zys液壓支架設(shè)計原版

LXVIPAGE21zys液壓支架設(shè)計原版摘要本課題主要論述了液壓支架的主要設(shè)計過程。其中包括：液壓支架的選型、總體設(shè)計、主要零部件的設(shè)計、校核以及液壓系統(tǒng)設(shè)計。支架的形式為掩護式支架。支架除了要有效的對頂板進行有效支撐，還要實現(xiàn)升、降、推移四個步驟。支架采用四連桿機構(gòu)，改善支架的受力狀況，縮小支架的升降過程中頂梁前端前后移動的距離。立柱采用單伸縮液壓缸，前端帶有加長桿，以滿足支架最低及最高位置時的高度要求。頂梁掩護梁、底座都做成箱體結(jié)構(gòu)用鋼板焊接而成。在研制液壓支架時，需要對支架進行生產(chǎn)試驗和分析研究，確定合理的液壓支架受力參數(shù)、運動參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及選定液壓支架最佳方案等方面綜合性的科學技術(shù)問題。本設(shè)計主要從支架的工作原理這手，然后進行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及校核。關(guān)鍵詞：液壓支架；頂梁；底座；立柱；結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1國內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展地下開采的煤產(chǎn)量主要是利用由液壓支架配套的綜采設(shè)備產(chǎn)出的。綜采設(shè)備的研制和廣泛的運用，對煤炭工業(yè)革新技木裝備不僅有著重大的作用，而且對采煤工藝各個環(huán)節(jié)技術(shù)水平的發(fā)展和提高，是強有力的促進因素。加速現(xiàn)代化進程，必須加速煤炭工業(yè)企業(yè)的建設(shè)、改造和革新技術(shù)裝備的進程，增加地下開采和露天開采的煤產(chǎn)量。地下開采方法是最復雜和閑難的方法，但是，這種方法在工業(yè)發(fā)達國家和以煤作為—次能源的地區(qū)，仍然普遍應用。而且，開采優(yōu)質(zhì)煤，包括煉焦煤，都是采用地下開采方法。綜合機械化采煤是煤炭工業(yè)的一次技術(shù)革命，從根本上改變了煤炭工業(yè)的面貌，綜合機械化采煤是20世紀人類科技發(fā)展的重要成果。綜合機械化采煤技術(shù)在我國的研究試驗、使用、發(fā)展，徹底改變了我國煤炭工業(yè)的面貌，降低了工人的勞動強度，提高了產(chǎn)量、勞動生產(chǎn)率和企業(yè)效益，滿足了國民經(jīng)濟建設(shè)對煤炭的需求，合理的集中生產(chǎn)簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)安全性。我國綜采技術(shù)發(fā)展的30多年，使我國的煤炭生產(chǎn)技術(shù)水平跨進了世界先進行列，綜放技術(shù)躍居世界領(lǐng)先地位。工作面支護問題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問題。以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機械化采煤(以下簡稱綜采)的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展史上的一次重大革命。不僅從根本上改善了勞動和安全條件，也為工作面產(chǎn)量和效率的迅速提高奠定了基礎(chǔ)。但是綜采設(shè)備初期投資高，特別是液壓支架占綜采設(shè)備總投資約60%，因此液壓支架的合理選用特顯重要。30多年來在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤科總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計所為主的支架研究設(shè)計隊伍，采用計算機CAD進行各種類型支架的設(shè)計，用有限元計算軟件等進行計算，并普及計算機繪圖。我國制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計、選型和使用提供了有力的指導依據(jù)。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機械工業(yè)部及船舶制造總公司等專業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國家煤礦支護設(shè)備質(zhì)量檢測中心為骨干的檢測隊伍。制定有關(guān)支架檢測標準11項，建立了各項支架檢測手段，造就了一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊伍;形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。不僅能滿足國內(nèi)的需要，還向美國、俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架或成套綜采設(shè)備。