液壓支架總體與底座的設(shè)計(jì)

12、 structure <2 > 掩護(hù)式支架〔如圖1-1〕,其主要由前梁、主梁、掩護(hù)梁和側(cè)護(hù)板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。 它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：有一個較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)矸石進(jìn)入作業(yè)空間,其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接,下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu),以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護(hù)式支架的立柱較少,除少數(shù)掩護(hù)式支架1根立柱外,一般都是一排2根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置,以增加支架的調(diào)高圍,支架的兩側(cè)有活動側(cè)護(hù)板,可以把架間密封。通常頂梁較短,一般為3.0mm左右。

13、 掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐力較小,切頂性能差,但由于頂梁短,支撐力集中在靠近煤壁的頂板上,所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻,掩護(hù)性好,能承受較大的水平推力,對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少,能帶壓移架。但由于頂梁短,立柱傾斜布置,故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。 由上可知,掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。 <3 > 支撐掩護(hù)式支架〔如圖1-2〕,其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。 支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。因此,它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能,可適應(yīng)各種頂

14、底板條件。此種支架的優(yōu)點(diǎn)是：支撐力大,切頂性能強(qiáng),防護(hù)性能好,通風(fēng)斷面大,穩(wěn)定性好,應(yīng)用圍廣。 它的缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排,立柱可前傾或后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常,兩排立柱都是直接支撐在頂梁上,個別情況下,也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。 <4> 特種液壓支架,特種液壓支架是為了滿足某些特殊的要求而發(fā)展起來的液壓支架,在結(jié)構(gòu)形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。 1.2.3 液壓支架的支護(hù)方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 3個工序的不同組合順序,可形成液壓支架的3種支護(hù)方式,從而決定工作面"三機(jī)

15、"的不同配套關(guān)系。 1) 即時支護(hù) —般循環(huán)方式為：割煤一移架一推溜,工作面"三機(jī)"的配套關(guān)系。即時支護(hù)的特點(diǎn)是,頂板暴露時間短,梁端距較小。適用于各種頂板條件,是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。 2) 滯后支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤一推溜一移架。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是,支護(hù)滯后時間較長,梁端距大,支架頂梁較短?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。 3) 復(fù)合支護(hù) —般循環(huán)方式為：割煤一支架伸出伸縮梁一推溜一收伸縮梁一移架。 復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是：支護(hù)滯后時間短,但增加了反復(fù)支撐次數(shù)?？蛇m用于各種頂板條件,但支架操作次數(shù)增加,不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求,目前應(yīng)用較少。 1.3 液壓支架的工作原理及工作特性 1

16、.3.1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實(shí)現(xiàn)完成的。如圖1-4所示 圖1-4 液壓支架工作原理 Figure 1-4 Hydraulic support principle 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(jī) 10-乳化液泵11-主供液管12-主回油管 1) 升柱 當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時。高壓乳化液進(jìn)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接觸頂板。 2〕降柱 當(dāng)需要降柱時,高

17、壓液進(jìn)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〕移架 移架是由底座上的推移千斤頂來完成的。當(dāng)需要支架前移時,先降柱卸載 然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔,另一腔回液,以輸送機(jī)為支點(diǎn),缸體前移,把整個支架拉向煤壁。 4〕推溜 當(dāng)需要推運(yùn)輸機(jī)時,支架支撐頂板后,高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊?另一腔回液,以支架為支點(diǎn),是活塞桿伸出,把運(yùn)輸機(jī)推向煤壁。 1.3.2 液壓支架工作特性 圖1-5 液壓支架的工作特性曲線 Figure 1-5 Hydraulic support the work of curve -初撐階段 -增阻階段 -恒阻階段

18、-初撐力 -工作阻力 支架上升時,其支撐力隨時間的變化分如下三個基本階段： 1〕初撐階段 支架在升柱時,高壓液進(jìn)入立柱下腔,立柱升起使頂梁接觸頂板,立柱下腔壓力增加,當(dāng)增加到泵站工作壓力時,泵站自動卸載,支架的夜控單向閥關(guān)閉,立柱下腔壓力達(dá)到初撐力,此階段為初撐階段,此時支架對頂板的支撐力為初撐力。 支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力,立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。一般采用提高泵站工作壓力的辦法來提高初撐力,以免立柱的缸徑過大。 2〕承載增阻階段 支架初撐后,隨頂板下沉,立柱下腔壓力增加,直到

19、增加到支架的安全閥調(diào)正壓力,立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力。此階段為增阻階段。 3〕恒阻階段 隨著頂板壓力繼續(xù)增加,使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調(diào)正值時,安全閥打開而溢流,立柱下縮,使頂板壓力減小,立柱下腔壓力降低,當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整之后,安全閥停止溢流,這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下,壓力曲線隨時間呈波浪形變化,此階段為恒阻階段。此時支架對頂板的支撐力稱為工作阻力,它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。支架的工作阻力標(biāo)志著支架的最大承載能力。 對于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架,其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。支架的工作阻力是支架的一個重要參數(shù),它表示支架支撐力的大小。但是,

