液压支架立柱设计

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1、目录1. 液压支架的概述21.1 液压支架的组成和用途 21.1.1 液压支架的组成 21.2 液压支架的工作原理 21.2.1 升柱 21.2.2 降柱 21.2.3 支架和输送机前移 31.3 液压支架的基本要求 41.4 设计液压支架必需的基本参数 41.5 液压支架的选型 51.5.1 液压支架的支撑力与承载关系 51.5.2 液压支架架型的分类 51.5.3 液压支架选型原则 71.5.4 液压支架设计的原始条件 82. 液压支架的整体结构尺寸设计 102.1 液压支架高度、支架间距、底座长度的确定 102.1.1 支护高度和支架伸缩比 102.1.2 支架间距 112.1.3 底座

2、长度 112.2 四连杆机构中掩护梁和后连杆长度的确定 112.2.1 四连杆机构的几何特征 112.2.2 掩护梁和后连杆长度的确定 122.3 顶梁长度的计算 142.3.1 采煤机和运输机型号的确定 142.3.2 顶梁长度的确定 143. 液压支架基本技术参数的确定 153.1 支护面积 153.2 支护强度 153.3 立柱及其主要技术参数的确定 163.3.1 立柱布置 163.3.2 立柱的结构 173.3.3 立柱主要参数确定 19参考文献21致 谢 2. 21.液压支架的概述1.1 液压支架的组成和用途1.1.1 液压支架的组成液压支架由顶梁、底座、掩护梁、立 柱、推 移装置

3、、操 纵控制系 统等主要部分组成。在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定 的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支 护。而液压支架是以高液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的 支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移 架和推移输送机等 一整套工序。实 践表明液压支架具有支护性能好、强度高，移架速度 快、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组合机械化 采煤设备，它 的应用对增加采煤工作面产量、提 高劳动生产率、降 低 成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施， 因此液压支架是技术上先进、经 济上合理，安 全上可靠、是实现采煤

4、 综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。1.2 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 压缸来完成的。1.2.1 升柱当需要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紧紧接触顶板。1.2.2 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。1.2.3 支架和输送机前移支架和输送机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成。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对活塞杆腔 另一腔回液，

5、以 输送机为支点，缸 体前移，把整个支架拉向煤壁；当 需要推输送机时，支架支撑顶板后，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，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。 支架的支撑力与时间的曲线，称 为支架的工作特性曲线，如 图 1-1 所 示。tlt2图 1-1 支架 的工作特 性曲线to 初撑阶段；tl 增阻阶段；t2 恒阻阶段；pl 初撑力；p2 工作阻力支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段。 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 液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶

6、段为初撑力阶段 t0 支架初撑力后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至增加到支架的 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 tl 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，使顶板压力减少，立柱下腔压 力降低，当低于安全阀压力调整值后，安全阀停止溢流，这样在安全 阀调整压力的限止下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻 阶 段 t2 。1.3 液压支架的基本要求1）为了满足采煤工艺及地制条件的要求，液压支架是有足够的初撑力 和工作阻力，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。2）液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一

7、般力为 100KN 左右 移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100KN150KN，中厚煤炭一般 为150KN至250KN。厚煤层一般为300KN400KN。3）防止性能要好。4）排矸性能好。5）要求液压支架能保证采煤工作有足够的通风断面，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， 能够承受一事实上不均匀载荷和冲击载 荷。10）在满足强度条件下， 尽可能减轻支架重量。11）要易于拆卸， 结构要简单。12）液压元件要可靠1.4

8、设计液压支架必需的基本参数1）顶板条件 根据老顶和直接顶的分类， 对支架进行选型。2）最大和最小采高 根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的 支护强度。3）瓦斯等级根据瓦斯等级， 按保安规程规定， 验算通风断面。4）底板岩性能及小时涌水量根据底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，决定是否选用防滑装置7）井向罐笼尺寸根据井向罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8）配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。1.5 液压支架的选型1.5.1 液压支架的支撑力与承载关系掩护式支架的特点是顶梁较短，控顶距较

9、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支架大。1）掩护式支架在破碎不稳定顶板的条件下的受力情况 顶梁受力，由于支架顶梁较短，使支架重复支撑次数少，所以顶板较 完 整 。掩 护 梁 受 力 ，由 于 顶 板 破 碎 ，在 顶 梁 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和水平分力。 掩护式支架虽然立柱少，支撑力较小，但由于顶梁短，单 位面积支撑 力大，载荷分布与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。2）掩护式支架在中等稳定以上顶板的受力情况 掩护式支架由于立柱少，且 呈倾斜布置，支