為適應我國煤礦綜采機械化的發(fā)展，國內(nèi)綜采設(shè)備科研設(shè)計和制造企業(yè)已研制開發(fā)出具有較先進技術(shù)水平的大功率電牽引采煤機、重型刮板輸送機、電液控制強力液壓支架和多點驅(qū)動大運力帶式輸送機。配套設(shè)備的生產(chǎn)能力達到1500~2500t/h，在適宜的煤層和礦井條件下，綜采工作面可實現(xiàn)年產(chǎn)300萬噸以上。新型礦用單體支護設(shè)備，采用懸浮式液壓技術(shù)原理，生產(chǎn)礦用單體支護設(shè)備，技術(shù)水平達到了國際領(lǐng)先水平，填補了國際空白。DWX型液壓支柱的柱塞懸浮，密封脹緊，密封補償，無內(nèi)泄漏、無圓弧焊縫等技術(shù)和安全特點，具有獨創(chuàng)性。新型礦用單體支護設(shè)備的誕生，消除了五十年來國內(nèi)外單體支護設(shè)備一直存在的內(nèi)泄漏和圓弧焊縫脆斷等安全隱患問題。解決了深部煤礦開采沖擊地壓條件下回采工作面頂板支護的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)束了由德國人發(fā)明的第二代單體支護設(shè)備的歷史，開創(chuàng)了中國人發(fā)明的第三代單體支護技術(shù)設(shè)備的歷史，并將會長期使用下去。該產(chǎn)品普遍適用于煤礦回采工作面的頂板支護和端頭支護，可廣泛應用于薄煤層、中厚煤層及較厚煤層工作面，是煤礦的重要支護設(shè)備。近10年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱掩護式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進一步完善，設(shè)計方法更先進，參數(shù)向高工作阻力、大中心距發(fā)展。液壓支架另一重大突破是控制系統(tǒng)，應用電液控制技術(shù)，采用電磁控制的先導閥，先進可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機技術(shù)，紅外線遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動作自動連續(xù)進行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時間達到6~8s。我國自1973年開始大規(guī)模引進德國、英國等國家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進提高的過程，到目前已形成了較完整的設(shè)計、制造和科研體系，掩護式液壓支架的制造和采煤技術(shù)已有長遠發(fā)展。1.2本課題的研究目的和意義采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭增長的日益需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機械化采煤工作面。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效的支護和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。通過對液壓支架的理論學習，完成液壓支架的設(shè)計工作，加深對液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的認識和了解。通過對液壓支架結(jié)構(gòu)的分析，加深和鞏固機械原理的相關(guān)內(nèi)容；通過對液壓支架受力的分析和強度的校核，加深對專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學和材料力學及專業(yè)課機械設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的鞏固和理解。同樣通過對液壓支架的設(shè)計，能夠更好的認識國內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問題，從而為以后更深認的了解和設(shè)計液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。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，進一步加強設(shè)計計算和制圖等基本技能的訓練，為畢業(yè)后成為一名出色的機械工程師打好基礎(chǔ)?，F(xiàn)代社會對人才提出了更高的要求，作為一名當代大學畢業(yè)生，不僅打好堅實的專業(yè)知識，還應具備工程技術(shù)人才應有的綜合素質(zhì)。為了適應這一發(fā)展趨勢，我們應立足變傳統(tǒng)的、僵化的、單純的畢業(yè)設(shè)計為培養(yǎng)主動學習、提高創(chuàng)新能力、樹立團結(jié)協(xié)作精神、強化計算機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，以我們的主動學習為主，教師適時指導為輔；將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計教學相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和水平。