20、由于支架的頂梁長短和間距大小不同,所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。因此,常用單位支護(hù)面積頂板上所受支架工作阻力值的大小,即支護(hù)強(qiáng)度來表示支架的支護(hù)性能。 2 液壓支架總體設(shè)計(jì) 2.1 液壓支架的選型 2.1.1設(shè)計(jì)的原始條件 老頂為Ⅱ級； 直接頂為1類； 煤層厚度1.9~2.4m 2.1.2架型選擇的主要依據(jù)和考慮因素 〔1〕架型選擇的依據(jù) 正確選擇液壓支架的架型,對于提高綜采工作面的產(chǎn)量和效率,充分發(fā)揮綜采設(shè)計(jì)的效能,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效,是一個很重要的因素。在具體選擇架型時,首先要考慮煤層的頂

21、板條件。表2-1是根據(jù)國外液壓支架的使用經(jīng)驗(yàn),提出了各種頂板條件下適用的架型,它是選擇支架的主要依據(jù)。 〔2〕 架型選擇應(yīng)考慮的因素 1> 煤層厚度 煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力,而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當(dāng)煤層厚度大于2.5～2.8m <軟煤層下限,硬煤層上限>時,應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時,應(yīng)選用調(diào)高圍大的支架。因此本次設(shè)計(jì)應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式支架。 2> 煤層傾角 煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性、傾角大時易發(fā)生傾倒下滑等現(xiàn)象。當(dāng)煤層傾角大于10°～15°時,應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置,當(dāng)傾角超過18°時,應(yīng)

22、同時具有防滑防倒裝置。 3> 底板性質(zhì) 底板承受支架的全部載荷,對支架的底座影響較大,底板的軟硬和平整性,基本上決定了支架地做的結(jié)構(gòu)和支撐面積。選型時,要驗(yàn)算底座對底板的接觸比壓,其值要小于底板允許比壓〔對于砂巖底板,允許比壓為1.96～2.16MPa,軟底板為0.98MPa左右〕 表2-1支架架型確定參數(shù) Table 2-1 stent-type set parameters 老頂級別 I II III IV 直接頂級別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類型 掩護(hù)式 掩護(hù)式 支 撐 式 掩護(hù)式 掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式 掩

23、 護(hù) 式 支撐掩護(hù)式 支撐掩護(hù)式 支撐或支撐掩護(hù)式 支撐或支撐掩護(hù)式 支撐式 采高 小于 2.5m時 支撐 掩護(hù)式 采高 大于 2.5m時 支架支護(hù)強(qiáng)度 采高 1 2 3 4 0.294 0.343〔0.245〕 0.441〔0.343〕 0.539〔0.441〕 1.30.294 1.30.343〔0.245〕 1.30.441〔0.343〕 1.30.539〔0.441〕 1.60.294 1.60.343 1.60.441 1.60.539 〉20.294 〉20.343 〉20.441 〉

24、20.539 應(yīng)結(jié)合 深孔爆破 ,軟化頂板 等措施 處理采空區(qū) 單體支柱支護(hù)強(qiáng)度 采高 1 2 3. 0.147 0.245 0.343 1.30.147 1.30.245 1.30.343 1.60.147 1.60.245 1.60.343 按采空區(qū)處理方法確定 注：①括號的數(shù)字是掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度。表中所列支護(hù)強(qiáng)度在選用時,可根據(jù)本礦情況允許有5%的波動圍。 ②表中1.3、1.6、2分別為II、III、IV級老頂?shù)姆旨壴鰤合禂?shù)；IV級老頂只給出最低值2,選用時可根據(jù)本礦實(shí)際確定適宜值。 4> 瓦斯涌出量 對于

25、瓦斯涌出量大的工作面,支架的通風(fēng)斷面應(yīng)滿足通風(fēng)的要求,選型時要進(jìn)行驗(yàn)算。 5> 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜,煤層厚度變化又較大,頂板允許暴露面積和時間分別在5～8和20min以下時,暫不宜采用液壓支架。 6> 設(shè)備成本 在滿足要求的前提下,應(yīng)選用價格便宜的支架。此外,對于特定的開采要求,應(yīng)選用特種支架。 2.1.3 架型選擇 ZY2600/17/26 掩護(hù)式液壓支架 2.2 液壓支架的參數(shù)確定 2.2.1支架結(jié)構(gòu)高度 支架最大結(jié)構(gòu)高度 <2-1> 支架最小結(jié)構(gòu)高度

