液压支架地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。

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：
在支撑式和掩护式架型基础上发展，兼有这两种架型的主要技术特征。

适用于直接顶中等稳定、稳定和坚硬，周期压力强烈，底板软硬均可，煤层倾角一般不大于25°，煤层厚度1～4.5m，瓦斯涌出量适中的采煤工作面。

根据支架的结构特点分支顶支撑掩护式和支顶支掩支撑掩护式。

图—10支撑掩护式支架
支撑掩护式液压支架技术性能：
顶梁长，有整体刚性和分体铰接；有些顶梁带外伸或内伸的伸缩梁。

多数支架有双人行通道，通风断面大；支撑合力在顶梁后部，切顶能力强；底座为整体结构，有底封式和底开式；立柱倾斜度小，支撑效率高，调高范围较小，适应煤层厚度的变化能力不如掩护式液压支架；前后排立柱受载经常不均，在同样煤层地质条件下要求其工作阻力和支护强度应高于掩护式液压支架；
液压系统中的动力缸和控制元件多，操作较复杂，影响移架速度。

2、液压支架按适用工作面截高范围分薄煤层支架、中厚煤层支架和大采高支架。

3、根据液压支架在工作面的位置分工作面支架、过渡支架(排头支架)和端头支架。

4、按适用采煤方法分一次采全高支架、放顶煤支架、铺网支架和充填支架。

5、按控制方式分为本架控制支架、邻架控制支架和成组控制支架。

三、液压支架型号表示方法
液压支架型号命名分3部分：第一部分为产品类型及类型及特征代号，用大写汉语拼音字母表示；第二部分为液压支架主要参数代号，用阿拉伯数字表示；第三部分为液压支架补充特征及修改序号代号，用阿拉伯数字表示。

1、液压支架“产品类型代号”表示产品的类别，统一用汉语拼音字母“Z”表示。

2、液压支架“第一特征代号”表示产品的支护性能、主要用途，用汉语拼音字母表示：D——垛式、J——节式、Z——支撑掩护式、Y——掩护式、F——放顶煤、C——充填等。

3、液压支架“第二特征代号”表示产品的结构特征、使用场所等，用汉语拼音字母表示：H——滑移顶梁、X——立柱“X”型布置、D——单输送机、F——风力充填等。

4、液压支架“主参数代号”依次表示其工作阻力、最小高度、和最大高度3个参数，均用阿拉伯数字表示，参数与参数之间用“/”符号隔开，工作阻力单位为KN，高度单位为dm。

高度值出现小数时，最大高度舍去小数，最小高度四舍五入。

5、液压支架“补充特征代号”是“第二特征代号”的补充，如前述代号仍难表示全面时，可用“补充特征代号”补充表示。

“补充特征代号”用汉语拼音字母表示，如L——机械联网、C——插腿式或插板式等。

6、液压支架“修改序号”是在产品型式或结构等有重大改进时作为识别用，以带括号的汉语拼音字母依次表示，如（A）——第一次改型、（B）——第二次改型、
7、液压支架型号中所用的汉语拼音字母一律采用大写字母，其中不得用“l”和“O”相混淆。

8、液压支架型号中所用的汉语拼音字母、阿拉伯数字的字体大小相仿，不得采用角标
例：1、ZZP4800/17/33型支架各符号的含义
Z —液压支架
Z—支撑掩护式
P—铺网支架
17—最低支撑高度17dm
33—最大支撑高度33dm
4800－工作阻力4800KN
2、ZFS4000/16/28C放顶煤液压支架
Z—液压支架
F—放顶煤
S—双输送机
C—插板式
4000—支架工作阻力4000KN
16—支架最小高度16dm
28—支架最大高度28dm
3、ZFZ4400/16/28ST为有四连杆机构、抬底座装置的中位放顶煤支架
Z—液压支架
F—放顶煤
Z—中位放煤
S—四连杆机构
T—抬底座装置
4400—支架工作阻力4400KN
16—支架最小高度16dm
28—支架最大高度28dm
四、液压支架常见故障原因与处理
1、管路系统无压力液，操作无动作
（1）原因：
①检修后断路阀未打开；②软管被堵死或被咂伤破裂漏液；
③软管接头脱落或扣压不紧，接头密封损坏漏液；④进液侧过虑器被堵塞，液路不通；⑤操作阀内密封损坏，高低压腔窜液。