2液壓支架基本理論分析2.1液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進，進行移架和推移輸送機。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，通過工作面性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的，如2.1.1支架升降當操作閥處于升柱位置時，從乳化液泵站來得高壓液體通過操縱閥液控單向閥5進入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當操縱閥處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。2.1.2支架推移支架的前移和推移輸送機是通過操縱閥和推移千斤頂3來進行的。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進入推移千斤頂?shù)那扒患椿钊麠U腔，后腔即活塞腔回液。這時，支架以輸送機為支點前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥置于推溜位置，高壓液體進入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機以支架為支點被推向煤壁。2.1.3支架承載過程支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學作用的過程，它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。(1)初撐階段在升架過程中，當支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥6立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。此時支架對頂板的支撐力為初撐力。(2)承載增阻階段支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。(3)恒阻階段隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高，當升高到安全閥5的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復這一過程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時，支架對頂板的支撐力成為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。由上可知，支架工作時，其支撐力與時間的關(guān)系，可用支架工作特性曲線表示，如圖所示，曲線上的、、分別表示支架的初撐、增阻、和恒阻階段的時間。上述工作過程表明：支架在達到額定工作阻力以前具有增阻性，以保證支架對頂板有效的支撐作用；當支架達到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性，支架的工作特性決定于立柱、液控單向閥、安全閥和操縱閥的性能和密封的好壞。所以這些元件是支架的關(guān)鍵液壓元件通常液控單向閥和安全閥組合在一起，稱為控制閥。支架的工作阻力是支架的一個重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。因此，通常單位支護面積頂板上所受支架工作阻力值的大小2.2液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)液壓支架按其對頂板的支護方式和結(jié)構(gòu)特點的不同，分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三種基本架型。2.2.1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和節(jié)式支架兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機聯(lián)接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由2~3個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機用與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)特點是：頂梁較長，其長度多在4左右；而且立柱多，一般4~6根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架后部，故切頂性能好；對頂板重復支撐的次數(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；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的工作空間和通風斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。