液壓支架畢業(yè)設(shè)計 支撐掩護(hù)式液壓支架設(shè)計虛擬現(xiàn)實建模語言 VR設(shè)計及仿真模擬

1、摘 要本課題的研究內(nèi)容是支撐掩護(hù)式液壓支架的總體設(shè)計及仿真模擬。礦井液壓支架的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、 提高勞動生產(chǎn)率、 降低成本、 減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施， 因此液壓支架的設(shè)計是技術(shù)上先進(jìn)、 經(jīng)濟(jì)上合理， 安全上可靠、 是實現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動化的主要體現(xiàn)。液壓系統(tǒng)作為液壓支架的傳動裝置，由不同數(shù)量的千斤頂組成。通過對液壓系統(tǒng)不同操縱閥的控制得以實現(xiàn)液壓支架各種動作。其具有以下特點：采用結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)備外形尺寸小，能遠(yuǎn)距離傳遞大的能量；能承受較大的載荷；沒有復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)；在有爆炸危險和含塵的空氣里保證工作安全；動作迅速；操作、調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護(hù)簡單

2、。作為一種回采工作面的支護(hù)設(shè)備，液壓支架的架型、結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù)，必須與回采工作面的頂、底板條件和煤層條件相適應(yīng)，才能取得良好的支護(hù)效果。由于地下開采條件的復(fù)雜性和多樣性，因此，可利用Pro/E對液壓支架進(jìn)行快速建模，然后利用VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虛擬現(xiàn)實建模語言對支架進(jìn)行三維真實模擬，對支架的升柱、降柱、推溜、移駕的過程進(jìn)行動態(tài)仿真，通過機(jī)構(gòu)的運動仿真，優(yōu)化了產(chǎn)品設(shè)計，縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的可靠性。關(guān)鍵詞：支撐掩護(hù)式支架；液壓系統(tǒng)；Pro/E建模；動態(tài)仿真ABSTRACTMy paper mainly foused on

3、the problem which designs about a type of chock-shield support and dynamic simulation .The application of hydraulic support in coal mining face of increasing production and raise labor productivity, reduce costs, reduce manual workers and to ensure safety in production is indispensable for effective

4、 measures to, Therefore the design of hydraulic support is technically advanced and economically rational, safe and reliable is the main manifestation of the comprehensive mechanization and automation of mining.Hydraulic system as the transmission of hydraulic supports, from a different number of co

5、mponent jacks. Hydraulic systems through the control valve can be manipulated to achieve a variety of hydraulic support action. It has the following characteristics: the use of relatively simple structure, equipment, small size, can be a big long-distance transmission of energy; can bear larger load

6、; the transmission mechanism is not complicated; explosion hazard in the air and dust to ensure safety at work; rapid action; operation, simple conditioning; overload protection and a simple damage.As a working face of the support equipment, powered support the frame type, structure and related para

7、meters, with the working face to the top, bottom conditions and the coal seam adapted to the conditions in order to achieve good supporting effect. Underground mining conditions because of the complexity and diversity, therefore, can use Pro / E, fast hydraulic modeling, and then using VRML (Virtual

8、 Reality Modeling Language) is a virtual reality modeling language support for true three-dimensional simulation of the bracket ascending column, drop column, push slide, Forum Search of the process of dynamic simulation, through the agency of motion simulation to optimize the product design and sho

9、rten the development cycle of new products, improved product reliability.Key words:chock-shield hydraulic support; hydraulic system; model using Pro/Engineer;dy-namic simulation 目錄 TOC o 1-3 u 緒論11 液壓支架概述21.1液壓支架的組成及工作原理21.1.1 液壓支架的組成21.1.2 液壓支架的工作原理41.2 液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)61.2.1 支撐式支架61.2.2 掩護(hù)式支架71.2.3 支撐掩護(hù)

10、式支架81.2.4 特種支架91.3 液壓支架的支護(hù)方式91.4液壓支架的選型101.5液壓支架的研究與發(fā)展趨勢112 支撐掩護(hù)式液壓支整體結(jié)構(gòu)設(shè)計142.1 液壓支架主要尺寸參數(shù)的確定142.1.1 支架高度和伸縮比142.1.2 支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力142.1.3 支架中心距和寬度152.1.4 液壓支架的初撐力162.1.5 液壓支架的移架力和推溜力162.1.6 頂梁尺寸的確定162.1.7 立柱主要參數(shù)的確定172.1.8 掩護(hù)梁和四連桿長度的確定192.2 液壓支架的受力分析192.2.1 四柱支撐掩護(hù)式支架受力分析202.3 支架的結(jié)構(gòu)選擇212.3.1 頂梁212.3.2 底座2

11、32.3.3 立柱232.3.4 推移裝置252.3.5 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)和形式273 液壓支架液壓系統(tǒng)設(shè)計283.1 液壓支架液壓系統(tǒng)的簡介283.1.1 液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求283.1.2 液壓支架液壓傳動特點283.2 液壓支架的液壓系統(tǒng)擬定293.2.1 立柱系統(tǒng)293.2.2 千斤頂系統(tǒng)313.3 支架的液壓閥323.4 液壓元件安裝要求343.5 液壓系統(tǒng)的驗算353.5.1 驗算泵到液壓回路中的液壓損失353.5.2 管路系統(tǒng)的總壓力損失及壓力效率364 實體建模和虛擬現(xiàn)實簡介374.1 參數(shù)化設(shè)計軟件Pro/ENGINEER374.2 VRML虛擬現(xiàn)實語言384.2.1 VR