（2）预防与处理：
①打开断路阀；②理顺软管，损坏的更换；③接牢管接头，更换密封件；④更换清洗过虑器；⑤更换操作阀。

2、推移千斤顶供液后无动作或动作缓慢
（1）原因：
①活塞密封损坏，高低压窜液；②活塞杆弯曲变形或焊接处断裂；③控制阀、交替单向阀或液控单向阀的密封不严，有脏物卡住或密封损坏；④进液管路压力低，阻力大或液管堵塞；⑤采煤机割出台阶，或支架、溜子煤壁侧有矸石，大块煤卡住；⑥千斤顶与支架连接销或连接块折断。

（2）预防与处理：
①调查故障原因；②确定故障原因后，撤换损坏件，并进行检查，由外部原因引起时，则清除杂物。

3、邻架移架时，本架不供液的千斤顶随之动作
（1）原因：
推溜回路的液控单向阀密封不严。

（2）预防与处理：
更换密封零件。

4、操作阀手把处于停止位置时，阀内有咝咝声响，或油缸有缓慢动作
（1）原因：
①阀座等密封不好；
②密封圈或密封弹簧损坏；
③阀内有脏物卡住。

（2）预防与处理：
①更换密封零件；
②更换密封圈或弹簧；
③先动作冲洗几次无效时，更换清洗。

5、支架初撑力达不到要求
（1）原因：
①泵压低。

②操作时间短，未达到泵压即停止供液。

（2）预防与处理：
①调泵压，排除管路堵塞；
②操作时充足液。

6、支架工作阻力达不到要求
（1）原因：
①安全阀调压低，未达到工作压力就开启；
②安全阀失灵；
③管路渗漏液。

（2）预防与处理：
①更换安全阀，并按要求调定其工作压力；
②更换安全阀；
③检修更换损坏管路。

7、操作阀阀体外渗液
（1）原因：
①接头和片阀间密封件损坏；
②连接片阀的螺栓、螺母松动；
③端面密封处不好，手把端套处渗漏。

（2）预防与处理：
①更换密封阀；
②拧紧螺母；
③更换密封。

8、操作阀手把不灵活，不能自锁
（1）原因：
①手把处碎矸、煤粉过多；
②压块或手把工作凸轮磨损；
③手把摆角小于80°。

（2）预防与处理：
①及时清理手把处杂物，并采取防护措施；
②更换压块或手把；
③摆足角度。

9、U形卡折断、丢失
（1）原因：
①U形卡质量不合格；
②装卸时敲击折断；
③U形卡规格不对。

（2）预防与处理：
①更换、检修U形卡；
②更换时，防止撞击；
③更换U形卡。

10、液压支架自动下降
（1）原因：
①安全阀泄液或调定值低。

②单向阀不能闭锁。

③立柱至阀连接板一段泄漏。

④立柱内泄漏。

（2）预防与处理：
①更换安全阀或调至规定值。

②更换单向阀。

③检修更换泄漏管。

④其他原因排除后仍降柱，则要更换立柱。

11、乳化液外泄
（1）原因：
①密封件损坏或尺寸不合适。

②沟槽有缺陷。

③接头焊缝有裂纹。

（2）处理与预防：
①更换密封件。

②处理缺陷的沟槽。

③补焊接头。

12、液压支架不升或升速慢
（1）原因：
①截止阀未打开或未全开。

②泵压低，流量小。

③立柱外漏或内串液。

④系统堵塞。

⑤立柱变形。

（2）处理与预防：
①完全打开截止阀。

②查泵压、水源和管路。

③更换立柱。

④清洗或排堵。

⑤更换立柱。

13、液压支架不降或降速慢
（1）原因：
①截止阀未打开或开程不够。

②液控单向阀打不开。

③操作阀动作不灵活。

④顶梁或其他部位有卡阻。

⑤管路有泄漏、堵塞。

（2）处理与预防：
①完全打开截止阀。

②检查压力是否过低，管路有无堵塞。

③清理手把处堵塞物或更换操作阀。

④排除卡阻物并调架。

⑤处理泄漏处及更换管路。

14、低于额定压力安全阀就开启
（1）原因：
①未按要求调定工作压力。

②弹簧疲劳。

③井下调动安全阀。

④密封面有污物。

（2）处理与预防：
①重新调动工作压力。

②更换弹簧。