10、 撑力小，切 顶性较差。直 接顶冒落时，冒落岩石分别作用在顶梁和掩护梁上。周期来压时，由于顶梁后部顶板不能充分切断，老顶压力将由整 个支架和采空区垮落岩石承担，或者有可能出现在切顶时，老顶直接 加压在掩护梁上，这就使掩护梁上载荷剧增，迫使顶梁支撑力减小， 使支架难于承受顶板的压力和控制顶板的冒落。所 以，它不能在中等 稳定以上顶板下工作。1.5.2 液压支架架型的分类按 照 液 压 支 架 在 采煤 工 作 面 安 装 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 上

11、所有位置的支架。目前使 用的液压 支架分三 类：支 撑式、掩护式和 支撑掩护 式支架1) 支 撑式支架：支 撑式支架的 架型有垛式支 架和节式支架 两种型式 如图 1-3 ，前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱 的复位装置来保证。因 此底座坚固定，它 靠支柱和顶梁的支撑作用控 制工作面的顶板，维护工作空间。顶板岩三石则在顶梁后部切断垮落 这类支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板紧硬完 整，周期压力明显或强烈，底板较硬的煤层。TT Eab图1-3a垛式b 节式2) 掩护式支架：掩护式支架有插腿式和非插腿式两种型式。 如图 1-4 所示顶梁较短，对顶板的作用力均匀；结构

12、稳定，抵抗直接顶水平运 动的能力强；防护性能好调高范围大，对煤层厚度变化适应性强；但 整架工作阻力小，通风阻力大，工作空间小。这类支架适用于直接顶图1-4 a 插腿式支架b 立柱支在掩护梁上非插腿式支架c立柱支在顶梁上非插腿式支架3）支撑掩护式支架：支撑掩护式支架架型主要用：四柱支在顶梁上（如 图 1-5a ，b 所示）；二柱支在顶梁（ 如图 1-5，c 所示）一 柱或二柱支 在掩护梁上。支柱两排，每排 1-2 根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧 装有掩护梁和四连杆机构。它的支撑力大，切顶性能好，防护性能好 结构稳定，但结构复杂，重量大，价贵，不便于运输。这类支架适用 于直接顶为中等稳定或稳定，老

13、顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储图1-5 a四柱平行支在顶梁上支架，b 四柱交叉支在顶梁两柱在掩 护梁上支架，c 两柱在顶梁两柱支在掩护梁上支架1.5.3 液压支架选型原则液压支架的选型,其根本目的是使综采设备适矿井和工作面的条 件 ,投产后能做 到高产、高效、安全， 并为矿 井的集中生产、优 化管 理和最佳经济效益提供条件，因 此必须根据矿井的煤层、地 质、技 术 和设备条件进行选择。1）液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。一般情况下可根据顶 板的级别直接选出架型。2）当煤层厚度超过 2.5m 时， 顶板有侧向推力和水平推力时， 应选用 抗扭能力强支架一般不宜选用支撑式支架。3）当煤层厚

14、度达到2.52.8mm以上时，需要选择有护帮装置的掩护 式或支撑掩护式支架，煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大的掩 护式双伸缩立柱的支架。4）应使支架对底板的比压不超过底板允许的抗压强度。在底板较软条 件下，应选用抬底装置的支架或插腿掩护式支架。5）煤层倾角10时，支架可不设倒滑装置1525度时，排头支架应 设防倒防滑装置，工作面中部输送机设防滑装置，工作面中部支架设 底调千斤顶， 工作面中部输送机调防滑装置。6）对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并优先选用通 风面积大的支撑式或支撑掩护式支架。7）当煤层为软煤时，支架最大采高一般W 2.5m ；中硬煤层时，支架最 大采高一般W

15、3.5m ；硬煤时，支架最大采高V 5m8）在同时允许选用几种架型时， 应优先选用价格便宜的支架。9）断层十分发育，煤层变化过大，顶板的允许暴露58m2,时间在20min 以上时， 暂不宜采用综采。10）特殊架型的选择可根据特殊架型中各节的适用条件进行选择。1.5.4 液压支架设计的原始条件1）老顶级别II （不明显）N3 52）直接顶类别 2（ 稳定顶板）强度指数 D1 7.1 12直接顶初次垮落步距 L1（m）=19 25表中按下式计算：D1= O * cl *c2 （ Mpa ）O 一岩石单向抗压强度（Mpa ）；C1 节理裂隙影响系数；C2 分层厚度影响系数；C1 取 0.41 ； c2 取 0.32煤层厚度（m）1.72.5 老顶级别II 直接顶类别 2表 1-1 适应不同类级顶板的架型和支护强度老顶级别III直接顶类别23掩护式或支撑掩护式掩护式 支撑式 掩护式 掩护式 架型23 支 撑 式2