力大，切頂性能好，防護性能好，結構穩(wěn)定，但結構復雜，重量大，價貴，不便于運輸。這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強烈的周期來壓，瓦斯儲量較大的中厚或厚煤層中。
a.四柱平行支在頂梁上支架 b.四柱交叉支在頂梁兩柱在掩護梁上支架
c.兩柱在頂梁兩柱支在掩護梁上支架
圖2.2 支撐掩護式支架架型[16]
c. 掩護式支架
掩護式支架有插腿式和非插腿式兩種型式。如圖2.3所示頂梁較短，對頂板的作用力均勻；結構穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運動的能力強；防護性能好調(diào)高范圍大，對煤層厚度變化適應性強；但整架工作阻力小，通風阻力大，工作空間小。掩護式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護梁來防止巖石落入工作面。其特點是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距??；由前后連桿和底座鉸接構成的四連桿機構使抗水平力的能力增強，立柱不受橫向力；而且使板前端的運動軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化??；架間通過側護板密封，掩護性能好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)
a.插腿式支架 b.立柱支在掩護梁上非插腿式支架 c.立柱支在頂梁上非插腿式支架
圖2.3 掩護式支架選型[16]
2.1.2 自移式液壓支架的工作原理
液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液作為動力，由液壓操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，液壓油缸和金屬構件組成。來自泵站的高壓乳化液，經(jīng)主進液管送到工作面，并與每架支架的進液截止閥相連導入支架，再經(jīng)過組合操縱閥配液到各液壓缸，以完成支架所需的各項動作。從支架回流的低壓乳化液通過組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環(huán)使用。自移式液壓支架依靠推移千斤頂一端連接在支架底座上，一端與刮板輸送機連接。采煤機割煤過后，支架處于掩護狀態(tài)時，推移油缸開始推移，將刮板機向煤壁推，到位后固定刮板機。支架立柱收縮，處于不支護狀態(tài)，推移油缸收縮，將支架向前拉，到位后，支架開始支撐。若頂板破碎，可以帶壓移架。
液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。
(1) 升柱
當需要支架上升支護頂板時，高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。
(2) 降柱
當需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。
(3) 支架和輸送機前移
支架和輸送機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成。當需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂對活塞桿腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當需要推輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。
支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結構件的強度及撐在支架頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當頂板壓力超過立柱安全閥限定壓力時，安全閥開啟釋放出立柱中的液體進行讓壓，當頂板壓力下降到立柱工作阻力時，安全閥關閉進行保壓承載。
液壓支架對頂?shù)淖饔眠^程主要取決于流體靜力學原理工作的立柱工作過程。
2.1.3擬定液壓系統(tǒng)
本支架的液壓系統(tǒng)，由乳化液泵站，主進，主回液膠管，各種液壓元件，立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。液壓系統(tǒng)原理：本支架操作方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。
本支架液壓系統(tǒng)所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比濃度為5％，使用乳化液應注意以下幾點：
定期檢查濃度，濃度過高增加成本，濃度太低，可能造成液壓元件銹蝕，影響液壓元件的密封和使用壽命，防止污染定期清理乳化液箱和支架過濾器。
防凍：乳化液的凝固點為零下三度左右，與水一樣也具有凍結膨脹性，乳化液受凍后，不但體積膨脹 ，穩(wěn)定性也受影響，乳化液地面配制和冬季運輸時要注意防凍。 3 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作
了解礦用液壓支架設計歷史發(fā)展，國內(nèi)外研究，支架選型分類。
在整體設計時，重要尺寸選擇用到了優(yōu)化設計法，體現(xiàn)經(jīng)濟性要求。）掌握液壓支架液壓支架的工作原理，液壓支架的工作過程，液壓支架主要組成及液壓支架如何自移。液壓支架主要結構件及其作用液壓系統(tǒng)及其控制元件。設計出液壓支架的總體布置，確定液壓支架的液壓支架的整體結構尺寸設計。
液壓支架的結構，類型，工作原理，特點，液壓支架的維護和管理，及其常見的故障及排除方法。前期確定液壓支架的選型，熟悉掌握液壓支架的工作原理和工作過程。設計液壓支架的大體結構，尺寸參數(shù)。液壓支架主要結構件及其作用，液壓支架的整體結構尺寸的設計，液壓支架的總體布置。大概理清頭緒設計液壓系統(tǒng)及其控制元件閥體類，擬定液壓系統(tǒng)。
4 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）
第1-2周：選題：礦用液壓支架液壓裝置設計。收集與課題相關資料、文獻，期刊，所需軟件的了解與準備；
第3-4周：通過文獻閱讀，了解液壓設計支架液壓裝置發(fā)展現(xiàn)狀，對比液壓支架的設計方案，初 步形成經(jīng)濟可用的課題設計思路與方案。確定經(jīng)濟型掩護式自移式液壓支架液壓裝置的設計，初期確定液壓支架的總體設計，液壓支架高度的設計，液壓支架主要結構件及其作用，液壓支架的整體結構尺寸設計。大概理清頭緒設計液壓系統(tǒng)及其控制元件閥體類，擬定液壓系統(tǒng)。
第5-6周：掩護式自移式液壓設計支架液壓裝置工作原理思路的明確、設計方案與框架確定；
第7-10周：完成液壓支架的傳動裝置的液壓站，液壓缸，液壓支架等關鍵裝置的設計，完成中期 報告；
第9-11周：主要零件圖繪制經(jīng)濟性掩護式液壓支架裝配圖，液壓系統(tǒng)圖，重要支架類零件圖；
第12-13周：完成論文撰寫與裝訂和圖紙的打?。?
第14周：送論文評閱，準備答辯；
第15周：論文答辯。
5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導教師： 年 月 日
6 所在系審查意見：
系主管領導： 年 月 日
注：1） 正文：宋體小四號字，行距20磅,單面打?。黄渌袷脚c畢業(yè)論文格式要求相同。
2） 開題報告由各系歸集中歸檔保存；
3） 開題報告引用參考文獻注釋格式可參照附錄E“畢業(yè)設計（論文）參考文獻樣式”執(zhí)行。不進入正文，可以作為附件放在開題報告后面。
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本科畢業(yè)設計（論文）
題目：礦用自移式液壓支架液壓裝置設計
礦用自移式液壓支架液壓裝置設計
摘要
掩護式支架液壓裝置作為上世紀70年代初剛出現(xiàn)的產(chǎn)品，其顯著特征是在頂梁末端和底座之間附加有掩護梁。掩護梁一般是傾斜的，鉸接在頂梁和底座之間。從運動學講，它是穩(wěn)定的，這是掩護式支架最優(yōu)于框式支架和垛式支架的一點，掩護梁也完全封閉了采空區(qū)，從而能夠防止破碎頂板巖石掉入支撐工作面。因此，一般來說，掩護式支架的支撐工作面是較清潔的。
本文主要介紹了：液壓支架的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢；液壓支架的組成、作用和分類；液壓支架的液壓控制系統(tǒng)；液壓支架設計的一般步驟；液壓支架的操縱、維護、故障分析及處理等。在液壓支架的設計過程中，著重對頂梁、底座和立柱進行了分析和設計，同時對液壓支架的液壓系統(tǒng)進行了介紹。根據(jù)其常見失效形式、影響因素及基本設計要求，給出了重要結構件的受力分析、強度和剛度的設計方法。對立柱和平衡千斤頂進行了強度和穩(wěn)定性效核。
關鍵詞：液壓支架；ZY3200；掩護式；結構設計；采煤機械
Mine Since Moving Type Hydraulic Support Hydraulic Design
Abstract
Stand cover of the last century as the early 1970s emerging products, the notable features of the top beam between the terminal and the base of attaching a shield. Cover is generally inclined beams, the hinged roof beams and between the base. Kinematics from the speakers, it is stable, which is the optimal shield in the box-stent and the stent Crib 1:00, Leung also cover is closed goaf, so as to prevent the rock into the broken roof support Face. Therefore, in general, cover Stand Face the support of the cleaner.
