低位放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)

低位放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì),低位,放頂煤,液壓,支架,設(shè)計(jì) 自移式超前支架 1 自移式超前支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 自移式超前支架安放在軌道順槽內(nèi)，與安放在該處的端頭支架排成一列，在軌道順 槽內(nèi)按圖1.1 進(jìn)行布置，兩者結(jié)合動(dòng)作。圖.1 描述的是一座自移式超前支架的（副） 架結(jié)構(gòu)。 圖1 自移式超前支架 1．頂梁2.立柱3.底座4.前后連桿5.挑梁千斤頂6.尾梁 分析圖.1，得出自移式超前支架具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)： 采用主、副架結(jié)構(gòu)，主（副）架的頂梁之間、底座之間采用鉸接結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了對(duì)頂、底板不平整的適用性； 主、副架頂梁之間、底座之間設(shè)有調(diào)架千斤頂； 支架的前移靠推拉千斤頂實(shí)現(xiàn)； 主（副）架有四根立柱支撐； 主、副架中心距范圍為1300mm~1500mm； 主（副）架后部頂梁設(shè)有尾梁，可支護(hù)架間頂板； 主（副）架中間設(shè)有四連桿，有底座、前后連桿和頂梁組成的四連桿機(jī)構(gòu)保證頂梁不出現(xiàn)“前仰后爬”的現(xiàn)象。 說明：由于自移式超前支架的主、副架結(jié)構(gòu)完全相同，承受載荷也相同，因此本課題在研究支架零部件的建模、裝配、加載分析時(shí)是以自移式超前支架的主（副）架為研究對(duì)象，但在研究自移式超前支架的液壓控制系統(tǒng)、動(dòng)作原理時(shí)是以整個(gè)自移式超前支架為研究對(duì)象。 2 自移式超前支架的承載原理 自移式超前支架承載過程是指自移式超前支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過程。它包括初撐階段、承載增阻階段和恒阻階段。 1．初撐階段在升架過程中，當(dāng)自移式超前支架的主、副頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到乳化液泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，這一過程為自移式超前支架對(duì)頂板的初撐階段。此時(shí)自移式超前支架對(duì)頂板的支撐力為 初撐力，其表達(dá)式為： 式中： —自移式超前支架的立柱缸徑； D —自移式超前支架的立柱數(shù)量，n=8； n —乳化液泵站的工作壓力， ＝31.5Mpa。 2．承載增阻階段自移式超前支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱的下腔液體壓力逐漸升高，自移式超前支架對(duì)頂板的支撐力也越來越大，呈現(xiàn)增阻階段，這一過程為自移式超前支架的承載增阻階段。 3．恒阻階段隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。當(dāng)升高到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥開啟溢流，立柱下縮，立柱下腔液體的壓力隨之降低。當(dāng)下降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。由于安全閥的作用，自移式超前支架的支撐力維持在一個(gè)恒定數(shù)值，這就是支架的恒阻階段。此時(shí)，自移式超前支架對(duì)頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由自移式超前支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。自移式超前支架的工作阻力為： 式中： —自移式超前支架安全閥的調(diào)定壓力， 其他符號(hào)的意義同前。 自移式超前支架工作時(shí)初撐力、工作阻力、與時(shí)間的關(guān)系，可用圖.2 的自移式超前支架工作特性曲線表示，曲線上的分別表示自移式超前支架的初撐、增阻和恒阻階段的時(shí)間。 圖.2 自移式超前支架的工作特性曲線 自移式超前支架在達(dá)到額定工作阻力以前具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板有效的支撐作用；當(dāng)自移式超前支架達(dá)到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性，自移式超前支架的工作特性取決于立柱、液控單向閥和操作閥的性能以及密封的好壞，所以這些元件是自移式超前支架的關(guān)鍵液壓元件。