26、<2-2> 式中 ,—煤層最大、最小采高 —偽頂冒落的最大厚度,一般取0.2～0.3m。 —頂板周期來壓時的最大下沉量、移架使支架的下降量和頂梁上、底座下的浮矸、煤層厚度之和,一般取0.25～0.35m。 確定支架的最低高度時還應(yīng)考慮到井下的允許運(yùn)輸高度。 支架的伸縮比 <2-3> 值的大小反映了支架對煤層厚度變化的適應(yīng)能力,其值越大,說明支架適應(yīng)煤層厚度變化的能力越強(qiáng)。采用單伸縮立柱,值一般為1.6左右,最大可達(dá)1.8；帶機(jī)械加長桿的單伸縮立柱,一般為2.2左右,最大可達(dá)2.5；對于使用雙伸縮立柱的支架,其值一般為2.5左右。薄煤層支

27、架可達(dá)3。由于,選用單伸縮立柱。 2.2.2 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。目前國外液壓支架中心距大部分采用1.5m.大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m,輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求,中心距可采用1.25m。因此設(shè)計(jì)中初取1.5m。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板,側(cè)護(hù)板行程一般為170~200mm。當(dāng)支架中心距為1.5m時,最小寬度一般取1400~1430mm,最大寬度一般取1570~1600mm。當(dāng)支架中心距為1.75m時,最小寬度一般取1650~16

28、80mm,最大寬度一般取1850~1880mm。當(dāng)支架中心距為1.25m時,如果頂梁帶有活動側(cè)護(hù)板,則最小寬度一般取1150~1180mm,最大寬度一般取1320~1350mm,如果頂梁不帶活動側(cè)護(hù)板,則一般取1150~1200mm。本設(shè)計(jì)中心距取1.5m。 2.2.3配套設(shè)備選擇 綜采工作面采煤機(jī)、液壓支架和輸送機(jī)之間在性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、空間尺寸及相互連接等方面,有著嚴(yán)格的配套要求,以保證綜采工作面的最大生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn)的要求。 1> 生產(chǎn)能力的配套 采煤機(jī)是綜采工作面的主要生產(chǎn)設(shè)備,綜采工作面的生產(chǎn)能力主要取決于采煤機(jī)的落煤能力。因此,為保證采煤機(jī)生產(chǎn)能力的發(fā)揮,工作面輸送機(jī)的

29、生產(chǎn)能力要大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力,液壓支架移架的速度應(yīng)大于采煤機(jī)的牽引速度。通常與采煤機(jī)配套的工作面輸送機(jī),液壓支架、平巷機(jī)、可伸縮皮帶機(jī)等設(shè)備,其生產(chǎn)能力要按采煤機(jī)生產(chǎn)能力的120%計(jì)算。 2> 性能配套 綜采工作面"三機(jī)"性能配套,主要通過設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)的配套來實(shí)現(xiàn),以解決設(shè)備性能間互相制約的問題。如采煤機(jī)的搖臂長度應(yīng)大于輸送積機(jī)尾的長度,這樣才能保證采煤機(jī)割煤到輸送積機(jī)尾底座端部。 3> 幾何關(guān)系的配套 為便于司機(jī)觀察和操作,并考慮頂板下沉量的影響,適應(yīng)頂?shù)装迤鸱约懊簩幼兓C(jī)身調(diào)斜等情況,使采煤機(jī)沿工作面順利通過,要求支架頂梁和采煤機(jī)工作面之間留有足夠的空間,該空間高度C

30、稱為過機(jī)高度,一般C小于150~250mm。 采機(jī)底托架應(yīng)有足夠的高度,以保證過煤高度E>250~400mm。 從安全角度考慮,F應(yīng)愈小愈好,但卻受到機(jī)器結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素的約束, <2-4> 式中 e―煤壁與輸送機(jī)鏟板之間的距離。e=100~200mm,以防止采煤機(jī)滾筒在輸送機(jī)彎曲段切割鏟煤； x―立柱傾斜時的水平增距； G―輸送機(jī)寬度,由鏟煤機(jī)寬度f、輸送機(jī)中部溜槽寬度S、電纜槽和導(dǎo)向槽寬度a及前柱與電纜槽間的距離b組成； 為避免由于輸送機(jī)偏斜時采煤機(jī)截割頂梁、支架梁端與煤壁間應(yīng)留200~400 mm。 從前柱到

31、梁端的距離L為 <2-5> 支架工作時的最小支撐高度H為 <2-6> 其中 t―頂梁厚度 A―采煤機(jī)機(jī)面高度,為采煤機(jī)機(jī)身高度、輸送機(jī)高度和底托架高度和其他附屬設(shè)備的配套 煤層傾角大于10°時,采用鏈牽引的采煤機(jī)應(yīng)設(shè)置防滑裝置；當(dāng)傾角大于16°時應(yīng)安裝防滑絞車,輸送機(jī)應(yīng)設(shè)置防滑錨固裝置,支架也應(yīng)有防倒防滑和調(diào)架裝置；而對于大采高工作面設(shè)備,煤層傾角大于10°時,即應(yīng)設(shè)防滑裝置。 本設(shè)計(jì)采用配套 采煤機(jī) 　—340 　

