支掩式液压支架立柱的设计

支掩式液压支架立柱的设计

ZY3600/12/27.5L型液压支架立柱力学模型建立及验算

液压支架立柱、千斤顶是液压支架的动力部件。立柱的性能和可靠性直接影响着支架的

性能和可靠性，进而影响着综合采煤工作面的安全和生产效率。

一液压支架立柱简介

立柱是液压支架实现支撑和承载的主要部件，它长期处于高压受力状态。其工作腔必须

可靠地密封，装有安全阀以控制其最高工作压力，使工作压力大于泵站压力。它除应具有合理工作阻力和可靠的工作特性之外，还必须有足够的抗压和抗弯强度，良好的密封，结构简单且能适应液压支架工作的要求。

单作用立柱属于液压升柱，自由降柱的工作方式，应用较少。液压支架上广泛采用的是

双作用活塞式立柱，既靠液压力实现升柱、强迫降柱，借此提高立柱工作的可靠性，并为支架的遥控及自动控制提供了可能性。

在伸缩方式上，过去大多数支架采用单伸缩立柱。当前，为了扩大支架的调高范围，适

应煤层厚度变化，双伸缩立柱已在广泛使用，并正发展大采高的三伸缩立柱。

本文中所采用的是双伸缩立柱。

二液压支架立柱的结构

液压缸一般由活塞、缸体、缸盖和活塞杆等部分组成。立柱和千斤顶在结构上的差异仅

在于活塞杆直径差别较大。这是因为立柱承受顶板载荷较大，而迫降力较少，故活柱多采用空心结构，以便增大活柱直径，保证足够的刚度和强度。而千斤顶则要求尽可能缩小推拉力差距，以满足工作需要，故活塞杆在保证一定刚度和强度的前提下，尽量做得细些为好。其他部分的结构基本相同。

1活塞

活塞是液压缸的关键部件，对它的主要要求是保证密封性能良好，运动面能承受力的冲

击和振动等。活塞可以与活套，也可以与活柱成为一体。活塞上安装有密封元件，密封元件主要是密封圈。密封圈有O 型、Y 型、V 型和活塞环密封等。最近广泛使用鼓形和蕾形密

封圈。

2导向套

导向套装在缸体的上端，它在活柱或千斤顶活塞杆伸缩时起导向作用。导向套与活塞杆

表面既要紧密接触，又要动作灵活，而且要承受住外部载荷对活塞杆的横向压力、弯曲、振动等产生的影响。

导向套与缸体的连接方式常用下列三种：

（1）用螺纹连接。螺纹连接方式比较简单，但在井下使用久了易生锈，拆卸不方便；（2）用压紧帽和固定钢丝连接。这种结构简单，但装拆麻烦；

（3）用钢丝挡圈固定连接。这种结构简单，装卸方便，但要求活塞杆外径与缸体内径

之间有比较大的空间，所以在千斤顶上使用较多。

3缸体

缸体是立柱的承压部件，支架上的立柱和千斤顶缸体一般都用合金无缝钢管做成。缸体

的内表面是活塞的密封表面，要求很高的加工精度。

4活柱和活塞杆

活柱和活塞杆是立柱和千斤顶传递机械力的重要部件，它要承受压力、弯曲等载荷的作用，必须耐磨和耐腐蚀。它们可用合金无缝钢管或圆钢制成。为了防止在矿井条件下表面生锈和腐蚀，在它们表面要镀铜或镀铬，在井下使用时要注意保护。

三液压支架立柱的强度验算

液压支架的液压受力部件中，除立柱、前梁短柱外，还有回转、平衡、推移、侧护、导向、防倒滑等千斤顶。根据煤层赋存条件确定支架所受外力后，应依据支架外载与立柱工作阻力的关系，以及短柱和各种千斤顶受载情况，确定每个构件受力后的可靠程度，即对它们进行强度验算，检验所选立柱和千斤顶的适应性和可靠性。

一般来说，支架强度验算须经下列步骤：

第一步：根据煤层赋存及开采条件确定支架所受外载，并选出其中最危险的工况做为计

算的前提。

第二步：根据支架所受外载，分析支架上每个构件可能承受的内力，并绘制每个构件的

弯矩、剪力及轴向力等内力图。

第三步：根据支架每个构件所承受的最大应力，选择构件所用的材料、断面形状及尺寸，并确定构件受力后的安全系数，确定每个构件受力后的可靠程度。

立柱、短柱和千斤顶都须按上述步骤进行强度验算。

ZY8000/26/56型液压支架的主要技术参数如下：

ZY3600/12/27.5L型液压支架的主要技术参数

项目ZY3600/12/27.5L型液压支架单位

支撑高度2600-5600 mm

支护宽度1630-1830 mm

中心距1750 mm

支初撑力P=31.5MPa 6412kN

工作阻力P=39.3MPa 8000kN

支护强度0.98-1.01MPa

架对底板比压 1.21-3.15MPa

适应煤层倾角0～15 度

运输时外形尺寸地面7640×1630×2600 mm ZY3600/12/27.5L型液压支架立柱的主要技术参数

项目ZY3600/12/27.5L型液压支架单位

缸径360/270 mm

柱径340/230 mm

初撑力P=31.5MPa 3206 kN

工作阻力P=39.3MPa 4000 kN

行程2930 mm

1已知设计参数

（1）立柱初撑力：P=3206 kN；

（2）立柱工作阻力：P=4000 kN；

（3）油缸外径：D =360mm；

油缸内经：D=270mm；

（4）活柱外径：D =340mm；

活柱内径：D =230mm；（5）立柱调高行程2930mm。