This paper describes : hydraulic supports the development process and development trends; Hydraulic support the composition, role and classification; hydraulic supports the hydraulic control system; hydraulic supports the general design steps; hydraulic supports manipulation, maintenance, Fault analysis and processing. In ZY3200-hydraulic support the design process, focusing on the top beam and column base and the analysis and design Meanwhile hydraulic supports the right hydraulic system was introduced. According to their common failure mode, influencing factors and basic design requirements, is an important structure the force. Strength and stiffness of the design method. Column right balance between Jack and the strength and stability of nuclear efficiency.
Key Words : Hydraulic Support; ZY3200; Shield;Structural Design; Mechanical
目 錄
1 緒論 1
1.1液壓支架的用途 1
1.2液壓支架的工作原理 1
1.3設計事項 2
1.3.1設計目的 2
1.3.2設計液壓支架必需的基本參數(shù) 2
1.4液壓支架的組成 3
1.5液壓支架的主要結構件及其用途 3
1.5.1頂梁 3
1.5.2底座 3
1.5.3掩護梁 4
1.5.4活動側護板 4
1.5.5連桿 4
1.6液壓支架的液壓系統(tǒng) 4
1.6.1液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求 4
1.6.2液壓支架的液壓傳動特點 4
2液壓支架的結構設計 6
2.1液壓支架的主要尺寸的確定 6
2.1.1支架高度和伸縮比 6
2.1.2支架間距 6
2.1.3底座長度 6
2.1.4 頂梁長度的確定 7
2.1.5立柱布置 8
2.2各部件結構選擇 8
2.2.1頂梁 8
2.2.2 底座 9
2.2.3 立柱 10
2.2.4 推移裝置 11
2.2.5護幫千斤頂 13
2.2.6掩護梁 13
2.2.7前、后連桿. 13
2.3液壓支架的主要技術參數(shù) 14
3 液壓系統(tǒng) 15
3.1立柱和千斤頂 16
3.2支架液壓閥 17
3.2.1液控單向閥 17
3.2.2安全閥 17
3.2.4液壓支架液壓閥的密封技術分析 18
3.3液壓支架液壓原理圖 18
3.4液壓支架的控制方式 19
3.4.1手動控制 19
3.4.2 自動控制 19
3.5液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、保養(yǎng) 20
3.5.1安裝： 20
3.5.2調(diào)試 25
3.5.3保養(yǎng) 25
4 液壓支架的立柱參數(shù)確定 27
4.1 液壓支架的支護性能與外載荷 27
4.2液壓支架基本技術參數(shù)的確定 27
4.2.1支護面積 27
4.2.2支護強度 27
4.2.3 確定立柱的技術參數(shù) 27
4.2.4立柱的初撐力 28
5液壓支架的強度條件 29
5.1 強度條件 29
5.2 液壓支架的強度校核 30
5.2.1立柱缸體強度校核 30
結論 33
參考文獻 34
致謝 35
II
1 緒論
1.1液壓支架的用途
在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。而液壓支架是一高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構件組成的支護和控制頂板的設備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤機組成綜合機械化采煤設備，它的應用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術上先進、經(jīng)濟上合理、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設備[1]。
1.2液壓支架的工作原理
液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。
a. 升柱
液壓支架移至新的工作位置后，應及時升柱，以支撐新暴露的頂板。將
操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開供液閥，高壓液體由主進液管進入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，頂開閥球經(jīng)油管進入支柱活塞腔，支柱活塞桿腔的油液，經(jīng)油
管和操縱閥流回主回液管，活柱和頂梁升起，支撐頂板[2]。
37
b. 降柱
當旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開供液閥時，高壓液體由主液管經(jīng)操
縱閥和油管，進入支柱活塞桿腔，同時也進入液控單向閥的控制管路，打開
液控單向閥，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液
管，支柱卸載下降。當需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板[3]。
c. 支架和輸送機前移
支架和輸送機的前移，都是由于底座上的推移千斤頂來完成的。當需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當需要輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液體進入推移千斤頂活塞腔，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。
1- 頂梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤頂；5-安全閥；6-液控單向閥；
7、8-操縱閥；9-輸送機；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管
圖1.1 液壓支架工作原理圖
1.3設計事項
1.3.1設計目的
為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100kN～150kN，中厚煤層一般為150kN至250kN，厚煤層一般為300kN～400kN。防矸性能要好。排矸性能要好。要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械?。調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。在滿足強度條件下，盡可能減輕支架的重量。要易于拆卸，結構簡單。液壓元件要可靠[4]。
1.3.2設計液壓支架必需的基本參數(shù)
a．頂板條件
根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進行選型。
b．最大和最小采高
根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護強度。
c．瓦斯等級
根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風斷面。
d．底板巖性和小時涌水量
根據(jù)底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。
e．工作面煤壁條件
根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。
f．煤層傾角
根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。
g．井筒罐籠尺寸
根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。
h．配套尺
根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。
1.4液壓支架的組成
液壓支架由以下六個主要部分組成：
a. 頂梁
b. 立柱
c. 掩護梁和擋矸簾
d. 底座
e. 推移機構
f. 操縱控制系統(tǒng)
1.5液壓支架的主要結構件及其用途
1.5.1頂梁
用于支撐維護控頂區(qū)的頂板。承受頂板的壓力。將頂板載荷通過立柱、掩護梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板[5]。
1.5.2底座
為支架的其他結構件和工作機構提供安設的基礎。與前后連桿和掩護梁一起組成四連桿機構。將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。
1.5.3掩護梁
掩護梁承受頂梁部分載荷和掩護梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座。
掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。掩護梁和頂梁（包括活動側護板）一起 ，構成了支架完善的支撐和掩護體，完善了支架的掩護和擋矸能力[6]。
1.5.4活動側護板
與鄰架的頂梁、掩護梁和后連桿的固定側護板相貼，構成了指甲的擋矸屏障。支架移架時起導向作用。利用側推千斤頂可調(diào)整支架的橫向位置或防倒扶正支架。
1.5.5連桿
前后連桿是四連桿機構中重要的運動和承載部件，與掩護梁和底座的一部分共同組成四連桿機構，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。
1.6液壓支架的液壓系統(tǒng)
液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)[7]。
1.6.1液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求
對于液壓支架的傳動裝置，應具有以下基本要求：采用結構比較簡單，設備外形尺寸小，能遠距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復雜的傳動機構；在爆炸危險和含塵的空氣里保證安全工作；動作迅速；操作調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護簡單。
1.6.2液壓支架的液壓傳動特點
液壓支架的液壓傳動，與其他機械的容積式液壓傳動有很大的區(qū)別，其特點如下：
工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達20～40MPa，立柱內(nèi)的壓力達30～70MPa），流量大（30～150l/min）；
在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體為工作介質(zhì)；
液壓缸、操縱閥，其他調(diào)節(jié)和控制裝置等總的數(shù)量大（高壓泵1～6臺，液壓缸300～1500個，安全閥150～300個，還有同樣數(shù)量的液控單向閥）；
很長的液壓管路（200～300m剛性管，500～3000m高壓軟管）;
泵——液壓缸傳動系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低；
根據(jù)支架的數(shù)目改變液流的參數(shù)；
所有支架在結構上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及他們之間都有相同的連接方式（相同的液壓系統(tǒng)）。
2 液壓支架的結構設計
2.1液壓支架的主要尺寸的確定
2.1.1支架高度和伸縮比
由題目已知:支架的最大高度Hm=3.2m, 支架最小高度Hn=1.4m支架伸縮比
2.1.2支架間距
支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離，按下式計算
式中 —支架間距（支架中心距）
—每架支架頂梁總寬度
—相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙
—每架所包含的組架或框架數(shù)
取=1500mm，=150mm,=1則
=1500+150×1=1650mm
2.1.3底座長度
底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設計支架底座的長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性。掩護式支架的底座長度取3.5倍的移架步距（一個移架步距為0.6m）,即2.1m左右。取底座長度為2899 m。如圖2.1底座示意圖：
圖2.1 底座示意圖
2.1.4 頂梁長度的確定
支架在工作面的相對位置如圖2.2所示：
圖2.2 支架在工作面的相對位置關系
掩護式支架頂梁長度計算
頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+ ]-[+300+]+掩護
梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（mm）配套尺寸—參考原煤炭部煤炭科學研究院編制的綜采設備配套圖冊確定；底座長度—底座前端至后連桿下鉸點之距
e —支架由高到低頂梁前端點最大變化距離；
、—支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角[8]。
經(jīng)計算得頂梁長度為3302mm。
2.1.5立柱布置
圖2.3 立柱示意圖
a. 立柱數(shù)
目前國內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為2~6根，常用的為4根；掩護式支架為二柱；支撐掩護式支架為四柱。故此支架數(shù)目n選2。ZY3200/14/32型液壓支架選用單伸縮機械加長桿，如圖2.3所示[9]。
b．支撐方式
支撐式支架立柱為垂直布置。掩護式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于(支架在最低工作位置時)，由于角度較大，可是調(diào)高范圍增加。同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護能力增加。支撐掩護式支架，根據(jù)結構要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁的垂直夾角小于（支架在最高位置時），由于夾角較小，有效支撐能力較大。
c. 立柱間距
立柱間距指支撐式和支撐掩護式支架而言即前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式和支撐掩護式支架的立柱間距為1~1.5m[10]。
2.2各部件結構選擇
2.2.1頂梁
頂梁是與頂板直接接觸的構件，除滿足一定的剛度和強度要求外，同時要求適應頂板的不平衡性，避免因局部應力而引起損壞。
各類頂梁都為箱式結構，一般有鋼板焊接而成。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋矸簾之用。在頂梁下焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。
頂梁端面形狀和頂梁如2.4、2.5示：
圖2.4 頂梁斷面
圖2.5 頂梁外形
2.2.2 底座
底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。因此，底座除了滿足一定的剛度和強度外，還要求對底板起伏不平的適應性要強，對底板接觸比壓小，要有足夠的空間能安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置，要便于人員行走；能起一定的擋矸排矸作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性。底座前端制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。同時底座后部重量大于前部，避免移架時啃底。底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以避免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩[11]。
圖2.6 底分式底座
2.2.3 立柱
立柱是支架的承壓構件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強度，良好的密封性能，結構要簡單，并能適應支架的工作要求。
立柱的結構由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。如圖2.7
圖2.7 立柱結構
缸體是立柱的承壓部件。一般用27SiMn無縫鋼管制成。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度?；钊橇⒅年P鍵元件，對它的主要要求是保證密封性能良好，運動表面能承受外力的沖擊?；钊梢蕴自诨钪?，或直接焊接在活柱上。用鋼制作活塞時，可在活塞上安裝導向環(huán)與缸體內(nèi)徑配合。導向環(huán)多用塑料制品，也有用銅合金制成。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護密封圈的尼龍擋圈兼做導向環(huán)。
活塞靠密封圈密封，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是兩個夾布U型橡膠圈壓制而成的整體實心密封圈，它和兩個L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力19.6～58.8MPa，在壓力小于24.5MPa時，可以不加擋圈。它可用于各種活塞上的雙向密封。蕾型密封圈是一個U型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊ΑＫm用于裝入各種液壓活塞頭和導向套上，為單向密封。工作壓力小于58.8MPa時，可以不加擋圈?；钊妮S向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定。
活柱和活塞桿是立柱傳遞機械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用27SiMn或45號鋼制成。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護，防止外部硬傷[12]。
2.2.4 推移裝置
液壓支架推移裝置是保證支架正常推溜和拉架，實現(xiàn)工作面正常循環(huán)作業(yè)的重要裝置。
在設計支架時，應根據(jù)支架結構和配套要求合理選擇推移裝置的形式，并充分保證支架推移裝置對工作面條件和配套的適應性。
推移裝置的型式如表2.1
表2.1 推移裝置千斤頂?shù)男褪?
