易冒落的顶板 液压支架设计概述
中国矿业大学2009届本科生毕业设计概述1.1液压支架的用途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。而液压支架是以高压液体作为动力，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成综合机械化采煤设备，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，是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。全套图纸，加.2液压支架的工作原理液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。这些动作是利用乳化液泵站提供的高压液体，通过液压控制不同功能的液压缸来完成的。每架支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统，如1－1所示，其中液控单向阀和安全阀设在架内，操纵阀可设在本架或邻架内，前者为本架操作，后者为邻架操作。1.2.1支架升降支架的升降依靠立柱2的伸缩来实现，其工作过程如图1-1中国矿业大学2009届本科生毕业设计进入立柱的下腔，同时立柱的上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板。
当顶梁接触顶板，立柱下腔的压力达到泵站的工作压力后，操纵阀置于中位，液控单向阀5关闭，从而立柱下腔液体被封闭，这就是支架的初撑阶段。承载支架初撑后，进入承载阶段。随着顶板的缓慢下沉，顶板对支架的压力不断增加，立柱下腔被封闭的液体压力将随之迅速升高，液压支架受到弹性压缩，并由于立柱缸壁的弹性变形而使缸径产生弹性扩张，这一过程就是支架的增阻过程。当下腔液体的压力超过安全阀5的动作压力时，高压液体经安全阀5泻出易冒落的顶板，立柱下缩，直至立柱下腔的液体压力小于安全阀的动作压力时，安全阀关闭，停止泄液，从而使立柱工作阻力保持恒定，这就是恒阻过程。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。中国矿业大学2009届本科生毕业设计图1-1液压支架工作原理顶梁；2-立柱；3-输送机；4-安全阀；5-液控单向阀；6，7-操纵阀；8-乳化液泵；9-推移液压缸；10-底座；11-后连杆；12-前连杆；13-掩护梁卸载当操纵阀处于降架位置时，高压液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀5，立柱下腔排液，于是立柱卸载下降。中国矿业大学2009届本科生毕业设计图1-2液压支架工作特性曲线由以上分析可以看出，支架工作时的支撑力变化可分为三个阶段，如图1－2，即：开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段t0，初撑后至安全阀开启前的增阻阶段t1，以及安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段t2，这就是液压支架的阻力－时间特性。
它表明液压支架在低于额定工作阻力下工作时，具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用，在达到额定工作阻力时，具有恒阻性；为使支架恒定在此最大支撑力，又具有可缩性，即支架在保持恒定工作阻力下，能随顶板下沉而下缩。增阻性主要取决于液控单向阀和立柱的密封性能，恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现，因此安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。1.2.2支架移动和推移输送机支架和输送机的前移，由底座10上的推移液压缸9来完成。需要移架时，先降柱卸载，然后通过操纵阀使高压液体进入推移液压缸需要推移输送机时，支架支撑顶板，高压液体进入推移活塞缸9的活塞中国矿业大学2009届本科生毕业设计腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出易冒落的顶板，把输送机推向煤壁。1.3液压支架的分类液压支架按结构形式划分，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。如图1-3所示。支撑掩护式1－前探梁；2－顶梁及其侧护板；3－掩护梁及其侧护板；4－前连杆；5－后连杆；6－底座；7－立柱；8－推移千斤顶；9－平衡千斤顶；10－操纵阀与控制阀；11－护帮机构；12－护帮千斤顶；13－前梁千斤顶；14－挡矸支撑式支架支撑式支架利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。
其特点是：立柱多，支撑力大，切顶性能好；顶梁长易冒落的顶板 液压支架设计概述，通风断面大，适用于中等稳定以上的顶板。支撑式支架有垛式和节式之分。根立柱，可以支撑坚中国矿业大学2009届本科生毕业设计硬与极坚硬的顶板。(2)掩护式支架掩护式支架利用立柱、短顶梁支撑顶板，利用掩护梁来防止岩石落入工作面。其特点是：立柱少，切顶能力弱；顶梁短，控顶距小；由前后连杆和底座铰接构成的四连杆机构使抗水平力的能力增强，立柱不受横向力；而且使板前端的运动轨迹为近似平行于煤壁的双纽线，梁端距变化小；架间通过侧护板密封，掩护性能好；调高范围大，适用于松散破碎的不稳定或中等稳定的顶板。(3)支撑掩护式支架支撑掩护式支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和防护作用易冒落的顶板，适于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。根据使用条件，支撑掩护式支架的前、后排立柱可前倾或后倾，倾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架适用于薄煤层。1.4液压支架的组成液压支架由以下几个主要部分组成：顶梁、底座、立柱、掩护梁、活动侧护板、前连杆、后连杆、推移机构、操纵控制系统。1.4.1顶梁用途：将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。要求：顶梁应有足够的强度，即使在接触应力分布不均匀的情况下也不致被压坏；顶梁能适应顶板的起伏变化。
铰接式顶梁由前梁、主梁、前梁千斤顶、护帮千斤顶、护帮板组成，其结构如图1-4所示，这种顶梁的前梁与主梁是通过销轴铰接而成，它对顶板有较好的接顶能力。该结构目前在中位放顶煤支架中大量采用，它适合于中硬煤层、类中等稳定的直接顶下使用。中国矿业大学2009届本科生毕业设计图1-4铰接式顶梁1—前梁；2—顶梁；3—前梁千斤顶；4—护帮千斤顶；5—护帮板1.4.2底座用途：将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。要求：底座与底板的接触面积大，以减小底座对底板的接触比压，避免支架陷入底板；底座要能把落入支架内的碎矸排弃到老塘中。1.4.3立柱用途：立柱设置有大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载较大。1.4.4掩护梁用途：掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座；掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸能力。中国矿业大学2009届本科生毕业设计1.4.5活动侧护板用途：消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止冒落的矸石进入支护空间；调整支架的间距。支架侧护板装置一般由侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。
主要作用为：（1）挡矸。可改善顶梁与掩护梁的护顶、防矸性能，隔离控顶区与采空区、防止冒落矸石窜入工作面，减少冒矸形成的粉尘；（2）导向。在支架移架时起导向作用；（3）防倒、调架。活动侧护板增强了支架侧向稳定性，其上设置的弹簧 与千斤顶都起防倒与调架作用。 顶梁和掩护梁的侧护板的结构型式，如图1-5 所示： 图1-5 侧护板的结构型式 一种是一侧固定另一侧活动的侧护板。由于固定侧护板与梁体焊接在一 起，可节省原梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。在设计时，根据左右 工作面来确定左侧或右侧为活动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定侧护 板，下方为活动侧护板。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接， 以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板靠紧。但当改换工作面开采方向时， 活动侧护板便位于倾斜方向的上方，对调架、防倒等带来不便，所以很少采 中国矿业大学2009届本科生毕业设计 另一种是两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。 3．侧护板的结构型式分为两种：一种是侧护板在顶梁的外侧。这种类 型侧护板又有三种型式，图1-5 a，顶梁上无顶板，侧护板易被冒落矸石压住， 影响侧护板的伸缩；图 1-5b、c，在顶梁上加设顶板，克服了以上的缺点易冒落的顶板 液压支架设计概述， 但支架承载时，侧护板装置受力很大。另一种是铰接式侧护板，如图 1-5d 所示。它克服了以上两种侧护板的缺点，但由于架间侧护板造成三角带容易