12、ML的概述384.2.2 VRML的工作原理404.2.3 VRML應(yīng)用415 Pro/E實體建模435.1 基礎(chǔ)實體特征工具435.1.1 拉伸435.1.2 旋轉(zhuǎn)445.2 典型部件的實體建模455.2.1 立柱的實體建模455.3 液壓支架各部件的實體建模485.3.1 頂梁的實體建模485.3.2 支架前后連桿的實體建模505.3.3 底座的實體建模525.4 液壓支架的裝配526 VRML機(jī)構(gòu)仿真566.1 實體模型數(shù)據(jù)處理566.1.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換566.1.2 VRML模型文件整理566.2 VRML節(jié)點566.2.1 Shape節(jié)點566.2.2 群節(jié)點576.2.3 動態(tài)節(jié)點5

13、86.3 液壓支架VRML仿真596.3.1 液壓支架仿真規(guī)劃596.3.2 液壓支架仿真實現(xiàn)60參考文獻(xiàn)62致謝63附錄一（英文原文）64附錄二（中文譯文）73緒論 21 世紀(jì)是以網(wǎng)絡(luò)信息為代表高科技迅猛發(fā)展的新時期，也是是煤礦以高效集約化生產(chǎn)為特征的新時期，為了滿足高產(chǎn)綜采工作面生產(chǎn)發(fā)展的需要，就煤炭綜采而言，國外主要產(chǎn)煤國家從未停止過依靠更大的技術(shù)投入取得采煤更高經(jīng)濟(jì)效益的努力。我們也必須抓緊研制和推廣電液控制系統(tǒng)。液壓支架實現(xiàn)自動控制后，就可有效地克服上述缺點，實現(xiàn)對支架的電液控制，而且有多種控制方式可供選擇，人員可在較安全的地方集中對整個工作面的支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或程序控制。現(xiàn)在世界上

14、已經(jīng)有70 多個電液自動化控制工作面。工作面的技術(shù)設(shè)備又正在以迅猛之勢向前發(fā)展。我們不能依賴?yán)蠈嵾M(jìn)口，我們要自己研制，否則和我國產(chǎn)煤大國的地位也是極不相稱的。采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需求，必須大量生產(chǎn)機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。因此對液壓支架的需求也是日益增加，而液壓系統(tǒng)是驅(qū)動液壓支架工作的心臟，是液壓支架所不可缺少的重要組成。通過自己獨立地完成指定的課程設(shè)計任務(wù)，提高理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的能力，學(xué)會查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計計算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為畢業(yè)

15、后成為一名出色的機(jī)械工程師打好基礎(chǔ)。現(xiàn)代社會對人才提出了更高的要求，作為一名當(dāng)代大學(xué)畢業(yè)生，不僅打好堅實的專業(yè)知識，還應(yīng)具備工程技術(shù)人才應(yīng)有的綜合素質(zhì)。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，我們應(yīng)立足變傳統(tǒng)的、僵化的、單純的畢業(yè)設(shè)計為培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)、提高創(chuàng)新能力、樹立團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、強(qiáng)化計算機(jī)運用等多維兼容性畢業(yè)設(shè)計;同時通過完成畢業(yè)設(shè)計，鍛煉學(xué)生解決實際工程問題的能力；在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，以我們的主動學(xué)習(xí)為主，教師適時指導(dǎo)為輔；將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計教學(xué)相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和水平 。第1章 液壓支架概述液壓支架由以下六個主要部分組成：頂梁、底座、立柱、掩護(hù)梁、活動側(cè)護(hù)板、推移機(jī)構(gòu)、操縱控制系統(tǒng)

16、圖11 支架組成結(jié)構(gòu)1、2互幫裝置 3前梁 4頂梁 5、6立柱 7掩護(hù)梁8后連桿 9前連桿 10底座 11推移裝置一、頂梁用途：1、用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板；2、承受頂板的壓力；3、將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。要求：1、頂梁應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即使在接觸應(yīng)力分布不均勻的情況下也不致被壓壞；2、頂梁應(yīng)有足夠的剛度，以承受扭力；3、頂梁對頂板的覆蓋率高；4、頂梁能適應(yīng)頂板的起伏變化。二底座用途：1、為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)；2、與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)；3、將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。要求：1、底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度；2、底座對底板

17、的起伏變化適應(yīng)性好；3、底座與底板的接觸面積大，以減小底座對底板的接觸比壓，避免支架陷入底板；4、底座應(yīng)有足夠的地方來安設(shè)立柱、推移裝置以及液壓控制裝置；5、底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到老塘中。三立柱用途：1、支撐頂梁，承受載荷的作用；2、調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的高度滿足工作面的要求；3、立柱設(shè)置有大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。四掩護(hù)梁用途：1掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座；2掩護(hù)梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩；3掩護(hù)梁和頂梁（包括活動側(cè)護(hù)板）一起 ，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸能力。五活動側(cè)護(hù)板用途：1、消除