32、 刮板運(yùn)輸機(jī) 2.2.4 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 〔1〕四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要部件之一。其作用概括起來主要有兩個： 其一：當(dāng)支架由高到低變化時,借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動軌跡呈近似雙紐線,從而使支架頂梁前端點(diǎn)與煤壁間距離的變化大大減小,提高了管理頂板的性能； 其二：是使支架能承受較大的水平力。其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時,立柱讓壓下縮,使頂梁有向前移的趨勢,可防止巖石向后移動,又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時底板防止底座向后移,使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢,從而增加了頂梁前端的支護(hù)力,防止頂梁前端上方頂板冒落,并且使底座前端比

33、壓減小,防止啃底,有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減小,減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。 　<2> 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征<如圖2-1> 圖2-1 1> 支架在最高位置時：,即 Figure 2-1 0.91~1.08 rad；,即1.31~1.48 rad。 2> 對于掩護(hù)式液壓支架,后連桿與掩護(hù)梁的比值I=0.45~0.61。 3> 前、后連桿上鉸點(diǎn)距離與掩護(hù)梁比值I1=0.22~0.3

34、 4> e'點(diǎn)的運(yùn)動軌跡呈近似雙紐線,支架由高到低雙紐線運(yùn)動軌跡的最大寬度Ex<70 mm,最好在30mm以下。 5> 支架在最高位置時, <0.35 <3> 四連桿機(jī)構(gòu)各部分尺寸的確定。　　 1) 后邊桿與掩護(hù)梁長度的確定。 2) 掩護(hù)梁長度　 <2-7> 后連桿長度 　 前、后連桿上鉸點(diǎn)的距離 <2-8>前、后連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁

35、上鉸點(diǎn)的距離 <2-9> <2-10> 由P1、Q1、I、I1 的組合,可得到多組A、B、F、G的參數(shù)值。 3） 后連桿下鉸點(diǎn)至原點(diǎn)的距離,如圖2-2所示。 4） 前連桿長度及角度的確定 當(dāng)支架高度變化時,掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)e'的運(yùn)動軌 圖2-2 Figure 2-2 跡為近似雙紐線,為使雙紐線最大寬度Ex和角盡量小,可把e'點(diǎn)的運(yùn)動軌跡視為理想直線。當(dāng)支架高度變化時,有3點(diǎn)在這條直線上,即：支架在最高和最低以及中間某一位置的3點(diǎn) 。 支架的最高和最低位置確定后,在直線上的最高和最

36、低點(diǎn)就確定了。根據(jù)前人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及研究成果可知,當(dāng)e'點(diǎn)沿理想垂線由最高向最低位置時,后連桿與掩護(hù)梁的夾角由大于到小于變化,在夾角變化過程中,一定有一位置使后連桿與掩護(hù)梁處于垂直狀態(tài),以這一特殊狀態(tài)為所求的中間位置,來確定直線上的中間點(diǎn)3。 a> 支架在最高位置時的計(jì)算高度為,此時<,>： <2-11> <2-12> b> 支架在最低位置時的計(jì)算高度<,> <2-13> <2-14> 　式中的計(jì)算可由幾何關(guān)系求得： 　　　令 <2-15> <2-16> 點(diǎn)Y坐標(biāo)：

37、 <2-17> <2-18> <2-19> 支架在最低位置時,為有利于矸石下滑,防止矸石停留在掩護(hù)梁上,根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知,要求,如果取掩護(hù)梁和矸石的摩擦系數(shù),則。而角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離,防止支架后部冒落巖石卡住后連桿,使支架不能下降,一般。在特殊情況下需要角度較小時,可提高后連桿下鉸點(diǎn)高度； c> 當(dāng)支架的掩護(hù)梁與后連桿成垂直位置關(guān)系時,<,> <2-20> <2-21> 式中 <2-22> <2-23> d> 支架在3個位置時四連桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系確定后,c點(diǎn)就是過、、這3點(diǎn)的圓弧的圓心。前連桿的長度： <2-24>

38、 式中c點(diǎn)坐標(biāo)c<,,可由幾何關(guān)系求得： 　　　　　令 <2-25> <2-26> <2-27> <2-28> <2-29> C點(diǎn)坐標(biāo)求出后,前連桿長度和角度就可以確定了。 4> 前連桿下鉸點(diǎn)的高度D和前、后連桿下鉸點(diǎn)在底座上的投影距離E。 <2-30> 〔2-31〕 <4> 四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)選 按上述方法可求出多組四連桿機(jī)構(gòu)尺寸,需按約束條件進(jìn)行優(yōu)選,從中選出一組最優(yōu)值。如圖〔2-3〕 1） 約束條件,需滿足值的要求和支架的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系 a>前后連桿的比值圍O=C/A=0.9~1.2 b>前連桿的高度不宜過大,一般為DE的長度,