2.2.2掩護式支架掩護式支架的結(jié)構(gòu)特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區(qū)的矸石進入作業(yè)空間，其掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護梁形成四連桿機構(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于頂梁或直接作用于頂梁上。掩護式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護式支架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)護板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為3.0mm左右。掩護式支架的支護性能是：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，所以支護強度較大、且均勻，掩護性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風斷面小。由上可知，掩護式支架適用于頂板不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。2.2.3支撐掩護式支架支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(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式支架的結(jié)構(gòu)特點和性能，可適用于各種頂?shù)装鍡l件。支撐掩護式支架的頂梁由前梁與主梁構(gòu)成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。這種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩(wěn)定性好，應用范圍廣。它的主要缺點是：結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。支撐掩護式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾和后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護梁上而前排立柱支撐在頂梁上。2.2.4特種液壓支架特種液壓支架是為滿足某些特殊要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)型式仍屬于上述某種基本架型。2.3對液壓支架的基本要求為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100kN~150kN，中厚煤層一般為150kN~250kN，厚煤層一般為250kN~400kN。防矸性能要好。排矸性能要好。要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有毒氣體等安全方面的要求。為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械?。調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定植。要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。液壓元件要可靠。2.4.2支架的支護性能與外載荷由液壓支架的工作狀態(tài)知，支架承受的外載荷是頂板下沉形成的。在頂板下沉過程中，支架的頂梁與頂板有相對滑動的現(xiàn)象，支架不僅受有垂直于頂梁的力，還受有平行于頂梁的摩擦力。垂直于頂梁的力由支架的工作阻力來平衡。在支架承載過程中，支架底座承受工作面底板反作用力。為了設(shè)計計算方便，要對支架的外載荷和支架本身進行簡化，概述如下：把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)。為偏于安全，在計算時把外載荷視為集中載荷；金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計算；頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布，沿支架寬度方向為均布；通過分析和計算可知，掩護梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護阻力降低所以，在進行強度計算時不計，使掩護梁偏于安全；立柱和短柱按最大工作阻力計算；產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種，—是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點運動軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對位移，頂板給予頂梁水平摩擦力，另一種是由于頂柜向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù)W，一般取0.15~0.3；按不同支護高度時各部件最大受力值進行強度校核。