18、相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落的矸石進(jìn)入支護(hù)空間；2、作為支架移架過程中的導(dǎo)向板；3、防止支架降落后傾倒；4、調(diào)整支架的間距。六連桿 前后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運動和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。其四連桿機(jī)構(gòu)的作用：1、通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使用使支架前端頭離煤距離大大減小，提高了管理頂板性能；2、能承受較大的水平力。七操縱控制系統(tǒng)液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系

19、統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。對于液壓支架的操縱控制系統(tǒng)傳動裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)備外形尺寸小，能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)；在爆炸危險和含塵的空氣里保證安全工作；動作迅速；操作調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護(hù)簡單。容積式液壓傳動可最大限度的滿足這些要求，因此，所有液壓支架均采用這種傳動。液壓支架的主要動作有升架、降架、推移輸送機(jī)和移架。這些動作是利用乳化液泵站提供的高壓液體，通過液壓控制不同功能的液壓缸來完成的。每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨立的液壓系統(tǒng)，如圖12所示，其中液控單向閥和安全閥設(shè)在架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi)

20、，前者為本架操作，后者為鄰架操作。一支架升降支架的升降依靠立柱2的伸縮來實現(xiàn)，其工作過程如下：1、初撐操縱閥8處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥6進(jìn)入立柱的下腔，同時立柱的上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當(dāng)頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的工作壓力后，操縱閥置于中位，液控單向閥6關(guān)閉，從而立柱下腔液體被封閉，這就是支架的初撐階段。2、承載支架初撐后，進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴(kuò)張，這一過程就是支架的增阻過程。當(dāng)下腔液體的壓力超過安全閥

21、5的動作壓力時，高壓液體經(jīng)安全閥5瀉出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動作壓力時，安全閥關(guān)閉，停止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過程。此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。 3、卸載當(dāng)操縱閥8處于降架位置時，高壓液體進(jìn)入立柱的上腔，同時打開液控單向閥6，立柱下腔排液，于是立柱卸載下降。圖12 液壓支架工作原理1頂梁；2立柱；3輸送機(jī)；4安全閥；5液控單向閥；6、7操縱閥；8乳化液泵；9推移液壓缸；10底座；11后連桿；12前連桿；13掩護(hù)梁圖13 液壓支架工作特性曲線由以上分析可以看出，支架工作時的支撐力變化可分為三個階段，如圖13

22、，即：開始升柱至單向閥關(guān)閉時的初撐增阻階段，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段，以及安全閥出現(xiàn)脈動卸載時的恒阻階段，這就是液壓支架的阻力時間特性。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時，具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用，在達(dá)到額定工作阻力時，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個重要元件。二、支架移動和推移輸送機(jī)支架和輸送機(jī)的前移，由底座3上的推移液壓缸4來完成。需要移架時，先降柱卸載，然后通過操縱閥使

23、高壓液體進(jìn)入推移液壓缸4的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機(jī)為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁。需要推移輸送機(jī)時，支架支撐頂板，高壓液體進(jìn)入推移活塞缸4的活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點，活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)1.2.1支撐式支架 支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架（圖1-4 a）和節(jié)式支架（圖1-4 b）兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機(jī)連接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機(jī)用于支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本淘汰。支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點

24、是：頂梁較長，其長度多在左右；立柱多，一般是根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護(hù)性能是：支撐力大，且作用點在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風(fēng)斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強(qiáng)烈周期來壓，且水平力小的條件。此種支架在現(xiàn)階段的綜采工作面的生產(chǎn)時都已基本不再采用。 垛式支架 節(jié)式支架圖1-4支撐式支架結(jié)構(gòu)形式1.2.2掩護(hù)式支架（如圖1-5）其主要由前梁、主梁、掩護(hù)梁和側(cè)護(hù)板、

25、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。它的結(jié)構(gòu)特點是：有一個較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護(hù)式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護(hù)式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動側(cè)護(hù)板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為左右。 掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩

26、護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。1.2.3支撐掩護(hù)式支架（如圖1-6）其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點和性能，可適應(yīng)各種頂?shù)装鍡l件。此種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。它的缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。支撐掩護(hù)式支

27、架的立柱均為兩排，立柱可前傾或后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都是直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上 圖1-5 掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu) 圖1-6 支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)1.2.4特種支架特種液壓支架是為了滿足某些特殊的要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。1.3 液壓支架的支護(hù)方式綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。3個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推

28、進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實現(xiàn)升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。1.即時支護(hù)圖17 即時支護(hù)“三機(jī)”配套關(guān)系一般循環(huán)方式為：割煤移架推溜，工作面“三機(jī)”的配套關(guān)系如圖17所示。即時支護(hù)的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。2滯后支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤一推溜一移架。工作面“三機(jī)”的配套關(guān)系如圖18所示。滯后支護(hù)的特點是，支護(hù)滯后時間較長，梁端距大，支架頂梁較短。可用于穩(wěn)定、完整的頂板。圖18 滯后支護(hù)“三機(jī)”配套關(guān)系3復(fù)合支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤支架伸出伸縮梁推溜收伸縮