③更换安全阀，井下严禁调动安全阀。

④清洗并更换密封件。

15、超过额定压力安全阀不能开启
（1）原因：
①弹簧力过大，不符合性能要求。

②阀座、弹簧座弹簧变形卡死。

③杂质脏物堵塞，阀座不能移动，过虑器堵塞。

④调动了调压螺钉，使阀实际超调。

（2）预防与处理：
①更换弹簧。

②更换、检修损坏件。

③更换、清洗堵塞件。

④更换、重新调动安全阀至规定值。

16、高压软管漏夜
（1）原因：
①胶管被挤、砸坏。

②胶管过期老化。

③接头扣压不牢。

④升降、移架时胶管被挤坏。

⑤高、低压胶管误用。

（2）处理与预防：
①更换破损胶管。

②更换老化胶管。

③更换接头重新扣压。

④更换胶管，把好管卡。

⑤使用合格品，加强管理，高低压胶管不得混用。

五、液压支架日常维护管理注意事项
1、支架在工作面进行部件拆装时，应注意顶板情况，做好人身和设备的防护工作。

更换立柱、前探梁千斤顶、各种控制阀等元件时，要先用临时支柱支撑住顶梁后再进行。

2、支架上的液压部件及管路系统在有压力的情况下，不得进行修理和更换，必须卸载后进行，拆装时严防污物进入。

3、拔出后的高压胶管，接头应朝向地面，不得指向人员。

4、支架拆装和检修过程中，必须使用合适的工具，禁止硬打乱敲。

尤其是各种油缸、油塞杆和导向套，各种阀件的阀芯与密封面、管接头以及连接螺纹等，防止损伤，避免增加检修困难。

对拆装的液压零部件要标上记号及量取必要的尺寸，并分别放在适当的地方。

拆下的零件，如垫圈、开口销、密封圈等，应装入工具袋内，防止丢失。

5、支架上使用的各种油缸和阀件等液压元件，一般不允许在井下拆检与调试，如果发现问题不能继续使用时，必须整件更换，送井上进行修理。

各种油缸在井下拆装、运搬过程中，应先收缩至最低位置，将缸体内液体倒净，便于运搬和防止活塞杆表面碰伤、锈蚀。

搬运时要注意轻放。

6、备换的各种软管、立柱、千斤顶与各种阀体的进出液口，必须用合适的堵头保护，并在存放与搬运过程中，防止堵头拧掉或脱落。

7、更胶管接头的连接应保持原有位置，不得随意改变。

8、支架检修后应做好检修记录，包括检修内容、材料和配件消耗、所需工时、质量检查情况和检修负责人等，以便积累资料、5情况，为今后检修创造条件；还应进行整架动作性能试验。

9、支架的存放与配件储备要有计划，设专人负责保管，加强防尘、防锈和防冻措施。

支架和配件的存放应尽量放在库房内，对存放地面露天待检修或暂不下井的支架，应集中在固定地方进行保管，将支架各种油缸、阀件内残存的乳化液全部放掉，各接口处用堵头封好。

六、支架的维护和管理要求
1、基本要求：掌握液压支架有关知识，了解各零部件结构、规格、材质、性能和作用，熟练地进行维护和检修。

遵守维护规程：及时排除故障，保持设备完好，保证正常安全生产。

2、维护内容：包括日常维护保养和拆检维修。

维护重点是液压系统。

日常维护保养做到：一经常、二齐全、三无漏堵。

“一经常”—维护保养坚持经常；“二齐全”—连接件齐全、液压元部件齐全；“三无漏堵”—阀类无漏堵，立柱千斤顶无漏堵、管路无漏堵。

液压件维修的原则是：井下更换、井上拆检。

3、维护前做到：一清楚、二准备。

“一清楚”—维护项目和重点
要清楚；“二准备”—准备好工具，尤其是专用工具，准备好备用配件。

维护时做到：了解核实、分析准确、处理果断、不留后患。

“了解核实”—了解出故障的前因后果并加以核实无误；“分析准确”—分析故障部位及原因要准确；“处理果断”—判明故障后要果断处理，该更换的即更换，需拆检的即上井检修；“不留后患”—树立高度责任感和事业心，排除故障不马虎、不留后患，设备不带“病”运转。