2.4.3影響架型選擇的因素 (1)煤層厚度煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當煤層厚度大于2.5~2.8m（軟煤取下限，硬煤取上限）時，應選用抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。當煤層厚度變化較大時，應選用調(diào)高范圍大的支架。 (2)煤層傾角煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時易發(fā)生傾倒、下滑象。當煤層傾角大于10~15時，應設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當傾角超過18時，應同時具有防滑防倒裝置。 (3)底板性質(zhì)底板承受支架的全部載荷，對支架的底板影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結(jié)構(gòu)和支承面積。選型時，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓(對于砂巖底板，允許比壓為1.96~2.16MPa，軟底板為0.98MPa左右)。(4)瓦斯涌出量對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風斷面應滿足通風的要求，選型時要進行驗算。(5)地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造十分復雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在5~8和20min以下時，暫不宜采用液壓支架。(6)設(shè)備成本在滿足要求的前提下，應選用價格便宜的支架。2.4.4支架架型的確定從架型的結(jié)構(gòu)特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接頂類別和老頂級別的不同，支架所承受的載荷也不同。所以，為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力、采煤高度與承載的關(guān)系進行分析，使支架的支撐力能適應頂板載荷的要求。根據(jù)煤層厚度1.8~3.2米，屬于中厚煤層。支架的適應高度為1.5~3.5米煤質(zhì)條件老頂II級、直接頂II級，底板平整，無影響支架通過的斷層，根據(jù)表2.1初步選定為掩護式兩柱液壓支架。5支架受力分析與計算5.1支架工作狀態(tài)5.1.1頂板狀態(tài)在采煤工作面中，當煤被采出后，就會出現(xiàn)一定的空間，由于受上部巖層壓力，出現(xiàn)離層和裂隙，如果不及時支護，頂板就要冒落，不支護的時間越長，危險就越大。而頂板冒落是有一定過程的，一般可分為三個階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，此時頂板較完整，而且沒有下沉，稱為無壓狀態(tài)；但經(jīng)一定時間后，頂板就會下沉，通常稱為老頂來壓，此時頂板并不破裂，而且這種下沉帶有一定的周期性，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)；如果不及時支護，頂板就會破裂而冒落，此時叫冒落狀態(tài)。5.1.2支架工作狀態(tài)支架在這三種狀態(tài)下是這樣工作的：開始支架以初撐力支撐頂板，此時為無壓狀態(tài)；當周期來壓時，頂板下沉，使立柱下腔壓力增大，當增大到大于安全閥調(diào)正壓力時，安全閥被打開，使立柱下腔壓力下降，稱為立柱讓壓狀態(tài)，使支架以工作阻力支護頂板；如果繼續(xù)來壓，就要不斷讓壓，所以立柱要有一定的向下行程，如沒有向下行程，稱為壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計和使用中必須注意避免的現(xiàn)象；當支架前移后，此時頂板處于無支護狀態(tài)，頂板就要冒落，這就是液壓支架在工作過程中的三種狀態(tài)。5.1.3支架受力支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時又有向采空區(qū)移動的趨勢，使頂梁受合力和底座受底板反力，其中頂板合力的垂直分力,由支架工作阻力來克服，所以在計算支架的工作載荷時按支架的工作阻力來確定。7液壓系統(tǒng)設(shè)計7.1液壓支架的液壓系統(tǒng)特點液壓支架由不同數(shù)量的立柱合千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等功作。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)都采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。