液压支架的结构原理及常见故障

一、液压支架的工作原理及结构

1、液压支架的工作原理：

液压支架是以高压液压为动力，由若干液压元件（液压缸和阀件）与一些金属结构件按一定连接方式组合而成的一种采煤工作面支护设备，它能实现升架（支撑顶板）、降架（脱离顶板）、移架、推动刮板输送机前移以及顶板管理一整套工序，并能可靠地支撑顶板，有效地隔离采空区，防止矸石进入工作面，保证了正常作业所需的空间。液压支架与采煤机、工作面刮板输送机配套使用，实现了采煤综合机械化，解决了机械化采煤工作面顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步提高了采煤和运输设备的效能，减轻了煤矿工人的劳动强度，改善了安全生产条件。

2、液压支架的基本组成部分：

液压支架由承载结构件、执行元件、控制和操纵元件、辅助装置、传动介质等组成。

图—1液压支架的组成

1—前立柱；2—后立柱；3—顶梁；4—掩护梁；5—前连杆；6—后连杆；7—底座；8—操作阀；9—推移千斤顶

⑴承载结构件有：顶梁、掩护梁和底底座等。

顶梁是直接与顶板相接触，并承受顶板岩石载荷的支架部件；

掩护梁是阻挡采空区冒落矸石不涌入工作面空间，并承受冒落矸石的载荷，以承受顶板水平推力的部件；

底座是直接与底板相接触，传递顶板压力到底板并承受顶板压力的支架部件。

⑵执行元件有：立柱和各种千斤顶。

立柱是支撑在顶梁（或掩护梁）和底座之间直接或间接承受顶板载荷的油缸，立柱是支架的主要动力执行元件，它的结构强度和结构形式决定了支架的支撑力的大小和支撑高度范围；

千斤顶是除立柱以外的各种油缸，它完成推移刮板输送机、移设支架和调整支架及完成各种保护动作等。

⑶控制和操纵元件有：操纵阀、截止阀及各种油缸的控制阀等。

操纵阀是用以操纵支架各执行元件动作的阀，它是支架的动作指挥元件。根据支架的执行元件多少及对动作的要求不同，操纵阀的结构也不一样。液压支架上所用的控制阀较多，但油缸控制阀只有液控单向阀和安全阀。

⑷辅助装置：除上述三项构件以外的其它构件。它包括推移装置、复位装置、挡矸装置、护帮装置、防倒防滑装置、喷雾装置和照明等。

⑸传动介质：液压支架所用的传动介质是乳化液，它将泵站的液压能传递给液压支架各执行元件，使之获得工作的动能，并对设备具有低腐蚀、高效能的作用。

图—2

3、初撑：

操纵阀8处于升柱位置，高压液体经液控单向阀6进入立柱下腔，立柱上腔排液，活柱和顶梁升起支撑顶板。

顶梁接触顶板，立柱下腔压力达到泵站工作压力，操纵阀置于中位，液控单向阀关闭，立柱下腔液体被封闭——支架的初撑阶段→支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。Pb--泵站工作压力(MPa),n —立柱数量，D —活塞直径(mm)。1MPa ≈10kg, 10KN ≈1T 。 支架初撑力：23D P cos 104

c b F n α-=⨯πKN 4、承载：

支架初撑后，进入承载阶段。顶板缓慢下沉，顶板对支架的压力增加，立柱下腔压力升高——支架增阻过程。

下腔压力超过安全阀5动作压力→高压液体经安全阀泄出，立柱下缩 立柱下腔液体压力小于安全阀动作压力→安全阀关闭，立柱工作阻力保持恒定——恒阻过程。

支架对顶板的支撑力称为工作阻力，由支架安全阀的调定压力决定。Pa--安全阀动作压力MPa 支架工作阻力：23D P cos 104

a F n α-=⨯πKN 5、卸载：

操纵阀8处于降架位置，高压液体进入立柱上腔，打开液控单向阀6，立柱下腔排液→立柱(支架)卸载下降。

6、支架工作时的支撑力变化分三个阶段：

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，安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段t2→液压支架的阻力—时间特性。

图—3

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；

为使支架恒定在最大支撑力，具有可缩性，支架在保持恒定工作阻力下，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——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。

图—4

7、支架移动和推移输送机：

支架和输送机的前移由底座3上的推移千斤顶4完成。

移架：降柱卸载→操纵阀7处于移架位置使高压液体进入推移千斤顶4活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把支架拉向煤壁。

推移输送机：支架支撑顶板，高压液体进入推移千斤顶活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。

二、液压支架的分类

1、液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点不同，分支撑式、掩护式和支撑掩护式。

图—5支撑式液压支架

图—6掩护式液压支架

图—7支撑掩护式液压支架

（1）支撑式支架：

立柱支撑在顶梁上，没有掩护梁。

支撑式支架按结构分有垛式和节式两种。

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图—8支撑式支架

支撑式支架结构特点：

顶梁较长，长度4m左右；立柱多，4～6根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置，以平衡水平推力和防止矸石窜入工作空间内。

支撑式支架支护性能：

支撑力大，作用点在支架中后部，切顶性能好；对顶板重复支撑次数多，易把完整的顶板压碎；抗水平载荷能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架工作空间和通风断面大。适应于缓倾斜、顶板稳定的薄与中厚煤层。

（2）掩护式支架：

以单排立柱为主要支撑部件并带有掩护梁的液压支架。用于直接顶中等稳定以下，顶板周期来压不强烈的采煤工作面。

图—9掩护式支架架型示意图

a—掩护式（插腿）；b—掩护式（不插腿）；c—掩护式（平衡千斤顶在顶梁与掩护梁间）；d—掩护式（平衡千斤顶在掩护梁与底座之间）

根据立柱布置和支架结构特点，掩护式支架分支掩掩护式支架和支顶掩护式支架。

掩护式支架支护性能：

支撑力较小，切顶性能差，顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁顶板，支护强度较大、均匀，掩护性好，能承受较大水平推力，对顶板反复支撑次数少，能带压移架。顶梁短，立柱倾斜布置，作业空间和通风断面小。

掩护式支架结构特点：

掩护梁较宽以挡住采空区的矸石进入作业空间，掩护梁上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。双纽线机构以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱支撑力间接作用于顶梁或直接作用于顶梁上。掩护式支架立柱较少，且倾斜布置，以增加支架调高范围，支架两侧有活动侧护板把密封架间。顶梁较短，一般在3.0m左右。

（3）支撑掩护式支架：