39、一般E=U<0.35Figure 2-3 2> 值的計(jì)算方法如下：　　 a>a1< b>< ＝ ＝0 c>c直線的斜率： <2-32> d>直線的斜率： 〔2-33> 由c、b１、O1共線及O2、a１、O1共線,可推出： <2-34> >+<2-35> 令 則 2.2.5

40、 底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長度時,應(yīng)考慮如下諸方面： 支架對底板的接觸比壓要小；支架部應(yīng)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；使于人員操作和行走,保證支架的穩(wěn)定性等。通常,掩護(hù)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；底座長度的選擇也可類比于同類型液壓支架的底座；支撐掩護(hù)式支架底座長度取4倍的移架步距,即2.4m左右。本設(shè)計(jì)取底座長度為2200mm。 2.2.6頂梁長度的確定 〔1〕影響頂梁長度的因素 支架頂梁長度與配套尺寸有直接關(guān)系。同時為防止當(dāng)采煤機(jī)向支架傾斜時,采

41、煤機(jī)滾筒不截割頂梁,又考慮到采煤機(jī)截割時,不一定把煤壁截割成一垂直平面,所以在設(shè)計(jì)時,要求頂梁前端距煤壁最小距離〔空頂距〕為300mm。另外,在輸送機(jī)鏟煤板前也留有一定距離,一般為了135~150mm。除此之外,所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī),均要求在頂梁掩護(hù)下工作,以此來計(jì)算頂梁長度。 為防止當(dāng)采煤機(jī)向支架傾斜時,采煤機(jī)滾筒不切割頂梁在設(shè)計(jì)時要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm。 先移架后推溜的方式〔及時支護(hù)方式〕要求頂梁有較大長度；先推溜后移架的方式〔滯后支護(hù)方式〕要求頂梁長度較短。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞綍r,支架要超前輸送機(jī)一個步距,以便采煤機(jī)過后支架能及時前移,支控新暴

42、露的頂板,做到及時支護(hù)。因此,先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距,一般為600mm。 〔2〕頂梁長度的計(jì)算 頂梁長度=〔配套尺寸lp+底座長度ld+Acos〕—〔Gcos+300+Ex〕+ 掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)的距離 <2-36>式中 配套尺寸lp —參考綜采設(shè)備配套圖冊確定,mm 配套設(shè)備選取如下： 采煤機(jī) ： —340　 　刮板運(yùn)輸機(jī)：　 則： 其中600mm是采用及時支護(hù)方式時所加的尺

43、寸。 底座長度ld ——底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)的距離,100mm 由類比法,底座長度初取ld=2400 mm +300+30>+100= 3028.56 mm 經(jīng)上式計(jì)算,頂梁長度取 3030mm,此外應(yīng)注意采用及時支護(hù)方式,即先移架后推溜,因此要求頂梁有較大長度。 2.2.7 立柱柱窩位置的確定 〔1〕上柱窩 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則,從理論上分析,要使頂梁支撐力分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復(fù)雜,分布規(guī)律因支架機(jī)頂梁與頂坂的接觸情況而異。為簡化計(jì)算,假定頂梁與頂板均勻接觸,載荷沿頂梁長度方向按經(jīng)性規(guī)律變化,沿支架寬度方向均勻分布。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu),簡化成平面

44、桿系結(jié)構(gòu)。同時為偏于安全,可以認(rèn)為頂梁前端載荷為零,載荷沿頂梁長度方向向后越來越大,呈三角形分布,并按集中載荷計(jì)算。所以支架支撐力分布也為三角形,以此計(jì)算立柱上柱窩位置。此時認(rèn)為支架頂梁承受集中載荷在頂梁1/3處,取頂梁為分離體,受力情況如圖2-4所示： 圖2-4 頂梁受力分析 Figure 2-4 Top Beam Analysis 對 A點(diǎn)取矩：= 0 <2-37> 式中 x—立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)的距離,m； Lg—頂梁長度〔不包括頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁后端的距離〕,m； 由頂梁計(jì)算

45、可知,Lg =2930 mm —立柱工作阻力之和；=2600 kN —頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離,＝100 mm —立柱上柱窩中心至頂梁頂面的距離, = 150 mm —立柱在最高位置時的傾角,初?。? —支架支護(hù)阻力, 〔2〕 下柱窩 立柱下柱窩位置的確定,要有利于移架,使底座前端比壓小。同時考慮柱前行人和支架的調(diào)高圍以及下柱窩與前連桿下鉸點(diǎn)的距離,一般按支架在最低工作位置時,立柱最大傾角應(yīng)小于來考慮,具體計(jì)算如圖2-5 圖2-5 Figure 2-5 〔2-38> 式中 ,?。?00 mm；=200