型 式
特 點
適用條件
普通式
普通活塞式雙作用千斤頂可為外供液式，也可為內(nèi)供液式
1、目前已很少直接用作推移裝置，而多與反拉框架一起使用，應用較廣
2、外供液式結構簡單，應用廣泛
差動式
千斤頂結構仍為普通型式，利用交替閥的油路系統(tǒng)，使其減小托輸送機力
用于直接拉架的方式，目前應用較少
浮動活塞式
千斤頂活塞可在活塞桿上滑動，使環(huán)腔供液時拉力與普通千斤頂相同；但在活塞腔供液時，使壓力的作用面積僅為活塞桿斷面積，從而減小了推輸送力
1、 廣泛用于直接拉架方式，與短推桿等導向件一起使用
2、 動作時間有一定滯后，但一般不影響使用
推移裝置一般由推移千斤頂、推桿或框架等導向傳力桿件以及連接頭等部件組成，其功能、連接型式見下。
表2.2 推移裝置的功能及連接形式
功 能
1、 將輸送機推向煤壁，保證作業(yè)循環(huán)
2、 將液壓支架拉向煤壁方向，及時支護頂板
3、 框架或推桿與底座導向通道共同作為支架、輸送機移動時的導向，起一定的防滑作用
連接型式
直接連接
一端固定在支架底座（一般位于支架縱軸線上），另一端固定在輸送機或輸送機底托架上。此時移架和推輸送機都用一個推
移千斤頂移步橫梁間接連接在推移裝置與輸送機之間加一個移步橫梁、千斤頂僅與移步橫梁連接。這種方式減少了支架與輸送機之間的約束和影響、比較機動，但結構復雜相鄰支架或支架節(jié)連接這種方式一般用于節(jié)式或各種類型的組合邁步支架。移架千斤頂位于主副架之間，多數(shù)分別與兩者的底座相連，稱為下移架機構。少數(shù)為頂梁之間相連，稱為上移架機構。移架與推溜各用不同的千斤頂。
推移桿的常用形式有正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。
液壓支架所采用的推移裝置為：倒拉式長推移桿。如圖2.8所示，結構簡單可靠，重量輕，被廣泛采用[13]。
圖2.8 短推移桿
2.2.5護幫千斤頂
護幫千斤頂?shù)母左w用圓柱銷固定在護幫下端的耳座上，活塞桿與主梁與主梁相連接。護幫千斤頂?shù)幕钊灰郝飞?，裝有液控單向閥和安全閥，以保證護幫的初撐力和工作阻力。
圖2.9 互幫千斤頂
2.2.6掩護梁
掩護梁為整體箱形焊接結構。掩護梁上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座鉸接，構成四連桿機構。掩護梁主要作用是阻擋并承載采空區(qū)冒落的矸石，承受頂板水平推力、側向力和傳遞扭轉(zhuǎn)載荷，并保持支架整體的穩(wěn)定性。
掩護梁上部設計了機械限位塊結構，當支架出現(xiàn)不正常工作狀況時，機械限位起作用，頂梁與掩護梁的機械限位塊發(fā)生干涉作用，強制限位，防止支架呈現(xiàn)“放大炮”狀態(tài)，避免頂梁過渡上仰，以保護平衡千斤頂、增強了支架的適應性和可靠性。
2.2.7前、后連桿.
ZY3200/14/32型二柱掩護式液壓支架采用雙前連桿、整體后連桿式結構，前、后連桿均為箱形抗扭體，該箱形結構剛性好，強度高，能可靠地承受支架在工作過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩和水平載荷，保持支架的穩(wěn)定性。
前后連桿與掩護梁、底座相鉸接，組成四連桿機構。后連桿的防矸背板可有效防止采空區(qū)矸石竄入工作面。
2.3液壓支架的主要技術參數(shù)
設計液壓支架的主要參數(shù)如下表2.3：
表2.3 液壓支架主要技術參數(shù)表
設備（部件）
名稱
項目
單位
技術參數(shù)
支架整體性能
支架高度
m
1.4～3.2
支架寬度
m
1.43~1.50
支架中心距
m
1.65
支護強度
MPa
1.08
對底板比壓
MPa
2.5
初撐力
kN
2354
工作阻力
3049
操作方式
電液控制
泵站壓力
MPa
31.5
立柱
型式
單伸縮機械加長
根數(shù)
根
2
缸徑/中缸徑
mm
250/240
初撐力
kN
1545
工作阻力（）
kN
3145
行程
mm
2300
推移千斤頂
型式
浮動活塞
根數(shù)
根
1
缸徑
mm
125
柱徑
mm
70
推力/拉力
kN
123/270
行程
mm
600
側推千斤頂
型式
普通
根數(shù)
根
2
缸徑
mm
80
桿徑
mm
45
推力/拉力
kN
158/108
行程
mm
170
平衡千斤頂
型式
普通
根數(shù)
根
1
缸徑/桿徑
mm
100/60
行程
mm
320
推力
kN
245
拉力
kN
158
工作阻力
kN
849
護邦千斤頂
型式
普通
根數(shù)
根
1
缸徑/桿徑
mm
80/45
行程
mm
470
推力
kN
157
工作阻力
kN
849
抬底千斤頂
型式
普通
根數(shù)
根
1
缸徑/桿徑
mm
80/45
行程
mm
250
工作阻力
kN
386
配套設備
采煤機
MLS -170
刮板輸送機
SGD-730/180
西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）
3 液壓系統(tǒng)
液壓支架不僅需要有良好的結構以適應所工作的煤層地質(zhì)條件，而且還要配備完善而可靠的液壓系統(tǒng)及液壓元件來實現(xiàn)支架的優(yōu)良工作性能。液壓支架的液壓系統(tǒng)屬于泵缸開式系統(tǒng)。動力源是乳化液泵，執(zhí)行元件是各種液壓缸。系統(tǒng)回液流入乳化液箱，然后由泵吸入并增壓，經(jīng)各種控制元件供給各個液壓缸，。乳化液泵站通常安裝在工作面下順槽，可隨工作面一起向前推進。泵站通過沿工作面全長敷設的主供液管和主回液管，向各個支架供給高壓乳化液，接收低壓回液。工作面中每個支架的液壓控制回路多數(shù)完全相同，通過截止閥連接與主管路，相對獨立。其中任一支架發(fā)生故障進行檢修時，可關閉該架與主管路連接的截止閥，不會影響其他支架工作[14]。
3.1立柱和千斤頂