29、梁移架。復(fù)合支護(hù)的特點是，支護(hù)滯后時間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)?？蛇m用于各種頂板條件。但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。1.4液壓支架的選型液壓支架的選型原則：液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適應(yīng)礦井和工作面條件，投產(chǎn)后能做到高產(chǎn)，高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟(jì)效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條進(jìn)行選擇。液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。當(dāng)煤層厚度超過1.5m，頂板有側(cè)向推力或水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不宜選用支撐式支架。當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.52.8m以上時，需要選擇有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。煤層

30、厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式或雙伸縮立柱的支架。應(yīng)使支架對底板的比壓不超過底板允許的抗壓強(qiáng)度。在底板較軟條件下，應(yīng)選用有抬底裝置的支架或插腿掩護(hù)式支架。煤層傾角10時，支架可不設(shè)防倒防滑裝置；1525時，排頭支架應(yīng)設(shè)防滑裝置，工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置；25時，排頭支架應(yīng)設(shè)防倒防滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置。對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并優(yōu)先選用通風(fēng)斷面大的支撐式或支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層為軟煤時，支架最大采高一般2.5m；中硬煤時，支架最大采高一般3.5m；硬煤時，支架最大采高5m。在同時允許選用幾種架型時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支

31、架。斷層十分發(fā)育，煤層變化大，頂板的允許暴露面積在58m2，時間在20min以上時，暫不宜采用綜采。1.5液壓支架的研究與發(fā)展趨勢21 世紀(jì)是以網(wǎng)絡(luò)信息為代表高科技迅猛發(fā)展的新時期，也是是煤礦以高效集約化生產(chǎn)為特征的新時期，為了滿足高產(chǎn)綜采工作面生產(chǎn)發(fā)展的需要，就煤炭綜采而言，國外主要產(chǎn)煤國家從未停止過依靠更大的技術(shù)投入取得采煤更高經(jīng)濟(jì)效益的努力。我們也必須抓緊研制和推廣電液控制系統(tǒng)。液壓支架實現(xiàn)自動控制后，就可有效地克服上述缺點，實現(xiàn)對支架的電液控制，而且有多種控制方式可供選擇，人員可在較安全的地方集中對整個工作面的支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或程序控制?，F(xiàn)在世界上已經(jīng)有70 多個電液自動化控制工作面。

32、工作面的技術(shù)設(shè)備又正在以迅猛之勢向前發(fā)展。我們不能依賴?yán)蠈嵾M(jìn)口，我們要自己研制，否則和我國產(chǎn)煤大國的地位也是極不相稱的。我國液壓支架經(jīng)過20 多年的發(fā)展， 盡管取得了顯著成績， 在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸、甚至班產(chǎn)超萬噸的記錄， 但總體水平與世界先進(jìn)采煤國家仍存在一定差距。在支架架型功能上我國與國外相差無幾， 有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨到之處， 但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低， 電液控制閥可靠性差，所用鋼材一般為16Mn ，最好的屈服極限才700MPa ， 液壓系統(tǒng)壓力在35MPa 以下，流量在200L / min 以內(nèi)，供液管2532m

33、m ，回液管2550mm ， 最快移架速度1012s/ 架(井下實際應(yīng)用有時在20s 以上) ， 工作阻力更是相對較低。今后10 年， 我國的液壓支架將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快(68s/ 架) 和電液控制閥的方向發(fā)展， 對有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力， 盡量采用整體可靠推桿和抬底座機(jī)構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。另外，將普遍采用額定壓力為40MPa 、額定流量為400L / min 的高壓大流量乳化液泵站， 以適應(yīng)快速移架的需要； 系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供液， 保證支架有足夠的壓力達(dá)到初撐力，保證支架接頂位置準(zhǔn)確。ZY 兩柱掩護(hù)式支架的比重將大大增加， 缸徑將增至360mm ，

34、端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。所以，今后除應(yīng)繼續(xù)針對我國國情和煤層具體條件，開發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)在改進(jìn)支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。作為一種回采工作面的支護(hù)設(shè)備，液壓支架的架型、結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù)，必須與回采工作面的頂、底板條件和煤層條件相適應(yīng)，才能取得良好的支護(hù)效果。由于地下開采條件的復(fù)雜性和多樣性，因此，盡管國內(nèi)外對液壓支架己經(jīng)過了近半個世紀(jì)的研究和應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)十種不同的結(jié)構(gòu)架型，但至今為止，也僅能在緩傾斜中厚以下煤層中獲得了較為成功的應(yīng)用，對于傾斜、急傾斜或厚煤層中的液壓支架尚處在研究和試驗階段。即使對于緩傾斜中厚煤層的液壓支架，其結(jié)構(gòu)、性能與控制方式如何

35、更適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件，仍需不斷的改進(jìn)和研究。目前，液壓支架設(shè)計研究取得重要進(jìn)展，主要在以下方面：(1) 設(shè)計理論和方法有了突破。煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所對支架力學(xué)持性進(jìn)行了深入的研究，提出了液壓支架三維力學(xué)模型的計算方法，克服了傳統(tǒng)平面力系計算方法的缺陷，提出了液壓支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，開發(fā)出液壓支架設(shè)計計算通用軟件系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用，使我國液壓支架設(shè)計計算提高到一個新水平。(2) 完成液壓支架計算機(jī)模擬試驗的研究。把有限元方法成功地用于液壓支架的研究，建立了液壓支架整體有限元模型，開發(fā)出SSTS液壓支架模擬試驗計算機(jī)仿真軟件系統(tǒng)，大大提高了液壓支架設(shè)計的可靠性，廣泛應(yīng)用于液壓支架