4、坚持维护检修制度，做到五检：班随检、日小检、周（旬）中检、月大检、季（年）总检。

“班随检”—生产班维修工跟班随检，着重维护保养和一般故障处理；“日小检”—检修班维护检修可能发生故障部位和零部件，基本保证三个生产班不出大的故障；“周（旬）中检”—在班检、日检的基础上进行周（旬）末的全面维护检修，对磨损、变形较大和漏堵零部件进行“强迫”更换，一般在6小时内完成，必要时可增加1～2小时；“月大检”—在周（旬）检基础上每月进行一次全面检修，统计出设备完好率，找出故障规律，采取预防措施，一般在12小时内完成，必要时可延长至一天，列入矿检计划执行；“季（年）总检”—在每月检的基础上每季（年）进行总检，一般在一天内完成，也可与当月大检结合进行，统计出季（年）设备完好率，验证故障规律，找出经验教训。

5、维护工要做到：一不准、二安全、三配合、四坚持。

“一不准”—井下不准随意调整安全阀工作压力；“二安全”—维护中要确
保人和设备安全；“三配合”—生产班配合操作工维护保养好支架，检修班配合生产班保证生产班无大故障、检修时与其它工种互相配合共同完成检修班任务；“四坚持”—坚持正规循环和检修制度、坚持事故分析制度、坚持检修日志和填写有关表格、坚持技术学习提高业务水平。

七、液压支架的完好标准
液压支架架体的完好标准
1、零部件齐全，安装正确，柱靴及柱帽的销轴、管接头的U形销、螺栓、穿销等不缺少。

2、各结构件、平衡千斤顶座无开焊或裂纹。

3、侧护板变形不超过10mm，推拉杆弯曲每米不超过20mm。

液压支架立柱、千斤顶完好标准
1、活柱不得炮崩或砸伤镀层无脱落，局部轻微锈斑面积不大于50mm2；划痕深度不大于0.5mm，长度不大于50mm,单件上不多于3处。

2、活柱和活塞杆无严重变形，用500mm钢尺靠严，其间隙不大于1mm。

3、伸缩不漏液，内腔不串油。

4、双伸缩立柱的活柱动作正确。

5、推拉千斤顶与挡煤板、防倒千斤顶与座连接可靠。

液压支架各阀、胶管和设备环境完好标准
1、阀的完好标准是：
（1）密封性能好，不窜液，不漏液，动作灵活可靠。

（2）截止阀、过滤网齐全，性能良好。

（3）安全阀定期抽查试验，开启压力不小于0.9pH(pH为额定工作压力)，不大于1.1pH；关闭压力不小于0.85pH。

2、胶管的完好标准是
（1）排列整齐合理，不漏液
（2）接头可靠，不得用铁丝代替U形销
3、设备环境：架内无杂物，浮矸不埋压管路和液压件
实训教学
项目：一、液压系统的管路拆卸、安装
1、工器具：小撬杆、手锤、活扳手、平口螺丝刀、密封圈
2、操作步骤：
（1）拆掉护帮千斤顶的胶管、三通、U型卡子、弯头。

（2）拆侧护板千斤顶的胶管、三通、U型卡子、弯头。

（3）拆前梁千斤顶连接的胶管、弯头、U型卡子。

（4）拆伸缩梁千斤顶连接的胶管、弯头、U型卡子。

（5）拆立柱的胶管、三通、及U型卡子。

（6）拆平衡千斤顶的胶管、三通、及U型卡子。

（7）拆推移千斤顶的胶管、三通、及U型卡子。

（8）拆主进、回液胶管、三通、及U型卡子。

3、安全操作注意事项：
（1）1、液压设备维修之前应先泄压。

2、维修之后设备重新启动之前，应确保被松开的螺栓和接头重新紧固。

3、确保接口正确，胶管和管路附件必须满足要求，并先进行功能试验。

4、进行液压系统维修时，维修人员必须认真了解液压系统的原理，安全注意事项以及操作规程。

工作人员决不可处于未采取安全防护措施的部件下方！
使用的工器具必须完好。

2、操作时必须认真学习实操步骤及注意事项。

3、操作时现场要有专人指挥。

4、操作时实训老师要在现场随时指导。