在液壓支架中，用于承受頂板載荷，調(diào)節(jié)支護高度的液壓缸稱為立柱。液壓支架的立柱多數(shù)是單伸縮雙作用單活塞桿式液壓缸。除立柱外，支架中其余的液壓缸稱為千斤頂，依其功能分別叫做前梁千斤頂、推移千斤頂、側推千斤頂、平衡千斤頂、護幫千斤頂和復位千斤頂?shù)鹊取Ｓ捎谇傲呵Ы镯斠渤惺苡摄q接前梁傳遞的部分頂板載荷，結構與立柱基本相同，只是長度和形成較短，所以也有人叫它前梁短柱。只有復位千斤頂和伸縮前探梁的千斤頂是單作用液壓缸。
懸浮式立柱控制回路如圖3.1：
圖3.1 懸浮式立柱控制回路
千斤頂控制回路如圖3.2：
圖3.2 千斤頂控制回路
3.2支架液壓閥
液壓支架的液壓控制系統(tǒng)中所使用的控制元件有兩大類：壓力控制閥和方向控制閥。壓力控制閥主要有安全閥，方向控制閥主要有液控單向閥、操縱閥和液控分配換向閥等。
3.2.1液控單向閥
夜控單向閥在支架液壓系統(tǒng)中主要用來閉鎖液壓缸中的液體，使之承載。它是大多數(shù)支架立柱必不可少的控制元件之一[15]。
對液控單向閥的要求：
密封可靠，特別是鎖緊立柱下腔液路的液控單向閥，需長時間保持絕對密封；
動作靈敏，尤其要求關閉及時，保證剛剛鎖緊的液壓缸中的壓強等于泵站供液壓強；
流動阻力??；
工作壽命長，能保證工作面推進800～1000米不需要更換；
結構簡單。
3.2.2安全閥
安全閥是支架液壓控制系統(tǒng)中必不可少的限定壓強的元件。立柱安全閥可以防止支架的主要承載結構件過負荷，確保頂板巖層在不高于規(guī)定的工作阻力作用下沉降。
對立柱安全閥的要求：
關閉時必須完全封閉；
能夠穩(wěn)定溢流的溢流量范圍大，在頂板緩慢下沉時的微小流量(30~40mL/min以下) 工況下，啟閉壓強差不大于整定壓強的5～10%，以保證支架的恒阻性。在頂板急劇下沉的大流量(30~50mL/min)工況下，被封閉的液體壓強升高值不大于整定壓強的25%。
3.2.3操縱閥
在支架液壓控制系統(tǒng)中用來使液壓缸換向，實現(xiàn)支架各個動作的手動換向閥，習慣上稱為操縱閥。按壓力液通過操縱閥后的用途不同，可分為全流量操縱閥和先導液壓操縱閥。
3.2.4液壓支架液壓閥的密封技術分析
a. 影響液壓閥密封性能的主要因素
密封元件損壞的主要因素是工作液中的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在密封元件間研磨，使閥產(chǎn)生泄漏。因此，國外曾提出相應等級的液壓元件，應采用相應精度的過濾器。他們認為5μM的油泵密封元件，如果采用過濾精度為3／μM的過濾器，壽命可比采用10μM的提高10倍。但液壓支架用閥，工作環(huán)境十分惡劣。在采煤工作面，油管總長1000多米，接頭插口多達4000多個，液箱無特殊的防塵設施。乳化液中有大量的漂浮雜質(zhì)，在立柱缸底和閥腔，留有較多的煤粉、巖粒和鐵屑。進液閥芯和閥座，由于開啟關閉比較頻繁，液體流速高，密封很快就會失效。實踐證明減少支架液壓系統(tǒng)液體的污染雜質(zhì)，是十分困難的，有人曾經(jīng)設想在乳化液泵站采用高壓過濾器，同時在每臺支架進口處增加小型過濾器。但在工作中很快被堵塞，形成斷流[16]。
b . 液壓閥密封材料的歷史及現(xiàn)狀
閥芯和閥座接觸面的泄漏，是工作液體分子擠入的結果。影響密封效果的主要原因是閥芯和閥座的接觸比壓、不平度及壓差。當閥芯與閥座的接合面以P力壓緊，工作液體分子以F力擠入，密封材料會產(chǎn)生彈性變形。如果密封副總抗力大于分子斥力，則密封有效，否則就會形成泄漏。
3.3液壓支架液壓原理圖
支架液壓原理圖如圖3.3所示：
圖3.3 液壓支架液壓原理圖
3.4液壓支架的控制方式
3.4.1手動控制
a．全流量控制
全流量控制目前是支架的基本控制方式。它使用全流量操縱閥，根據(jù)操作人員的要求，直接向液壓缸工作腔輸入壓力液，實現(xiàn)支架的各個動作。在采取鄰架控制時的全流量控制系統(tǒng)，過架管路除了主管路外，還有許多控制管路因而行人不便，系統(tǒng)可靠性不高，維護工作量大。
b．先導液壓控制
先導液壓控制近年來在支架液壓控制系統(tǒng)中發(fā)展很快。它是通過先導液壓操縱閥將操作人員的命令變成液壓指令，再由液控分配閥完成向液壓缸工作腔供給壓力的任務。因為先導控制需要傳輸?shù)牟皇橇髁慷且簤?，所以先導控制管可以做的很細小，于是必須過架的許多先導控制管可以用一根直徑不大的多芯管來代替，并且簡化了支架在井下工作面的安裝，系統(tǒng)可靠性增加[17]。
3.4.2 自動控制
手動控制的操作速度受到人員在工作面行走速度限制。特別是在薄煤層工作中，操作人員花費在從一個支架行走到另一個支架的時間較長，體力消耗也很大。因此，手動控制液壓支架使高效采煤機械的工作能力不能充分發(fā)揮出來。所以，研制和開發(fā)自動控制系統(tǒng)是液壓支架進一步發(fā)展的方向之一。
液壓支架的自動控制大部分都處于試驗階段。這是因為地下工作條件復雜多變，在工作條件的監(jiān)控方面，在人機之間和采煤機與支架之間的完善聯(lián)系還有大量工作要做?？偟内厔菔遣捎脦в须娔X控制的電液先導液壓控制系統(tǒng)。分配閥多采用安全火花型電液控制分配閥，監(jiān)控裝置多轉(zhuǎn)換成電信號輸入電腦指令系統(tǒng)。
3.5液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、保養(yǎng)
3.5.1安裝
液壓系統(tǒng)的安裝是液壓系統(tǒng)能否正?？蛇\行的一個重要環(huán)節(jié)。
a. 安裝人員
液壓傳動系統(tǒng)雖然與機械傳動系統(tǒng)有大量相似之處，但是液壓傳動系統(tǒng)確實有它的特性。經(jīng)過專業(yè)培訓，并有一定安裝經(jīng)驗的人員才能從事液壓系統(tǒng)的安裝。
b. 審查液壓系統(tǒng)
主要是審查該項設計能否達到預期的工作目標，能否實現(xiàn)機器的動作和達到各項性能指標。安裝工藝有無實現(xiàn)的可能。全面了解設計總體各部分的組成，深入地了解各部分所起的作用。審查的主要內(nèi)容包含以下幾點：
(1) 審查液壓系統(tǒng)的設計
(2) 鑒定液壓系統(tǒng)原理圖的合理性