46、mm —支架最低位置時,立柱傾角,初取 代入數(shù)據(jù)得 =350.47 mm,取 液壓支架總體簡圖如圖2-6所示： 圖2-6 Figure 2-6 2.2.8支架支護(hù)面積的確定 支護(hù)面積　 如圖2-7所示 圖2-7 頂梁的支護(hù)面積 Figure 2-7 Roof beams supporting area 式中 l—支架頂梁長度,l=3.03 m c—梁端距,c=0.3 m B——支架頂梁寬度,B =1.4 m K——架間距,K=0.1 m 故： = 則： 將以上代入式4-46 得?。?01.9,取 ＝800 mm 2.2

47、.9 支架理論支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)阻力確定 〔1〕理論支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板性質(zhì)和煤層厚度。支護(hù)強(qiáng)度可根據(jù)下列公式估算： <2-39> 式中 K—作用與支架上的頂板巖石系數(shù),一般取5~8,頂板條件好、 周起來壓不明顯時取下限,否則取上限；選取K=7 H—采高,m γ—頂板巖石密度,一般為2.5 =0.420 MPa 考慮到煤層厚度及其它因素,取=0.44 MPa 放頂煤支架的支護(hù)強(qiáng)度一般為0.5～0.7MPa。 〔2〕理論支護(hù)阻力 支架工作阻力P應(yīng)滿足頂板支護(hù)強(qiáng)度的要求,即： kN

48、 <2-40> 式中 F—支架的支護(hù)面積,可按下式計(jì)算 <2-41> 式中 L—支架頂梁長度,m C—梁端距,m B—支架頂梁寬度,m K—架間距,m 對于支撐式支架,支架立柱的總工作組力等于支架工作阻力。對于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架,由于受到立柱傾角的影響,支架工作阻力小于支架立柱的總工作阻力。工作阻力與支架立柱的總工作阻力的比值,稱為支架的支撐效率η,所以支架立柱的總工作阻力為 <2-42> 支撐式支架的η=100%,支撐掩護(hù)式和掩護(hù)式支架取η＝80％左右。

49、 3 液壓支架主要部件的設(shè)計(jì) 3.1頂梁 頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件,并起切頂作用。它可多次反復(fù)支撐頂板,以利于放煤。頂梁裝有側(cè)護(hù)板,活動側(cè)裝有千斤頂和彈簧,防止架間漏煤、矸及調(diào)節(jié)支架間距。若四連桿機(jī)構(gòu)與頂梁鉸接,要有可靠的鉸接支座。 3.1.1功能作用 頂梁后面與掩護(hù)梁鉸接,下面由立柱支撐,上與頂板直接接觸,做成箱體結(jié)構(gòu),不但要滿足一定的剛度和強(qiáng)度的要求,還要適應(yīng)頂板的不平整性,避免局部應(yīng)力過大而損壞。頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件,并起切頂作用。一般前、后柱窩斷面為最危險斷面,斷面安全系數(shù)n>1.1,它可多次反復(fù)支撐頂煤,以利于放煤。頂梁

50、裝有側(cè)護(hù)板,一側(cè)裝有側(cè)推千斤頂和彈簧,防止架間漏煤、矸石及調(diào)節(jié)支架間距。 1> 支撐,維護(hù)和覆蓋頂板,為工作面創(chuàng)造安全的工作空間。 2> 將立柱的支撐力傳遞到頂板,并給予合理的分布,對支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用,對無立柱空間的頂板起支撐作用。 3> 為互幫,防到裝置等提供依托。 4> 將頂板載荷通過立柱,掩護(hù)梁,前后連桿經(jīng)底座傳到底板。 3.1.2結(jié)構(gòu)形式 本設(shè)計(jì)選用整體鋼性頂梁,為寬面板式箱型結(jié)構(gòu)件。其特點(diǎn)為： 1> 在整個控頂長度,頂梁為一整體結(jié)構(gòu),鋼性大,承載能力大。 2> 結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,操作方便,造價低。 3> 一般將頂梁前端設(shè)計(jì)成向上翹的結(jié)構(gòu),提高支架前

51、端對頂板的支撐力。本設(shè)計(jì)在頂梁前端1000mm左右上翹 4> 由于頂梁較長,對不平頂板或頂板臺階等條件適應(yīng)性較差。但是由于頂梁長,頂板上合力作用位置發(fā)生變化情況下,在頂梁上容易找到新的平衡點(diǎn),支架仍可以有效支護(hù)頂板。 3.1.3尺寸確定 1> 頂梁長度 頂梁長度確定見支架總體設(shè)計(jì),長度為3050 mm 2> 頂梁寬度 我國規(guī)定支架標(biāo)準(zhǔn)中心距為1.5m；掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架包括側(cè)護(hù)板在的頂梁寬度為1.4～1.6m左右<下限為側(cè)護(hù)板收縮時的運(yùn)輸寬度,1.5m為支架正常工作的寬度,1.6m為調(diào)架時側(cè)護(hù)板伸出后的最大寬度。本設(shè)計(jì)頂梁不設(shè)側(cè)護(hù)板寬度取正常工作的寬度1.5m 3> 頂梁厚度