通常液控單向閥和安全閥組合在一起，稱為控制閥。 自移式超前支架的工作阻力是自移式超前支架的一個(gè)重要參數(shù)，它表示自移式超前 支架支撐力的大小。自移式超前支架性能用支護(hù)強(qiáng)度來表示，即： 3 自移式超前支架的液壓控制系統(tǒng) 自移式超前支架是一種中間液壓支架，它的液壓控制系統(tǒng)具有端頭支架液控系統(tǒng)的特點(diǎn)，但由于它的動(dòng)作過程比端頭支架繁瑣的多，因此它的液壓控制系統(tǒng)要比端頭支架復(fù)雜。自移式超前支架的液壓管路及密封要保持完好，有問題應(yīng)及時(shí)維修，以確保支護(hù)質(zhì)量。 3.1 液壓支架控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 液壓支架不僅需要良好的結(jié)構(gòu)以適用所工作的煤層地質(zhì)條件，而且還應(yīng)配備完善而可靠的液壓系統(tǒng)及液壓元件來實(shí)現(xiàn)支架的優(yōu)良工作性能。液壓支架的液壓系統(tǒng)屬于泵站開式系統(tǒng)，動(dòng)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，然后由泵隨工作面一起向前推進(jìn)。泵站通過沿工作面全長(zhǎng)鋪設(shè)的主供液管和主回液管向各個(gè)支架供給高壓乳化液，接回低壓回液。工作面中每個(gè)支架的液壓控制回路大多相同，通過截止閥連接于主管路，相對(duì)獨(dú)立。 液壓支架的液壓系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)： 1. 在支架液壓系統(tǒng)中，采用低粘度、高水基的乳化液作為工作介質(zhì)，其潤(rùn)滑性能防銹性能都不如礦物液壓油，因此支架液壓元件一般不采用間隙密封方式，并對(duì)液壓元件的材料、加工精度和防銹處理也有較高要求。 2. 工作壓力高(管路內(nèi)壓力達(dá)20～40MPa，立柱內(nèi)的壓力達(dá)30～70MPa)、流量大(35～400L/min)。為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率，實(shí)現(xiàn)無故障作業(yè)及工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有很好的密封性和可靠性。 3. 泵站集中供液，主供液與回液管路和支路供液與回液管路長(zhǎng)度之和相當(dāng)長(zhǎng)，壓力損失較大。 研究支架液壓系統(tǒng)時(shí)，除考慮泵站、主供液與回液管路等共用部分外，主要研究單臺(tái)自移式超前支架的液壓系統(tǒng)。自移式超前支架的液壓系統(tǒng)主要由立柱控制回路、推移控制回路以及其他控制回路(如調(diào)架千斤頂?shù)?組成，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)回路。 3.2 液壓支架基本控制回路 整個(gè)工作面的液壓支架的液壓系統(tǒng)由乳化液泵站、主管路和各個(gè)支架的控制系統(tǒng)等三大部分組成。 1．泵站及主管路通常，從泵站向工作面引出兩條管線：一條供給壓力液，稱為主壓力管路P；另一條接收低壓回液，稱為主回液管路O。如果所有支架都直接與主管路并聯(lián)，稱為整段供 液；如果將各工作面所有支架分為若干組，各組內(nèi)的支架并聯(lián)于該組的分管路，然后各分管路再并聯(lián)于主管路，稱為分段供液；分段供液可以降低管路液壓損失。每個(gè)支架的壓力支路上都有截止閥，回液支路上都設(shè)有回液?jiǎn)蜗蜷y，以便支架檢修時(shí)不影響其他支架的工作。 由于工作面支架的立柱和千斤頂所需要的液壓力不同，就需要泵站供給不同的壓力液。一般情況下，立柱要求達(dá)到較高的初撐力，就需要高液壓；而那些要求推力較小的千斤頂需要較低的壓力液。因此可以采用以下泵站系統(tǒng)。 1) 高壓－低壓泵液壓系統(tǒng)(圖3) 工作面同時(shí)需要高壓和低壓液時(shí)，可以設(shè)置一套高壓泵和一套低壓泵，高、低壓泵可以用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，組成整套乳化液泵站。該方案的缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，成本較高。 圖3.高壓－低壓泵液壓系統(tǒng) 1．高壓泵2.高壓安全閥3.高壓手動(dòng)卸載閥4.高壓卸載閥5.高壓蓄能器； 6．高壓?jiǎn)蜗蜷y7.低壓泵8.低壓安全閥9.低壓手動(dòng)卸載閥； 10.