36、設(shè)計研究，達(dá)到國際先進(jìn)水平， 為我國液壓支架打入國際市場發(fā)揮了重要作用。(3) 技術(shù)規(guī)范和標(biāo)淮化建設(shè)取得重要進(jìn)展。我們已先后制定液壓支架系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)17項，成為國際上液壓支架標(biāo)準(zhǔn)較完善的國家之一，促進(jìn)了液壓支架技術(shù)的發(fā)展。(4) 計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)有了較大發(fā)展。開發(fā)了CAD工作站和微機(jī)CAD系統(tǒng)，建成了較完整的液壓支架數(shù)據(jù)庫和通用件國庫，并正在逐步實現(xiàn)支架設(shè)計CAD化。(5) 液壓支架控制系統(tǒng)有了重大進(jìn)步。根據(jù)我國國情研制的全液壓手動控制快速移架系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使支架降、移、升速度大幅度提高，由過去的20 30s/架，提高到912s/8架。(6) 新架型研制成績顯著，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善。

37、新型高可靠性支架，反向四連桿高產(chǎn)高效低位放頂煤支架，適應(yīng)中小煤礦的單一煤層開采用輕型支架和輕型單擺桿放頂煤支架均取得成功。基于以上進(jìn)展，液壓支架的研究與發(fā)展方向是：(1) 在己有支架設(shè)計與應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研究支架的智能化設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)一步提高支架設(shè)計的科學(xué)性、可靠性和結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化性。(2) 研究特殊煤層使用的液壓支架，以適應(yīng)不同的開采條件。(3) 研究新型元件與材質(zhì)，以減輕支架重量，提高支架的性能和使用壽命。(4) 研究支架的遙控、程序控制和性能自動監(jiān)測，為回采工作面的半自動化與自動化創(chuàng)造條件。第2章 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 液壓支架主要尺寸參數(shù)的確定2.1.1 支架

38、高度和伸縮比支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大和最小高度為： 式中支架最大高度，；支架最小高度，； 煤層最大高度，mm； 煤層最小高度，mm；考慮偽頂，煤皮冒落后，仍有可靠初撐力所需要的支撐力高度，一般最200300，S1取250 mm；頂板最大下沉量，一般100200，S2取135 mm；a移架時支架的最大可縮量，一般取50 mm；浮矸石，浮煤厚度；?。褐Ъ艿淖畲蟾叨?3500mm支架最小高度=2200mm支架伸縮比2.1.2 支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力支護(hù)有效工作阻力與支護(hù)面積之比定義為支護(hù)強(qiáng)度。頂板所需的支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板的等級和煤層厚度。我國

39、已制訂了不同頂板等級的支護(hù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，支護(hù)強(qiáng)度除可按規(guī)定選用外，還可按經(jīng)驗公式結(jié)算。 MPa式中：K作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，一般取58，取6；M截割高度，取m；巖石密度，一般取kg/。=800 MPa支架支撐頂板的有效工作阻力為 KN式中：F支架的支護(hù)面積，。F=(L+C)(B+K) 式中：L支架頂梁長度，m；C梁端距，2m；B支架頂梁寬度，m；K支架中心距，m。F=(L+C)(B+K)=(3.6402)(1.4+1.5)=11.4R=qF KN 2.1.3 支架中心間距和寬度一支架中心間距支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離，按下式計算式中 支架間距（支架中心距）每架支架頂梁總寬度相鄰

40、支架（或框架）頂梁之間的間隙每架所包含的組架或框架數(shù) m二支架寬度支架的寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運輸，安裝和調(diào)架要求，支架頂梁上裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板的行程一般為170200，取200.支架的最小寬度，一般為14001430，取1400；支架的最大寬度，一般為15701600，取1600。0.8）倍的工作阻力。取初撐力為 ：=0.7R=3850移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)等有關(guān)。一般厚煤層支架的為移架力300400 ，取移架力為 300 ；推溜力一般為100150 ，取推溜力為100 。的確定（1）頂梁長度：各幾何關(guān)系列于下圖21中b值由下式計算，式中

41、： 底座前柱窩中心的到底座前端的距離，由機(jī)構(gòu)而定，取530； 鏟煤板到煤壁間距離，一般為50100，這里取50； 輸送機(jī)寬，包括連接千斤頂裝置，取1330； 采煤機(jī)滾筒截深，查得600； 頂梁前端到煤壁的距離，一般為250350，取250。從而得：b = 2260 頂梁全長：式中:n取850u取530得：L=3640圖21 定量計算示意圖（2）頂梁寬度：頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為0.2 m左右。其中寬面頂梁一般為1.21.5 m。這里取寬度為：1.41)立柱缸體內(nèi)徑和外徑立柱采用單伸縮液壓缸立柱的缸體內(nèi)徑：式中：F支架承受的理論總載荷力，F(xiàn)4600；n每架支架立柱數(shù)，n=4；P