液壓支架的液壓傳動，與其它機械的容積式液壓傳動有很大的區(qū)別，其特點加下：工作液的壓力高(管路內(nèi)的壓力達20~40MPa，立柱內(nèi)的壓力達30~70MPa)，流量大(35~140l/min)；在液壓系統(tǒng)種，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)和控制裝置等總的數(shù)量大(高壓泵1~6臺、液壓缸300~1500個、安全閥150~300個，還有同樣數(shù)量的液控單向閥)；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)目改變液流的參數(shù)；所有支架在結(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)支架都重復著相同的工序，這些工序的總和構(gòu)成液壓支架的基本工序；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)及工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。這些特點體現(xiàn)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。7.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法根據(jù)液壓系統(tǒng)的架型和結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定立柱和千斤頂數(shù)目，并擬定液壓系統(tǒng)。帶壓移架回路如圖7.1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截流閥，可時支架帶壓移架，設(shè)計時應考慮在移架時，支架對頂板的支撐力應大于10KN/m。7.3千斤頂系統(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：7.3.2.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。當操縱操縱閥時，壓力液經(jīng)分流閥后分成兩路：一路去推移千斤頂，另一路經(jīng)定壓開關(guān)閥去輔助移架千斤頂。當液壓力超過定壓關(guān)閉閥的調(diào)整壓力時，該閥關(guān)閉，切斷液路，保證輔助移架千斤頂?shù)耐屏Σ怀^調(diào)定值。7.3.4.活動側(cè)護板控制方式（1）彈簧機構(gòu)式。其優(yōu)點式結(jié)構(gòu)簡單，不需要液壓元件，但功能較差，不具備調(diào)架性能，適應煤層傾角很小的工作面。（2）彈簧與液壓無閉鎖混合系統(tǒng)。這種方式除彈簧機構(gòu)外，需裝備3－4個千斤頂及其操縱系統(tǒng)。與第一種方式相比，增加了設(shè)備費用，在功能方面并未獲得顯著的改善。但目前我國煤礦大量的支架式采用這種控制方式的活動側(cè)護板。（3）彈簧與液壓閉鎖系統(tǒng)混合式。與第二種無閉鎖系統(tǒng)比較，只是控制閥的功能不同，并增加了2—3個安全閥，使設(shè)備費用并不會顯著增加，卻獲得了較好的防倒、防矸和調(diào)架的性能。（4）全液壓控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)方面取消了彈簧，增加了一條低壓供液系統(tǒng)和壓力順序閥，使活動側(cè)護板具備了良好的性能，還可簡化頂梁和掩護梁的結(jié)構(gòu)7.4乳化液泵站系統(tǒng)7.4.1乳化液泵站 乳化液泵站是采煤工作面文護設(shè)備及推移裝置的動力源。主要由乳化液泵組、乳化液箔組組成，還包括必要的控制、保護、監(jiān)視等元件及聯(lián)接管路。 泵站的布設(shè)分為固定式和移動式兩種。供液的方式為單一工作面供掖和集中對多個工作面供液。表7.1泵站供液方式方式布設(shè)地點與配置供給地點與輸送固定式泵站集中供液在采區(qū)或礦井硐室中，配置多臺泵組和大容量液箱通過大管徑金屬管道向去全采區(qū)或礦井的各個采煤工作面供液單一供液在工作面順槽端部硐室內(nèi)，配兩臺泵組和一臺乳化液箱組通過大管徑硬管或高壓軟管向本工作面供液移動式泵站單一供液在距采煤面30~50m的順槽內(nèi)布設(shè)兩臺泵組，一臺箱組，隨工作面的推進而移動，也可安裝于動力列車上通過高壓軟管于工作面主供液管連接供液泵站主要多數(shù)應滿足采煤工作面供液需要，同時要有合理的管路和閥類配套。泵站公稱壓力取決于立柱初撐壓力和杏千斤頂?shù)膖作壓力。在此基礎(chǔ)上考慮一定的富裕系數(shù)，以補償系統(tǒng)沿程的壓力損失。泵站的液箱容積應能保證系統(tǒng)正常循環(huán)時液體的充分沉淀和排氣，灑溫不要超出0℃，能容納由于頂板下沉等原因回流的液體。一勝液箱容積不少于泵公稱流量的6倍。為了驗證泵站系統(tǒng)組配的合理性，可用液壓支架液壓系統(tǒng)優(yōu)化程序進行檢驗。7.4.2泵站液壓系統(tǒng)乳化液泵站系統(tǒng)應符合以下基本要求：(1)系統(tǒng)及其元件應能滿足工作面支護設(shè)備和推移設(shè)備的要求。(2)控制系統(tǒng)中，應配有各自獨立的兩臺泵組。(3)應有完善的過濾裝置及磁過濾。(4)必須有兩級壓刀保護裝置。固定泵站應有失壓保護。