52、 根據(jù)支架強(qiáng)度、人行、通風(fēng)斷面、要求,在滿足它們的同時適當(dāng)增大頂梁高度,減少鋼材。 3.2 掩護(hù)梁 3.2.1 掩護(hù)梁的功能 與不動的鄰架間保持封閉。掩護(hù)梁下部與前、后連桿相連,下端與尾梁鉸接,還設(shè)有尾梁千斤項(xiàng)的耳座。用于承受部分煤、矸載荷,防止其竄入后輸送機(jī)的工作空間,保證支架、后輸送機(jī)正常運(yùn)行。掩護(hù)梁受扭力和橫向載荷力大,是十分重要的部件。 1> 承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座 2> 掩護(hù)梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。 3> 掩護(hù)梁和頂梁一起,構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)梯,完善了支架的掩護(hù)和擋矸性能。 3.2.2 結(jié)構(gòu)型式 本設(shè)計(jì)選用整體

53、直線型,寬面板式箱型結(jié)構(gòu)。其特定如下： 1> 整體性好,強(qiáng)度大,加工簡單,工藝性好。 2> 用于支頂掩護(hù)式支架時,立柱不支在掩護(hù)梁上,因而它的受力和結(jié)構(gòu)比價簡單 3.2.3尺寸確定 1> 長度 由總體設(shè)計(jì)確定,一般支架高度大,調(diào)高圍大,要求掩護(hù)梁長度長,具體長度在繪制支架總圖時按需要取。 2> 寬度 原則和頂梁相同,本設(shè)計(jì)為1.5m 3.3 前、后連桿的設(shè)計(jì) 3.3.1 前、后連桿的功能 前后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動和承載部件,與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu),使支架能承受圍巖載荷,保證支架梁端距的穩(wěn)定并承受作用于支架的水平力于側(cè)向力。 3.3.2 結(jié)構(gòu)型式

54、 本設(shè)計(jì)采用分體式,其特點(diǎn)如下 1> 大多為鋼板焊接成的箱型結(jié)構(gòu),也可用厚鋼板制成實(shí)體件或者采用鑄鋼件。 2> 尺寸小,加工運(yùn)輸簡單,穩(wěn)定性較好,是我國掩護(hù)式液壓支架采用的主要型式。 3.4 推移裝置 3.4.1 推移裝置的功能 1> 將輸送機(jī)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(hù)頂板 3.4.2對推移裝置的要求 1> 以較小的力推移輸送機(jī)〔80～200KN〕,以較大的力拉移支架〔150～500KN〕 2> 為適應(yīng)支架和輸送機(jī)可能出現(xiàn)的相對位置變化,推移裝置前部在推移過程中,在水平和垂直方向能有一定的擺動圍。 3> 工作中推移千斤頂不承受側(cè)向力,而

55、是用推移桿或框架承受,為此它們必須有足夠的強(qiáng)度,以保證工作的可靠性。 4> 在拉架過程中推移裝置和支架底座之間應(yīng)有較好的導(dǎo)向性能,使支架能移正。 3.4.3 結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)采用浮動活塞式,其特點(diǎn)為 1〕活塞在活塞桿上滑動,因此要求它們之間采用雙向密封并有導(dǎo)向環(huán)。 2〕活塞與缸的密封采用鼓型密封圈組件。 3〕活塞在活塞桿上的定位多用卡環(huán)形式,其結(jié)構(gòu)簡單可靠。 4〕缸口導(dǎo)向套的固定可采用螺紋或固定鋼絲. 5> 千斤頂活塞可在活塞桿上滑動〔保持密封〕使環(huán)腔〔上腔〕供液時拉力與普通千斤頂相同,但在活塞腔〔下腔〕供液時,使壓力的作用面積僅為活塞桿斷面,從而減小了推輸送機(jī)力。 3

56、.4.4 推移千斤頂?shù)墓ぷ髟? 當(dāng)活塞腔進(jìn)液,活塞桿腔出液時,浮動活塞首先在液體壓力作用下前移至缸口導(dǎo)向套處停住,當(dāng)液壓力繼續(xù)作用時,活塞桿外伸并產(chǎn)生推力。 當(dāng)活塞桿腔進(jìn)液時,在液體壓力作用下活塞與活塞桿同步回縮或缸體相對前移并產(chǎn)生拉力。 推力等于液體作用在活塞桿面積上的力,拉力等于液體作用在活塞環(huán)腔面積上的力。采用直接連接,一端固定在支架底座上,另一端固定在輸送機(jī)或者輸送機(jī)底托架上。此時移架,推溜用一個推移千斤頂。 3.4.5 推移千斤頂尺寸確定 1> 活塞桿直徑 浮動活塞千斤頂?shù)耐屏τ墒?5-1>計(jì)算,一般?。?00 kN kN