42、a安全閥調(diào)整壓力，Pa=50 ； = =1表2-1內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80）81012162025324050638090100110125140160180200220250320400500630參照上表，故最終選取=200mm。2).立柱初撐力和工作阻力a.初撐力 式中： P1立柱初撐力 KN Pb 泵站壓力 Pb=32(MPa)代入公式得 P1=32=1004.8（KN）b.立柱的工作阻力：式中：缸內(nèi)徑，=200；安全閥調(diào)整壓力Pa=50。= =0.64在0.350.9之間滿足要求。2.1.8 掩護(hù)梁和四連桿長度的確定 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如圖22所示。Q1GP

43、2P1HHA圖22掩護(hù)梁和后連桿計算圖設(shè)G為掩護(hù)梁長度；A為后連桿的長度；L2為點引垂線到后連桿下鉸點之距；H1為支架最高位置時的計算高度；H2為支架最低位置時的計算高度；從幾何關(guān)系可以列出如下兩式：GcosP1-AcosQ1=L2; GcosP2-AcosQ2=L2;聯(lián)立上述兩式可得： 當(dāng)支架撐牢在頂?shù)装逯g時，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平衡狀態(tài)，據(jù)此，把支架簡化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計算。四柱支撐掩護(hù)式支架受力分析 四柱支撐掩護(hù)式支架平面受力如圖2-3所示。 圖2-3四柱支撐掩護(hù)式支架平面受力取頂梁和掩護(hù)梁為分隔體，對點取力矩平衡方程為 （2-1） 水平和垂直軸方向的力平衡方程為

44、 （2-2） （2-3） 取頂梁為分離體，對0點取力矩平衡方程為 （2-4）由方程（6-1）（6-4）解得： （2-5） （2-6） （2-7） 立柱傾角和，向前為“+”值，向后為“-”值。代入數(shù)據(jù)得： （與假設(shè)方向相反） （與假設(shè)方向相反） 由上可知：頂梁上最大載荷為3294KN；前連桿上最大載荷為8090.53KN；后連桿上最大載荷為6393.11KN。2.3 支架的結(jié)構(gòu)選擇液壓支架各個部件的結(jié)構(gòu)型式與工作面的頂?shù)装鍡l件和支架結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，選擇時根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)型式和工作面頂?shù)装鍡l件，對各個部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后擇優(yōu)選取。2.3.1 頂梁頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度要

45、求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：有足夠的頂板覆蓋率；同時要求適應(yīng)頂板的不平衡性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。本支架采用剛性頂梁帶鉸接式護(hù)幫，如下圖24所示，頂梁由前、后梁鉸接。在鉸接護(hù)幫安裝有護(hù)幫千斤頂4，用來支撐靠近煤壁處的頂板，同時還可以使護(hù)幫上、下擺角，適應(yīng)頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般有鋼板焊接而成。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋盤形。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋矸簾之用。在頂梁下焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。圖24頂梁的結(jié)構(gòu)型式1護(hù)幫；2后梁

46、；3尾梁；4護(hù)幫千斤頂；5前梁伸縮千斤頂頂梁端面形狀和頂梁如圖：25、26所示圖25 頂梁斷圖26頂梁外形2.3.2 底座底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。因此，底座除了滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，還要求對底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對底板接觸比壓小，要有足夠的空間能安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置，要便于人員行走；能起一定的擋矸排矸作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性。支撐掩護(hù)式支架底座結(jié)構(gòu)選用底分式剛性底座，如圖27。圖27底分式底座底座前端制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。同時底座后部重量大于前部，避免移架時啃底。底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以避免因立柱

47、偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。在整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少底座后部與底板的接觸面積，增加底座后部的比壓，同時有利于排矸2.3.3立柱立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。立柱的結(jié)構(gòu)由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。如28圖示缸體是立柱的承壓部件。一般用27SiMn無縫鋼管制成。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度?；钊橇⒅年P(guān)鍵元件，對它的主要要求是保證密封性能良好，運動表面能承受外力的沖擊。1缸筒；2活塞；3導(dǎo)向

48、環(huán)；4距離套；5導(dǎo)向套；6缸蓋；7活塞桿圖28 立柱結(jié)構(gòu)活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用鋼制作活塞時，可在活塞上安裝導(dǎo)向環(huán)與缸體內(nèi)徑配合。導(dǎo)向環(huán)多用塑料制品，也有用銅合金制成。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護(hù)密封圈的尼龍擋圈兼做導(dǎo)向環(huán)?；钊棵芊馊γ芊?，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是兩個夾布U型橡膠圈壓制而成的整體實心密封圈，它和兩個L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力19.658.8MPa，在壓力小于24.5MPa時，可以不加擋圈。它可用于各種活塞上的雙向密封。蕾型密封圈是一個U型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊?。它適用于裝入各

49、種液壓活塞頭和導(dǎo)向套上，為單向密封。工作壓力小于58.8MPa時，可以不加擋圈。以上兩種密封圈的使用，簡化了活塞結(jié)構(gòu)，裝配方便，但密封圈本身加工較復(fù)雜。活塞的軸向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定?；钪突钊麠U是立柱傳遞機(jī)械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用27SiMn或45號鋼制成。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護(hù)，防止外部硬傷。缸口用鋼絲擋圈固定，是在導(dǎo)向套外側(cè)裝有鋼絲擋圈，內(nèi)側(cè)裝有密封圈和防塵圈。這種結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的空間，這種固定方式使用較多