(5)應設(shè)有壓力指示。(6)應有消除系統(tǒng)脈動和補能的蓄能器。由于工作面支架的立柱和千斤頂所需要的壓力不同，就需要泵站共給不同的壓力液。一般情況下，立柱要達到較高的初撐力，就需要高壓液。要求推力較小的千斤頂，例如側(cè)推千斤頂?shù)染鸵^低的壓力液。由此，本次設(shè)計選用高壓—低壓泵液壓系統(tǒng)：工作面同時需要高壓和低壓時，可以設(shè)置一套高壓泵，一套低壓泵，組成整套乳化液泵站，其原理系統(tǒng)圖表示如圖7.6示。高低壓泵可以用一臺電機拖動。1、乳化液泵乳化液泵與電動機、機架等組成乳化液泵組，作為一個泵站組件。工作原理：機械化采煤工作面一般采用臥式三往塞往復式乳化液泵。它是由電動機驅(qū)動，將曲軸的轉(zhuǎn)動經(jīng)連桿—塊沿機構(gòu)帶動柱塞作往復直線運動。其工作原理如圖7.7所示。當柱塞左行時，缸體腔容積增大形成真空。液箱里的乳化液在大氣壓力下經(jīng)吸液閥被吸入缸體。此時排液閥在排液管內(nèi)液壓下關(guān)閉。當柱塞右行時，缸體腔逐漸縮小，液體受壓．推開排液閥，關(guān)閉吸液閥．將乳化液注入排液管路輸入系統(tǒng)。柱塞往復一次完成一個吸、排液循環(huán)。其排液量呈正弦規(guī)律變化。由于三個柱塞運動互呈120度的相位角，泵的連續(xù)流量為三個柱塞排量總和，其流量壓力脈動為三條正弦曲線的疊加，如圖7.8所示。2、乳化液箱乳化液箱是泵站系統(tǒng)中貯存、回收和過濾工作液的裝置。具有較完善的過濾系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。有些還配有自動卸載閥、減壓閥、蓄能器等元部件。由液箱及裝在其上的元件和連接膠管組成乳化液箱組。一般單一供液的工作面泵站系統(tǒng)配一臺液箱組和兩臺泵組。在必要時增設(shè)輔助液箱組。7.4.3乳化液泵站的元部件1、泵用安全閥泵用安全閥是乳化濃泵的過載保護裝置。安裝于泵的高壓排液口。當高壓管路意外堵塞或系統(tǒng)自動卸載閥失靈時，泵壓升高超道安全閥的彈簧調(diào)定壓力時，使安全閥開啟，釋放出高壓液體，使泵卸載。2、自動即截閥該閥是泵站的壓力控制和過載保護元件。正常工作時泵排出的液體流經(jīng)卸載閥的單向閥進入供液系統(tǒng)。在系統(tǒng)異常或工作面不需供液，系統(tǒng)壓力超過卸載閥調(diào)定壓力最高值并控制液流使卸載閥口自動打開，泵排出的液體流回乳化液箱，使泵處于空載循環(huán)遠行，在系統(tǒng)壓力低于卸載閥調(diào)它的恢復壓力值時，卸載閥自動關(guān)閉，使泵恢復正常循環(huán)供液。自動卸載閥往往還聯(lián)通一個手動卸載閥組成卸載閥組可以起三個作用：（1）保證泵組在排供液時，進入低壓或空載運行。節(jié)省能量消耗，延長泵站使用壽命。（2）在系統(tǒng)出現(xiàn)異常，壓力超調(diào)時，起卸載保護作用。（3）當起動時打開手動卸載閥，可零壓起動。因此卸載閥在系統(tǒng)中是一重要元件，并且呈頻繁動作狀態(tài)，要求性能穩(wěn)定、可靠。卸載閥的頻繁動作給系統(tǒng)帶來振動和沖擊，一般應裝于泵組上，與泵出口直接連接，并配以較大的系統(tǒng)蓄能器。3、減壓閥為滿足兩種或兩種以上的工作面支護設(shè)備所需要的工作壓力，采用系統(tǒng)減壓閥，使泵排出的高壓液降到所需要的工作壓力，同時供給使用。減壓閥主要由主閥、調(diào)節(jié)裝置及安全閥三部分組成。主閥通過間隙節(jié)流產(chǎn)生壓降，成為減壓部分，調(diào)節(jié)裝置是靠彈簧或蓄能器及調(diào)節(jié)活塞來調(diào)定二次壓力，并保持其壓力穩(wěn)定；安全閥起二次側(cè)壓力過壓保護作用。4、過露裝置液箱的過濾裝置包括吸液過濾器(裝于吸液斷路器上)、過濾網(wǎng)槽、磁過濾器及高壓過濾。附錄二（譯文）長臂式采煤用的采煤機長臂式采煤在歐洲已普遍機械化，幾乎全部使用采煤機和刨煤機。在德意志聯(lián)邦共和國，刨削式采煤比其他國家用得更為廣泛，盡管如此，用采煤機采出煤炭時的比率穩(wěn)步增加。在1977年10月，他的產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的36%。采煤機之所以得到發(fā)展有許多令人信服的理由。采煤機的運轉(zhuǎn)比刨煤機受頂?shù)装鍡l件，夾石和煤層厚度的變化影響更小。截高適應性強，截深穩(wěn)定、頂板易于控制，是傾向于使用采煤機的另一些理由。1976年10月，刨煤機工作面的有效工作時間在35%左右，相比之下，采煤機工作面為48%。平均日產(chǎn)量也反映了上列數(shù)字（在德意志聯(lián)邦共和國1977年10月刨煤機工作面平均日產(chǎn)煤1180噸，采煤機工作面采煤1678噸）。但是，這里必須指出，采煤機通常是在厚度較大的煤層中使用。目前采煤機的適用范圍是厚度從0.75米到4.5米的煤層。適用于可能遇到的不同工作條件的各種形式的采煤機是根據(jù)積木式結(jié)構(gòu)原理由許多主要部件組裝而成的。例如，Eickhoff采煤機分別備有縱置式電動機，功率為170，200，300千瓦，而450千瓦的不久即將問世。橫置式電動機目前為150千瓦，230千瓦的也即將供貨。