(3) 評價系統(tǒng)的制造工藝水平
(4) 檢查并確認液壓系統(tǒng)的凈化程度
(5) 液壓系統(tǒng)零部件的確認
c. 安裝前的技術準備工作
液壓系統(tǒng)在安裝前，應按照有關技術資料做好各項準備工作。
(1) 技術資料的準備與熟悉
液壓系統(tǒng)原理圖、電氣原理圖、管道布置圖、液壓元件、輔件、管件清單和有關元件樣本等，這些資料都應準備齊全，以便工程技術人員對具體內(nèi)容和技術要求逐項熟悉和研究。
(2) 物資準備
按照液壓系統(tǒng)圖和液壓件清單，核對液壓件的數(shù)量，確認所有液壓元件的質(zhì)量狀況。尤其要嚴格檢查壓力表的質(zhì)量，查明壓力表交驗日期，對檢驗時間過長的壓力表要重新進行校驗，確保準確可靠[18]。
（3）質(zhì)量檢查
液壓元件在運輸或庫存過程中極易被污染和銹蝕，庫存時間過長會使液壓元件中的密封件老化而喪失密封性，有些液壓元件由于加工及裝配質(zhì)量不良使性能不可，所以必須對元件進行嚴格的質(zhì)量檢查。
a. 液壓元件質(zhì)量檢查
(1) 各類液壓元件型號必須與元件清單一致
(2) 要查明液壓元件保管時間是否過長，或保管環(huán)境不合要求，應注意液壓元件內(nèi)部密封件老化程度，必要時要進行拆洗、更換、并進行性能測試。
(3) 每個液壓元件上的調(diào)整螺釘、調(diào)節(jié)手輪、鎖緊螺母等都要完整無損。
(4) 液壓元件所附帶的密封件表面質(zhì)量應符合要求、否則應予更換。
(5) 板式連接元件連接平面不準有缺陷。安裝密封件的溝槽尺寸加工精度要符合有關標準。
(6) 管式連接元件的連接螺紋口不準有破損和活扣現(xiàn)象。
(7) 板式閥安裝底板的連接平面不準有凹凸不平缺陷，連接螺紋不準有破損和活扣現(xiàn)象。
(8) 將通油口堵塞取下，檢查元件內(nèi)部是否清潔。
(9) 檢查電磁閥中的電磁鐵芯及外表質(zhì)量，若有異常不準使用。
(10) 各液壓元件上的附件必須齊全。
b. 液壓輔件質(zhì)量檢查
(1) 油箱要達到規(guī)定的質(zhì)量要求。油箱上附件必須齊全。箱內(nèi)部不準有銹蝕，裝油前油箱內(nèi)部一定要清洗干凈。
(2) 所領用的濾油器型號規(guī)格與設計要求必須一致，確認濾芯精度等級，濾芯不得有缺陷，連接螺口不準有破損，所帶附件必須齊全。
(3) 各種密封件外觀質(zhì)量要符合要求，并查明所領密封件保管期限。有異?；虮９芷谙捱^長的密封件不準使用。
(4) 蓄能器質(zhì)量要符合要求，所帶附件要齊全。查明保管期限，對存放過長的蓄能器要嚴格檢查質(zhì)量，不符合技術指標和使用要求的蓄能器不準使用。
(5) 空氣濾清器用于過濾空氣中的粉塵，通氣阻力不能太大，保證箱內(nèi)壓力為大氣壓。所以空氣濾清器要有足夠大的通過空氣的能力。
(6) 管子和接頭質(zhì)量檢查
(7) 管子的材料、通徑、壁厚和接頭的型號規(guī)格及加工質(zhì)量都要符合設計要求。
c. 液壓管道的安裝要求
液壓管道安裝是液壓設備安裝的一項主要工程。管道安裝質(zhì)量的好壞是關系到液壓系統(tǒng)工作性能是否正常的關鍵之一。
(1) 布管設計和配管時都應先根據(jù)液壓原理圖，對所需連接的組件、液壓元件、管接頭、法蘭作一個通盤的考慮。
(2) 管道的敷設排列和走向應整齊一致，層次分明。盡量采用水平或垂直布管，水平管道的不平行度應≤2/1000；垂直管道的不垂直度應≤2/400。用水平儀檢測。
(3) 平行或交叉的管系之間，應有10mm以上的空隙。
(4) 管道的配置必須使管道、液壓閥和其它元件裝卸、維修方便。系統(tǒng)中任何一段管道或元件應盡量能自由拆裝而不影響其它元件。
(5) 配管時必須使管道有一定的剛性和抗振動能力。應適當配置管道支架和管夾。彎曲的管子應在起彎點附近設支架或管夾。管道不得與支架或管夾直接焊接。
(7) 管道的重量不應由閥、泵及其它液壓元件和輔件承受；也不應由管道支承較重的元件重量。
(8) 較長的管道必須考慮有效措施以防止溫度變化使管子伸縮而引起的應力。
(9) 使用的管道材質(zhì)必須有明確的原始依據(jù)材料，對于材質(zhì)不明的管子不允許使用。
(10) 液壓系統(tǒng)管子直徑在50mm以下的可用砂輪切割機切割。直徑50mm以上的管子一般應采用機械加工方法切割。如用氣割，則必須用機械加工方法車去因氣割形成的組織變化部分，同時可車出焊接坡口。除回油管外，壓力由管道不允許用滾輪式擠壓切割器切割。管子切割表面必須平整，去除毛刺、氧化皮、熔渣等。切口表面與管子軸線應垂直。
(11) 一條管路由多段管段與配套件組成時應依次逐段接管，完成一段，組裝后，再配置其后一段，以避免一次焊完產(chǎn)生累積誤差。
(12) 為了減少局部壓力損失，管道各段應避免斷面的局部急劇擴大或縮小以及急劇彎曲。
(13) 與管接頭或法蘭連接的管子必須是一段直管，即這段管子的軸心線應與管接頭、法蘭的軸心是平行、重合。此直線段長度要大于或等于2倍管徑。
(14) 外徑小于30mm的管子可采用冷彎法。管子外徑在30～50mm時可采用冷彎或熱彎法。管子外徑大于50mm時，一般采用熱彎法。
(15) 焊接液壓管道的焊工應持有有效的高壓管道焊接合格證[19]。
(16) 焊接工藝的選擇：乙炔氣焊主要用于一般碳鋼管壁厚度小于等于2mm的管子。電弧焊主要用于碳鋼管壁厚大于2mm的管子。管子的焊接最好用氬弧焊。對壁厚大于5mm的管子應采用氬弧焊打底，電弧焊填充。必要的場合應采用管孔內(nèi)充保護氣體方法焊接。
(17) 焊條、焊劑應與所焊管材相匹配，其牌號必須有明確的依據(jù)資料，有產(chǎn)品合格證，且在有效使用期內(nèi)。焊條、焊劑在使用前應按其產(chǎn)品說明書規(guī)定烘干，并在使用過程中保持干燥，在當天使用。焊條藥皮應無脫落和顯著裂紋。
(18) 液壓管道焊接都應采用對接焊。焊接前應將坡口及其附近寬10～20mm處表面臟物、油跡、水份和銹斑等清除干凈。
(19) 管道與法蘭的焊接應采用對接焊法蘭，不可采用插入式法蘭。
(20) 管道與管接頭的焊接應采用對接焊，不可采用插入式的形式。