50、。固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。當(dāng)密封液體壓力較高時，可采用半圓環(huán)結(jié)構(gòu)連接方式。2.3.4推移裝置液壓支架推移裝置是保證支架正常推溜和拉架，實現(xiàn)工作面正常循環(huán)作業(yè)的重要裝置。在設(shè)計支架時，應(yīng)根據(jù)支架結(jié)構(gòu)和配套要求合理選擇推移裝置的形式，并充分保證支架推移裝置對工作面條件和配套的適應(yīng)性。推移裝置的型式如表22所示表22 推移裝置千斤頂?shù)男褪叫?式特 點適用條件普通式普通活塞式雙作用千斤頂可為外供液式，也可為內(nèi)供液式1、目前已很少直接用作推移裝置，而多與反拉框架一起使用，應(yīng)用較廣2、外供液式結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛差動式千斤頂結(jié)構(gòu)仍為普通型式，利用交替閥的油路系統(tǒng)，使其減小托輸送機(jī)力用于直接

51、拉架的方式，目前應(yīng)用較少浮動活塞式千斤頂活塞可在活塞桿上滑動，使環(huán)腔供液時拉力與普通千斤頂相同；但在活塞腔供液時，使壓力的作用面積僅為活塞桿斷面積，從而減小了推輸送力廣泛用于直接拉架方式，與短推桿等導(dǎo)向件一起使用動作時間有一定滯后，但一般不影響使用推移裝置一般由推移千斤頂、推桿或框架等導(dǎo)向傳力桿件以及連接頭等部件組成，其功能、連接型式見表23。表23 推移裝置的功能與主要連接型式功 能將輸送機(jī)推向煤壁，保證作業(yè)循環(huán)將液壓支架拉向煤壁方向，及時支護(hù)頂板框架或推桿與底座導(dǎo)向通道共同作為支架、輸送機(jī)移動時的導(dǎo)向，起一定的防滑作用連接型式直接連接一端固定在支架底座（一般位于支架縱軸線上），另一端固定在

52、輸送機(jī)或輸送機(jī)底托架上。此時移架和推輸送機(jī)都用一個推移千斤頂移步橫梁間接連接在推移裝置與輸送機(jī)之間加一個移步橫梁、千斤頂僅與移步橫梁連接。這種方式減少了支架與輸送機(jī)之間的約束和影響、比較機(jī)動，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜相鄰支架或支架節(jié)連接這種方式一般用于節(jié)式或各種類型的組合邁步支架。移架千斤頂位于主副架之間，多數(shù)分別與兩者的底座相連。少數(shù)為頂梁之間相連，稱為上移架機(jī)構(gòu)。移架與推溜各用不同的千斤頂。推輸送機(jī)千斤頂兩端分別同支架與輸送機(jī)相連，但數(shù)量可以減少，如56m布置一個推移桿的常用形式有正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。此液壓支架所采用的推移裝置為：倒拉式長推移桿。如圖28所示，結(jié)構(gòu)簡單可靠，重量輕，被廣泛

53、采用。支架推輸送機(jī)的力應(yīng)不大于輸送機(jī)的設(shè)計推力，拉架力一般應(yīng)為支架重量的2.53倍。支架移架速度應(yīng)與采煤機(jī)截割牽引速度相適應(yīng)。圖28 短推移桿側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式如圖2-9所示。通常采用兩種類型。一種是側(cè)護(hù)板在頂梁的外側(cè)。這種類型側(cè)護(hù)板又有三種型式，圖2-10a，頂梁上無頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落矸石壓住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；圖2-10b、c，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點，但支架承受偏載時，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。另一種是鉸接式側(cè)護(hù)板，如圖2-9d、所示。它克服了以上兩種側(cè)護(hù)板的缺點，但由于架間側(cè)護(hù)板造成三角帶容易填入碎矸，影響架間密封效果。圖2-9 側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)的形式本次設(shè)計采用b方案。第3章 液壓支架

54、液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1液壓支架的液壓系統(tǒng)的簡介液壓支架不僅需要有良好的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)所工作的煤層地質(zhì)條件，而且還要配備完善而可靠的液壓系統(tǒng)及液壓元件來實現(xiàn)支架的優(yōu)良工作性能。液壓支架的液壓系統(tǒng)屬于泵缸開式系統(tǒng)。動力源是乳化液泵，執(zhí)行元件是各種液壓缸。系統(tǒng)回液流入乳化液箱，然后由泵吸入并增壓，經(jīng)各種控制元件供給各個液壓缸，。乳化液泵站通常安裝在工作面下順槽，可隨工作面一起向前推進(jìn)。泵站通過沿工作面全長敷設(shè)的主供液管和主回液管，向各個支架供給高壓乳化液，接收低壓回液。工作面中每個支架的液壓控制回路多數(shù)完全相同，通過截止閥連接與主管路，相對獨立。其中任一支架發(fā)生故障進(jìn)行檢修時，可關(guān)閉該架與主管路連接的截止閥