低壓卸載閥11.低壓蓄能器12.低壓?jiǎn)蜗蜷y； 2) 高壓泵－減壓閥泵站液壓系統(tǒng)(圖3.4) 在需要低壓液的工作面也可以采用減壓閥，由高壓泵站出來經(jīng)減壓以后，供給低壓液。這種系統(tǒng)與高壓－低壓泵站系統(tǒng)相比，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用較低。 圖4 高壓泵－減壓閥泵站系統(tǒng) 1．高壓泵2.減壓閥3.低壓安全閥4.單向閥5.低壓蓄能器 2．基本控制回路 1) 換向回路(圖3.5) 圖4 換向回路 換向回路用來實(shí)現(xiàn)液壓缸工作腔的液流換向，完成液壓缸伸出或縮回動(dòng)作，控制元件是操縱閥，由數(shù)組二位三通閥組成，每組二位三通閥實(shí)現(xiàn)一個(gè)液壓缸的換向，由一個(gè)手柄操作，這是簡(jiǎn)單換向回路?；芈分懈鏖y可以獨(dú)立操作，不影響其他液壓缸的工作，可根據(jù)具體情況，合理調(diào)配各液壓缸的協(xié)同動(dòng)作。 2）鎖緊回路(圖3.6) 圖5 鎖緊回路 Fig.3.6 Circuit for lockout 鎖緊回路用來閉鎖進(jìn)入液壓缸工作腔的液體，使液壓缸在不進(jìn)行操作時(shí)也能承載。液壓缸后腔鎖緊，能夠承受推力負(fù)荷，防止活塞桿縮回。液壓缸前后腔同時(shí)鎖緊，可以把活塞桿保持在需要的任意位置，既能承受推力負(fù)荷，也能承受拉力負(fù)荷。用液控單向閥構(gòu)成的緊鎖回路，可以在需要時(shí)解鎖卸載，不需要額外的專用于解鎖的控制閥。 由于自移式超前支架本身就是液壓支架的一種特殊型號(hào)，所以上述液壓支架中的基本回路也適用于自移式超前支架。 4 自移式超前支架的動(dòng)作原理 自移式超前支架的循環(huán)推拉步距為600mm，隨工作面機(jī)頭處過渡支架推拉后及時(shí)推拉。下面對(duì)軌道順槽內(nèi)的端頭支架與自移式超前支架的動(dòng)作進(jìn)行說明。 1．推前架：按照“半卸載”原理，以中間架為支點(diǎn)，完成推前架的任務(wù)。 推主架：閥1.2 處于工作位置，降尾梁；使閥1.18 工作，使立柱14 有桿腔接通高壓乳化液體，同時(shí)高壓乳化液體控制單向鎖打開，液體通過閥芯與閥座間隙回油箱。主架下降脫離頂板后，使換向閥1.22 處于工作位置，推動(dòng)主架向前600mm。主架下降，頂梁與頂板之間保持一定的小壓力，也可帶壓移架。防倒調(diào)架千斤頂4 處于浮動(dòng)狀態(tài)，活塞桿可隨主架前移被拉出。底座和頂梁位置不正時(shí)，使用防倒調(diào)架千斤頂4 加以調(diào)整。使閥1.17 處于工作位置，高壓乳化液進(jìn)入立柱活塞腔，回液進(jìn)入油箱，隨著立柱中壓力的增加，主架接頂，并到達(dá)初撐力時(shí)，停止供液；閥1.1 處于工作位置，挑尾梁。 推副架：閥1.3 處于工作位置，降尾梁；使閥1.19 處于工作位置，使立柱15 有桿腔接通高壓乳化液，同時(shí)高壓乳化液體控制單向鎖打開，液體通過閥芯與閥座間隙回油箱，實(shí)現(xiàn)副架降架；閥1.23 處于工作位置，降副架推移到位。調(diào)整架間距后，升副架；閥1.4 處于工作位置，挑尾梁。 2. 拉中架：按照“半卸載”原理，以前架為支點(diǎn)，完成拉中架的任務(wù)。中架和前架的液壓控制系統(tǒng)完全相同，因此對(duì)中架各液壓閥的動(dòng)作不再詳述，只給出中架的 動(dòng)作順序： 主架支撐，降尾梁→降副架→拉副架→升副架→挑尾梁； 副架支撐，降主架→拉主架→升主架→挑尾梁。 3. 拉端頭支架： 主架支撐，降副架→拉副架→升副架； 副架支撐，降主架→拉主架→升主架→挑尾梁。 在自移式超前支架的移動(dòng)過程中，應(yīng)注意以下兩個(gè)要點(diǎn)：①推拉自移式超前支架時(shí)，兩側(cè)支架不得同時(shí)推拉，推拉一組支架并升起達(dá)到初撐力，經(jīng)檢查無問題后方可推拉另一組支架；②遇冒落帶或頂板高度變坡較大時(shí)，要用老料襯平，以保證自移式超前支架的頂梁接頂嚴(yán)密；遇巷道底板不平或變坡較大時(shí)要落底或用老料襯平，以保證自移式超前支架的底板受力均勻。 5.總結(jié) 本文的研究重點(diǎn)圍繞自移式超前支架進(jìn)行展開。分析了自移式超前支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及由結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的承載原理；對(duì)自移式超前支架的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)研究，對(duì)乳化液泵站、主管路和各個(gè)支架的基本控制回路進(jìn)行了研究分析，指出自移式超前支架的廣泛發(fā)展空間。