(21) 管道與管道的焊接應采用對接焊，不允許用插入式的焊接形式。
(22) 液壓管道采用對接焊時，焊縫內(nèi)壁必須比管道高出0.3～0.5mm。不允許出現(xiàn)凹入內(nèi)壁的現(xiàn)象。在焊完后，再用銼或手提砂輪把內(nèi)壁中高出的焊縫修平。去除焊渣、毛刺，達到光潔程度。
(23) 對接焊焊縫的截面應與管子中心線垂直。
(24) 焊縫截面不允許在轉(zhuǎn)角處，也應避免在管道的兩個彎管之間。
(25) 在焊接配管時，必須先按安裝位置點焊定位，再拆下來焊接，焊后再組裝上整形。
(26) 在焊接全過程中，應防止風、雨、雪的侵襲。管道焊接后，對壁厚小于等于5mm的焊縫，應在室溫下自然冷卻，不得用強風或淋水強迫冷卻。
(27) 焊縫應焊透，外表應均勻平整。壓力管道的焊縫應抽樣探傷檢查。
d. 液壓件安裝要求
(1) 泵的安裝
1） 在安裝時，油泵、電動機、支架、底座各元件相互結合面上必須無銹、無凸出斑點和油漆層。在這些結合面上應涂一薄層防銹油。
2） 安裝液壓泵、支架和電動機時，泵與電動機兩軸之間的同軸度允差，平行度允差應符合規(guī)定，或者不大于泵與電動機之間聯(lián)軸器制造商推薦的同軸度、平行度要求。
3） 直角支架安裝時，泵支架的支口中心高，允許比電動機的中心高略高0～0.8mm，這樣在安裝時，調(diào)整泵與電動機的同軸度時，可只墊高電動機的底面。允許在電動機與底座的接觸面之間墊入圖樣未規(guī)定的金屬墊片（墊片數(shù)量不得超過3個，總厚度不大于0.8mm）。一旦調(diào)整好后，電動機一般不再拆動。必要時只拆動泵支架，而泵支架應有定位銷定位。
4） 調(diào)整完畢后，在泵支架與底板之間鉆、鉸定位銷孔。再裝入聯(lián)軸器的彈性耦合件。然后用手轉(zhuǎn)動聯(lián)軸器，此時，電動機、泵和聯(lián)軸器都應能輕松、平滑地轉(zhuǎn)動，無異常聲響。
(2) 集成塊的安裝
1） 閥塊所有各油流通道內(nèi)，尤其是空與孔貫穿交叉處，都必須仔細去凈毛刺，用探燈伸入到孔中仔細清除、檢查。閥塊外周及各周棱邊必須倒角去毛刺。加工完畢的閥塊與液壓閥、管接頭、法蘭相貼合的平面上不得留有傷痕，也不得留有劃線的痕跡。
2） 閥塊加工完畢后必須用防銹清洗液反復用加壓清洗。各孔流道，尤其是對盲孔應特別注意洗凈。清洗槽應分粗洗和精洗。清洗后的閥塊，如暫不裝配，應立即將各孔口蓋住，可用大幅的膠紙封在孔口上。
3） 往閥塊上安裝液壓閥時，要核對它們的型號、規(guī)格。各閥都必須有產(chǎn)品合格證，并確認其清潔度合格。
4） 核對所有密封件的規(guī)格、型號、材質(zhì)及出廠日期（應在使用期內(nèi)）。
5） 裝配前再一次檢查閥塊上所有的孔道是否與設計圖一致、正確。
6） 檢查所用的連接螺栓的材質(zhì)及強度是否達到設計要求以及液壓件生產(chǎn)廠規(guī)定的要求。閥塊上各液壓閥的連接螺栓都必須用測力扳手擰緊。擰緊力矩應符合液壓閥制造廠的規(guī)定[20]。
e. 液壓系統(tǒng)清洗
液壓系統(tǒng)安裝完畢后，在試車前必須對管道、流道等進行循環(huán)清洗。使系統(tǒng)清潔度達到設計要求
1） 清洗液要選用低粘度的專用清洗油，或本系統(tǒng)同牌號的液壓油。
2） 清洗工作以主管道系統(tǒng)為主。清洗前將溢流閥壓力調(diào)到0.3～0.5MPa，對其它液壓閥的排油回路要在閥的入口處臨時切斷，將主管路連接臨時管路，并使換向閥換向到某一位置，使油路循環(huán)。
3） 在主回路的回油管處臨時接一個回油過濾器。濾油器的過濾精度，一般液壓系統(tǒng)的不同清洗循環(huán)階段，分別使用30μm、20μm、10μm的濾芯；伺服系統(tǒng)用20μm、10μm、5μm濾芯，分階段分次清洗。清洗后液壓系統(tǒng)必須達到凈化標準，不達凈化標準的系統(tǒng)不準運行。
4） 復雜的液壓系統(tǒng)可以按工作區(qū)域分別對各個區(qū)域進行清洗。
5） 清洗后，將清洗油排盡，確認清洗油排盡后，才算清洗完畢。
6） 確認液壓系統(tǒng)凈化達到標準后，將臨時管路拆掉，恢復系統(tǒng)，按要求加油。
3.5.2調(diào)試
(1) 確認液壓系統(tǒng)凈化符合標準后，向油箱加入規(guī)定的介質(zhì)。加入介質(zhì)時一定要過濾，濾芯的精度要符合要求，并要經(jīng)過檢測確認。
(2) 檢查液壓系統(tǒng)各部，確認安裝合理無誤。
(3) 向油箱灌油，當油液充滿液壓泵后，用手轉(zhuǎn)動聯(lián)軸節(jié)，直至泵的出油口出油并不見氣泡時為止。有泄油口的泵，要向泵殼體中灌滿油。
(4) 放松并調(diào)整液壓閥的調(diào)節(jié)螺釘，使調(diào)節(jié)壓力值能維持空轉(zhuǎn)即可。調(diào)整好執(zhí)行機構的極限位置，并維持在無負載狀態(tài)。如有必要，伺服閥、比例閥、蓄能器、壓力傳感器等重要元件應臨時與循環(huán)回路脫離。節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥等應調(diào)到最大開度。
(5) 接通電源、點動液壓泵電機，檢查電源連線是否正確。延長啟動時間，檢查空運轉(zhuǎn)有無異常。按說明書規(guī)定的空運轉(zhuǎn)時間進行試運轉(zhuǎn)。此時要隨時了解濾油器的濾芯堵塞情況，并注意隨時更換堵塞的濾芯。
(5) 在空運轉(zhuǎn)正常的前提下，進行加載試驗，即壓力調(diào)試。加載可以利用執(zhí)行機構移到終點位置，也可用節(jié)流閥加載，使系統(tǒng)建立起壓力。壓力升高要逐級進行，每一級為1MPa，并穩(wěn)壓5分鐘左右。最高試驗調(diào)整壓力應按設計要求的系統(tǒng)額定壓力或按實際工作對象所需的壓力進行調(diào)節(jié)。
(6) 壓力試驗過程中出現(xiàn)的故障應及時排除。排除故障必須在泄壓后進行。若焊縫需要重焊，必須將該件拆下，除凈油污后方可焊接。
3.5.3保養(yǎng)