55、，不會影響其他支架工作。液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。3.1.1 液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求對于液壓支架的傳動裝置，應(yīng)具有以下基本要求：1、采用結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)備外形尺寸比較小，能遠(yuǎn)距離的傳遞大的能量2、能承受較大的載荷；沒有復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)；3、再有爆炸危險和含塵的空氣里保證工作安全；4、動作迅速；5、操作、調(diào)節(jié)簡單；6、過載及損壞保護(hù)簡單；容積式液壓傳動可最大限度的滿足這些要求，因此液壓支架均采用這種傳動。3.1.2 液壓支架的液壓傳動特點液壓支

56、架的液壓傳動，與其它機(jī)械的容積式液壓傳動有很大的區(qū)別，其特點如下： 工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達(dá)，立柱內(nèi)的壓力達(dá)），流量大（）;在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體作為工作介質(zhì)；液壓缸、操縱閥，其它調(diào)節(jié)和控制裝置等的數(shù)量大（高壓泵16臺、液壓缸3001500個、安全閥150300個，還有同樣數(shù)量的液控單向閥）； 很長的液壓管路（200300剛性管，5003000高壓軟管）； 泵-液壓缸傳動系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低； 根據(jù)支架的數(shù)量改變液流的參數(shù)； 所有支架的結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及它們之間都有相同的連接方式（相同的液壓系統(tǒng)）；每節(jié)支架都重復(fù)著相同的工序，這些工序的總和構(gòu)成液壓支

57、架的基本工序； 為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率，實現(xiàn)無故障作業(yè)和工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 這些基本特點決定了液壓傳動元件以及整個系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特點，即：液壓支架是以單節(jié)支架為單元的，這就決定了液壓系統(tǒng)的構(gòu)成，即工作面支架和端頭支架的液壓系統(tǒng)成為液壓支架的基本組成部分。此外，可以把泵站、中心控制臺和支架的液壓管路等部分作為支架的公用液壓系統(tǒng)。其中每個部分都具有獨立的功能，在改善液壓傳動或者制定新的方案時，一般都可以單獨地加以研究。3.2液壓支架的液壓系統(tǒng)擬定根據(jù)液壓支架的架型和結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定立柱和千斤頂數(shù)目，并擬訂液壓系統(tǒng)。3.2.1立柱系統(tǒng)的擬定1. 單柱控

58、制回路單柱控制回路如圖4-1 a、b、c、d、e所示，其中圖a為單作用單柱，圖b、c為雙作用單柱，圖d、e為雙伸縮單柱。 圖a 圖b 圖c 圖d 圖e圖3-12.多柱控制回路多柱控制回路如圖4-2 a、b所示，圖中為兩根立柱并聯(lián)組成，同時動作。圖4-2 a為共用一個控制閥回路，圖為各用一個控制閥回路，采用雙液控單向閥或用于雙伸縮立柱。 a-共用一個控制閥回路；b-各用一個控制閥回路圖3-2 多柱控制回路3.帶壓移架回路帶壓移架回路如圖4-3所示。在立柱控制閥前面裝設(shè)一個由移架液路控制的支撐保持閥和一個與立柱活塞桿腔液路相通的節(jié)流閥，可使支架帶壓移架，設(shè)計時應(yīng)考慮在移架時，支架對頂板的支撐力應(yīng)大

59、于10KN/m24.端頭錨固支架的閉鎖回路圖3-3帶壓移架回路端頭錨固支架的閉鎖回路，各柱升柱時，相互沒有關(guān)系。而當(dāng)樁柱升柱時，錨固柱必須處于升柱撐緊狀態(tài)；反之，當(dāng)錨固柱降柱時，樁柱的液路壓力要達(dá)到一定植，否則液壓打不開限壓閥，不能進(jìn)入樁柱或錨固柱的活塞桿腔，樁柱或錨固柱就降不下來，從而可以起到相互閉鎖的作用。5.提高立柱支撐力的回路提高立柱支撐力的回路采用兩條壓力液管路，一條為中壓大流量供液管，另一條是高壓小流量供液管。在立柱的初撐階段，先由兩條壓力液管路共同供液，待頂梁支撐頂板，立柱活塞腔的液壓力大于中壓液管的壓力，單向閥關(guān)閉，由高壓小流量管路繼續(xù)供液，直至達(dá)到預(yù)定的初撐力。本設(shè)計采用:多

60、柱控制回路 b 如圖：4-2 b 各用一個控制閥回路3千斤頂系統(tǒng)千斤頂系統(tǒng)包括前梁、平衡、側(cè)推、推移、護(hù)幫、防倒、防滑和調(diào)架千斤頂。這類千斤頂控制系統(tǒng)一般由油缸上加一些必要的液壓閥構(gòu)成。常用的千斤頂控制回路有如下形式：（1） 側(cè)推、調(diào)架、防倒系統(tǒng) 側(cè)推、調(diào)架、放倒系統(tǒng)如圖4-4為單作用式，圖4-5為雙作用式。 圖3-4單作用式 圖3-5雙作用式本設(shè)計選用：雙作用式（2） 推移千斤頂系統(tǒng)推移千斤頂系統(tǒng)如下圖所示。a為單向鎖緊回路，b為差動回路，c為千斤頂定壓回路，用于輔助移架千斤頂?shù)耐屏ο拗圃谝欢ǚ秶?，在該千斤頂?shù)幕钊灰粋?cè)液路上增設(shè)一個定壓開關(guān)閥。當(dāng)操縱操縱閥時，壓力液經(jīng)分流閥后分成兩路：一路