57、 <3-1> 代入數(shù)據(jù)得 d＝60.3 mm 移架阻力與架型、噸位、支撐高度、頂板狀況以及是否帶壓移架等因素有關(guān)。掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架為250～300kN。本設(shè)計(jì)初取移架力為250 kN 〔2〕活塞直徑 浮動活塞千斤頂?shù)睦τ墒?5-2>計(jì)算 kN <3-2> 代入數(shù)據(jù)得 D＝112.8 mm 式中 D－缸徑,mm d－活塞桿外徑 ,mm －泵壓力,MPa 由國家標(biāo)準(zhǔn),選取千斤頂缸筒徑為125 mm,活塞桿外徑為70

58、mm。則,MPa時,移架力 ＝294.6KN 推溜力 ＝134.6 kN 由于配套煤機(jī)的截深為600mm,取推移千斤頂?shù)男谐虨?50mm。 3.5立柱 3.5.1立柱的基本組成與特點(diǎn) 〔1〕 缸體 缸體是液壓缸承受液體壓強(qiáng)的部件。支架液壓缸的缸體一般采用合金無縫鋼管如27SiMn或冷拔炭素鋼管制成。缸體的表面是活柱的密封面,因而要求有較高的加工要求。主要包括缸筒、缸底、缸蓋及相互連接方式。 <1> 缸筒,要求材料強(qiáng)度高,能承受高壓,一般σs>＝500Mpa,要求材料延伸率高,一般12％,保證缸筒在高壓作用下不致發(fā)生脆裂,防止井下發(fā)生傷人等事故,要求材料可焊性好,

59、一般缸筒用無縫鋼管經(jīng)加工而成。缸筒表面是活塞的密封表面,所以要求有較高的加工精度和粗糙度,一般H9～H10 ,缸筒表面與乳化液接觸要求耐腐蝕。 <2> 缸底,采用球頭形式,減小立柱受偏載作用以及掩護(hù)式支架中適應(yīng)立柱傾角位置變化,要求材料強(qiáng)度高,可焊性好,一般鍛壓加工而成。缸底與缸筒一般采用焊接結(jié)構(gòu),其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,加工簡單,工作可靠,但容易產(chǎn)生焊接變形。通常剛體止口與缸筒的孔間采用過度配合,以限制焊接變形。 〔2〕 活塞桿 活塞桿是液壓缸傳遞機(jī)械力的部件,它將受拉、壓、彎曲等載荷作用。通常選用無縫鋼管制成,小直徑活塞桿也可采用圓鋼制造。 <1> 活柱筒對材料強(qiáng)度,延伸率,可焊性與缸筒

60、基本一致,大部分是由合金無縫鋼管與柱頭,活塞等焊接加工而成?；钊麠U工作時經(jīng)常伸出液壓缸外,直接接觸礦井中的潮氣、腐蝕性氣體和粉塵,因此,活柱外表面必須耐磨,耐腐蝕,通常外表面上都鍍一層幾十微米厚的銅、鎳、鉻或鋅等耐磨防耐腐蝕材料。使用支架時,要注意保護(hù)活塞桿表面,不要碰傷。 <2> 活塞組件,活塞組件由活塞,密封圈,導(dǎo)向環(huán),限位裝置,連接固定裝置組成?；钊M件具有密封性良好,耐磨損性能及承受外力的沖擊和振動性能好,活塞直接焊在活柱上。密封圈采用雙向密封的鼓型密封圈,導(dǎo)向環(huán)采用與鼓型密封圈相配合的LW型活塞導(dǎo)向環(huán),連接固定采用卡建連接固定。 〔3〕 缸口導(dǎo)向組件 缸口導(dǎo)向組件由導(dǎo)向套、密

61、封圈、防塵圈、缸口連接件組成。導(dǎo)向套在活柱升降時起導(dǎo)向作用,采用聚甲醛的DM型導(dǎo)向環(huán)壓裝到導(dǎo)向套。要求導(dǎo)向套壁與活塞桿的接觸緊密但又不妨礙活塞桿的動作靈活,導(dǎo)向套還應(yīng)承受住由外部載荷對活塞桿形成的橫向力、彎曲、振動產(chǎn)生的影響。通常導(dǎo)向套可以采用銅合金如青銅合金做成,或者基材是炭鋼,襯耐磨環(huán)。導(dǎo)向套的加工精度通常H8～H9,壁表面粗糙度為3.2。密封圈采用蕾型密封圈,密封可靠。固定密封采用O型密封圈加擋圈。防塵圈采用JF型橡膠防塵圈。缸口采用螺紋連接。 3.5.2立柱的結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)確定 〔1〕結(jié)構(gòu) 立柱的結(jié)構(gòu)可如下圖3-1所示,采用單伸縮雙作用型。由缸體、活柱、導(dǎo)向套等主要零部件組成。