最新毕业设计-液压支架立柱的设计分析

毕业设计-液压支架立柱的设计分析2 顶板分类1.直接顶分类我国将缓倾煤层回采工作面的直接顶分为四类。

⑴不稳定顶板即破碎顶板;很容易冒落，冒落能基本充满采空区。

泥质页岩﹑再生顶板等属于这一类。

⑵中等稳定顶板，这累顶板强度较高，但有大量的节理缝隙，局部较完整，厚度不大，冒落后不能充满采空区，一般支护设备前移后随即冒落。

页岩，粉砂岩等直接顶属于这一类顶板。

⑶稳定顶板即完整顶板：不易发生局部冒落，砂岩顶板﹑坚硬的砂岩属于这类顶板。

4 坚硬顶板：极难冒落的砂岩﹑坚硬砂质页岩等属于这类顶板。

1.老顶分级老顶根据周期来压明显与否分为四级：Ⅰ级顶板，周期来压不明显；Ⅱ级顶板，周期来压明显；Ⅲ级顶板，周期来压强烈；Ⅳ级顶板，周期来压极其强烈。

老顶来压越不明显，作用于支架上的载荷就越小，而且稳定。

反之，周期来压越强烈，作用于支护设备上的载荷就越大，且有冲击。

2.3液压支架的组成液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。

液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。

液压支架按其结构特点，“一般分为三大类，即支撑式、掩护式(图2-1)和支撑掩护式(图2-2)根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为4个部分：(1) 承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。

其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。

(2) 液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。

其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。

(3) 控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。

其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。

图2-1 掩护式液压支架结构图2-2 支撑掩护式液压支架结构(4) 辅助装置，如推移装置、护帮(或挑梁)装置、伸缩梁(或插板)装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件等。

这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。

2.4液压支架的分类按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，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所有位置的支架。

中间液压支架按其结构形式来划分，可分为三种基本类型，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式。

1 支撑式支架支撑式支架是出现最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同，支撑式支架又分为垛式支架（图2-3a）和节式支架（图2-3b）两种结构型式。

垛式支架每架为一整体，与输送机连接并互为支点整体前移。

节式支架由个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移，输送机用于支架相连的推移千斤顶推移。

节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。

支撑式支架的结构特点是：顶梁较长，其长度多在左右；立柱多，一般是根，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支架的工作空间内。

支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的的工作空间和通风断面大。

由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。

(a) (b) 图2-3支撑式支架结构形式—垛式支架—节式支架2 掩护式支架（如图2-1）其主要由前梁、主梁、掩护梁和侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、推移千斤顶、操纵阀等组成。

它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。

底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。

立柱的支撑力间接作用与顶梁或直接作用与顶梁上。

掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。

这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，可以把架间密封。

通常顶梁较短，一般为左右。

掩护式支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。

但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。

由上可知，掩护式支架适用于顶板不稳定或中等稳定、老顶周期来压不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。

3 支撑掩护式支架（如图2-2）其主要由防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、立柱等组成。

支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。

因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。

此种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。

它的缺点是：结构复杂，成本较高。

支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾或后倾。

也可倒八字形布置和交叉布置。

通常，两排立柱都是直接支撑在顶梁上，个别情况下，也有后排立柱支撑在掩护梁上而前排立柱支撑在顶梁上。

4 特种液压支架特种液压支架是为了满足某些特殊的要求而发展起来的液压支架，在结构形式上仍属于以上某种液压支架。

包括放顶煤支架等。

2.5液压支架的工作原理液压支架在工作过程，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站提供的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的，如图2-4所示。

升柱：当需要液压支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的下活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，是与活塞杆相连的顶梁紧紧接触顶板。

降柱：当需要降柱时，高压乳化液进入立柱的上活塞腔，另一腔回液，推动活塞下降，顶梁脱离接触接触顶板。

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的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推移输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶下腔，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。

图2-4 液压支架工作原理1 输送机；2 推移千斤顶；3 立柱；4 安全阀；5 液控单向阀；6 操纵阀支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图2-5所示：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-初撑阶段；-增阻阶段；-恒阻阶段；-初撑力；-工作阻力（1）初撑阶段支架在升柱时，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，支架的夜控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段，此时支架对顶板的支撑力为初撑力。

支撑式支架的初撑力为(2-1) 图2-5 支架的工作特性曲线式中--支架立柱的缸径，；--泵站的工作压力，；--支架立柱的数量。

由上式可知，支架初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。

合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。

一般采用提高泵站工作压力的办法来提高初撑力，以免立柱的缸径过大。

（2）承载增阻阶段支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直到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。

（3）恒阻阶段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，使顶板压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整之后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限制下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段。

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。

支撑式支架的工作组力为(2-2) 式中--支架安全阀的调定压力；支架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。

对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。

支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它表示支架支撑力的大小。

但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。

因此，常用单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。

即(2-3) 式中：—支架的支护面积，2.6液压支架的支护方式综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。

3个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的3种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。

1 即时支护—般循环方式为：割煤一移架一推溜，工作面“三机”的配套关系。

即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。

适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。

2 滞后支护一般循环方式为：割煤一推溜一移架。

滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。

可用于稳定、完整的顶板。

3 复合支护—般循环方式为：割煤一支架伸出伸缩梁一推溜一收伸缩梁一移架。

复合支护的特点是：支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。

可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。

第三章液压支架的主要参数和选型 3.1原始参数基本（老）顶级别: Ⅰ级直接顶级别:2 支撑高度:1.7m～3.2m 工作阻力和初撑力3500～3600/2000～2500(KN)3.2设计要求⑴通过完成液压支架设计原理以及结构组成等分析，掌握液压支架的设计原理和方法。

⑵完成液压支架的易发故障和解决方法和途径进行分析和技术讨论，并列出易损零件明细和更换维修要求。

⑶完成支架立柱的设计分析。

3.3液压支架的选型原则3.3.1概述从液压支架架型的结构特点结构特点来看，由于架型的不同，它的支撑力分布和作用也不同；从顶板的条件来看，由于直接顶类别和基本顶级级别不同，支架所承受的载荷也不同。

所以，为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力与承载的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。

3.3.2影响架型选择的因素液压支架的架型选择，主要取决于顶板条件和地质条件，结合各类支架的不同性能和特点，选择一种较为合理的架型。

下面简要介绍影响架型选择的因素和如何有针对性地进架型选择。

(1)煤层厚度1）当煤层厚度超过2.5m时，顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不宜选用支撑式支架。

2)当煤层厚度达到2.5～2.8m以上时，需要选择有护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架.3）煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大、带有机械加长杆或双伸缩立柱的掩护式支架。

4)假顶分层开采，应选用掩护式液压支架。

（2）煤层倾角1）煤层倾角小于10°时，液压支架可以不设防倒防滑装置。

倾角在～15°（支撑式液压支架取下限，掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架取上限）以上时，应选用带有防滑装置的液压支架。