(1) 按設計規(guī)定和工作要求，合理調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作壓力與工作速度。壓力閥、調(diào)速閥調(diào)到所要求的數(shù)值時，應將調(diào)節(jié)螺釘緊固，防止松動。
(2) 液壓系統(tǒng)生產(chǎn)運行過程中，要注意油質(zhì)的變化狀況，要定期取樣化驗，若發(fā)現(xiàn)油質(zhì)不符合要求，要進行凈化處理或更換新油液。
(3) 液壓系統(tǒng)油液工作溫度不得過高。
(4) 為保證電磁閥正常工作，應保持電壓穩(wěn)定，其波動值不應超過額定電壓的5%～10%。
(5) 電氣柜、電氣盒、操作臺和指令控制箱等應有蓋子或門，不得敞開使用。
(6) 當系統(tǒng)某部位產(chǎn)生異常時，要及時分析原因進行處理，不要勉強運轉(zhuǎn)。
(7) 定期檢查冷卻器和加熱器工作性能。
(8) 經(jīng)常觀察蓄能器工作性能，若發(fā)現(xiàn)氣壓不足或油氣混合，要及時充氣和修理。
(9) 高壓軟管、密封件要定期更換。
(10) 主要液壓元件定期進行性能測定，實行定期更換維修制。
(11) 定期檢查潤滑管路是否完好，潤滑元件是否可靠，潤滑油脂量是否達標。
(12) 檢查所有液壓閥、液壓缸、管件是否有泄漏。
(13) 檢查液壓泵或馬達運轉(zhuǎn)是否有異常噪聲。
(14) 檢查液壓缸運動全行程是否正常平穩(wěn)。
(15) 檢查系統(tǒng)中各測壓點壓力是否在允許范圍內(nèi)，壓力是否穩(wěn)定。
(16) 檢查系統(tǒng)各部位有無高頻振動。
(17) 檢查換向閥工作是否靈敏。
(18) 檢查各限位裝置是否變動。
4 液壓支架的立柱參數(shù)確定
4.1 液壓支架的支護性能與外載荷
液壓支架的結構和支架液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架具有完全適應頂板變化的性能。采煤機采過一個截深之后，支架前移一個步距，支護新暴露出來的頂板。此時，頂板尚無下沉現(xiàn)象，支架以“初撐力”支撐頂板。此后，頂板開始破碎和下沉或斷裂，支架支撐加大，直至立柱下腔壓力達到安全閥整定值，安全閥釋放，立柱下縮。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。這時立柱以“工作阻力”支護頂板。隨著頂板壓力不斷加大，立柱就要不斷“讓壓”下縮。為避免立柱完全縮回，支架出現(xiàn)“壓死”現(xiàn)象，采煤工作面的生產(chǎn)循環(huán)英保證在“壓死”前就前移。
4.2液壓支架基本技術參數(shù)的確定
4.2.1支護面積
支架的支護面積按下式計算：
（㎡） （4.1）
式中 Fc—支護面積(㎡),
Lg—頂梁長度（m）
bc—支架間距（m）
（㎡）
4.2.2支護強度
支護強度q=0.56mp=560KN/㎡
4.2.3 確定立柱的技術參數(shù)
立柱缸體內(nèi)徑按下式進行計算：
（cm） （4.2）
式中—立柱缸體內(nèi)徑（cm），
—支架承受的理論支護阻力（kN），（kN），
—每架支架立柱數(shù)，
—安全閥調(diào)正壓力，,按產(chǎn)品樣本選?。ɑ騾⒖纪愔Ъ苓x取）。其中型＝40Mpa；
—立柱最大傾角（度），（支架降到最低工作位置時，角最大）。
然后再按北京煤礦機械廠標準（Q/BM327-82）表中標準選取比計算值大的標準值作為內(nèi)徑。再按另一表選擇配合尺寸。
已知，并將數(shù)據(jù)，代入式（4.2）得
cm
支架最大高度和最低位置時立柱兩鉸點之間的距離差為2730mm（幾何作圖測量得），則立柱行程L：
L=2730mm
4.2.4立柱的初撐力
立柱初撐力按下式進行計算：
() （4.3）
式中 —泵站額定工作壓力（）減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值。
目前國內(nèi)生產(chǎn)的XRB2B型乳化液泵站的額定工作壓力為20MPa和30MPa兩種，一般取31.5MPa作為泵站額定工作壓力。
＝25cm，選?。?1.5MPa,并將數(shù)據(jù)代入式（4.3）得
＝1561（kN）
5 液壓支架的強度條件
5.1強度條件
在液壓支架的研制、試驗過程中，各構件的強度計算是極為必要的。前面的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零部件受力分析和負荷的計算方法，但是由于液壓支架的結構特點、外載荷特點以及其使用條件的特殊性，在強度計算中的強度條件也是有其特殊性的。當然強度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及失效形式等為依據(jù)，隨著時間的推移，如果上述諸點有變化，強度條件也必須作相應調(diào)整。下面簡單介紹我國液壓支架強度計算中的強度條件：
a. 強度校核均以材料的屈服極限計算安全系數(shù)[21]。
b. 結構件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強度條件：
（1）各結構件通常采用15MnVN等普通低合金結構鋼，并由具有保證厚度的鋼板焊接而成，按手冊中的屈服極限取值。
（2）主要銷軸均采用CrMo或40Cr等合金結構鋼，按手冊中的屈服極限取值。
（3）活塞桿均采用45號鋼，取屈服極限。
結構件、銷軸和活塞桿的強度條件為：
（5.1）
式中 —危險斷面計算出的最大應力，MPa；
—許用安全系數(shù)。
c. 缸體材料采用27SiMn無縫鋼管，取抗拉強度，強度條件為：
（5.2）
式中 —缸體許用應力，MPa；
—許用安全系數(shù)，取3.5～4。
d. 焊條抗拉強度取，其強度條件為：
（5.3）
式中 —計算出的焊縫許用應力；
—按焊條類型來定。
e. 許用擠壓應力按下式計算：
（5.4）
5.2 液壓支架的強度校核
5.2.1立柱缸體強度校核
a.
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