采煤及騎在輸送機上面或者貼著輸送機移動。搖臂有不同長度，從740毫米至2230毫米，各種采煤機可以制造成在常用的各種電壓和頻率下運轉(zhuǎn)，可以用各種的牽引方法和速度，可以有不同的滾筒速度以及為各種高度的機型作出不同的滾筒設(shè)計。與前些年不同，這類機械的制造廠商不再大批生產(chǎn)同型號的機械設(shè)備，而不得不根據(jù)不斷修正與改進的原則利用現(xiàn)有的大量組件組裝采礦機械，并根據(jù)所遇到的采掘條件使這些機械與工作面輸送機和頂板支護設(shè)備配套，形成完整的系統(tǒng)。盡管對于惡劣的井下工作條件來說已經(jīng)取得了很大的技術(shù)發(fā)展并達到了很高的工作安全性，為了滿足下列的要求，尚需進一步做出努力來發(fā)展采掘機械：增加產(chǎn)量（同時進一步改進操作安全性）；擴大工作范圍（例如，開采急傾斜煤層）；改善工人工作條件（例如，減少粉塵產(chǎn)生和噪音）。增加產(chǎn)量當前的趨勢是從更少的工作面中采出更多的煤炭。某些工作面的產(chǎn)量已經(jīng)很高，以致工作面工作稍有停頓，即會造成大量損失產(chǎn)量的后果。因此，采煤機產(chǎn)量的提高就與提高運轉(zhuǎn)安全性、提高利用率，以及更方便的監(jiān)控機械所有的功能密切相關(guān)。因此性能的改進就不僅限于研制更大功率的電動機、牽引部、機頭和搖臂，而且還包括研制機器的電器監(jiān)控系統(tǒng)，最終實現(xiàn)全面自動化。這也適用于截齒的改進，因為截齒的壽命和價格決定采煤機的性能。提高產(chǎn)量，還可以通過在一個工作面使用多臺采煤機的辦法實現(xiàn)。這樣，由于免開切口，避免因大塊煤從工作面脫落不得不用人力破碎等原因而造成的停頓，就可以提高效率。還有一個很明顯的問題，那就是把工作電壓限制在1000伏以內(nèi)限制了采煤機的性能發(fā)揮，要進一步增大電動機的額定功率，就必須采用更高的電壓。擴大應用范圍在水平煤層，緩傾斜煤層或仰斜開采中，采煤機的應用已經(jīng)取得全面經(jīng)驗。薄煤層的開采受到難以克服的限制，這是由于輸送機的高度，采煤機下應留有必要的間隙，以及采煤機本身高度的限制。因此只有當采煤機貼著輸送機移動式薄煤層的煤才能被采出。這就造成一個導向問題，僅僅利用行走道軌上的導向設(shè)備是解決不了問題的。一個新近發(fā)現(xiàn)的解決辦法是使采煤機卡住輸送機滑行。這就使得把采煤機運用于到目前為止只適用于使用刨煤機的煤層厚度成為可能。大量的EDW-170-LN型采煤機正在工作，特別是在英國，用于開采高品位煉焦煤的薄煤層。在急傾角的煤層，采煤機的使用受到牽引困難的限制，而且不易找到一種能把采煤機保持在坡道上的使用裝置。一些新的設(shè)計，無需在采煤機以外另設(shè)安全裝置，它備有必要的牽引裝置，已把采煤機的工作范圍擴大到急傾斜煤層。隨著作業(yè)深度增加，巷道的掘進與維護費大量增加。掘進超前平巷一向妨礙采煤工作面的推進。目前用于采煤機的無鏈牽引系統(tǒng)允許使用多機操作。專門設(shè)計的工作面端頭采煤機可以在此種系統(tǒng)中使用，它不僅可以免開切口，還可以切割巷道部分，因此產(chǎn)量提高，結(jié)果導致生產(chǎn)效率的提高。改善井下工人工作條件與其他工業(yè)活動相比，在井下工作特別勞累而且危險。因此目前正在致力于減輕勞作負擔和提高井下作業(yè)的安全性，這不僅是由于有嚴格的規(guī)程，而且還處于能招募到愿意開采煤機的工人的需要。這一點也促進了不斷改進技術(shù)的必要性。多年以來，采煤機工作面的防塵問題一直是個至關(guān)重要的問題，至今在這方面還有許多工作要做。為此最近常常有人議論用水槍進行水力開采，或是用水槍協(xié)助傳統(tǒng)的采煤機。井下作業(yè)不斷地受到爆炸性氣體的威脅。為了消滅這類事故，在英國常常采用空心軸通風法，用文丘里噴嘴把水和空氣注入截槽深部。采煤機的操作改進，還包括在采煤機的兩端配備了控制設(shè)備，用無線電控制，還可用自動控制使采煤機在工作面獨立運轉(zhuǎn)。采煤機的部件上文簡要談到的發(fā)展目標不斷改善和進一步發(fā)展采煤機的所有部件。電動機提高產(chǎn)量要求強大的電動機功率。每一特定的煤種應該使用一種最適用的機械設(shè)備以便使單位能耗（千瓦小時/立方米）最低。在有限的空間內(nèi)容納很高的功率需要采用水冷式電機。目前，冷卻電機定子已作為既定標準，最新設(shè)計的電動機已有了端罩冷卻，此外，為了進一步提高一定空間內(nèi)的電動機功率還正在試驗冷卻主軸。到目前為止，長臂采煤機所用的電動機都是三相感應電動機，由于它的結(jié)構(gòu)足夠堅固，可以應付井下運轉(zhuǎn)條件。為盡量把單位能耗（千瓦小時/立方米）降至最小，就必須使?jié)L筒轉(zhuǎn)速與采煤機牽引速度相協(xié)調(diào)，為達到這一目的，可以在采煤機上配備直流電動機來驅(qū)動滾筒，據(jù)說在蘇聯(lián)研制了這種機械，而關(guān)于使用結(jié)果還沒有資料。一般的采煤機都是沿機身的縱軸方向裝置電動機，在兩端都需要出軸以便把動力傳遞給機頭。這樣的采煤機需要復雜的傳動系統(tǒng)，但是有個好處，就是電動機的動力能夠按需要分配給兩個滾筒和牽引部。像EDW-150-2L這樣的新式采煤機裝備有橫置式電動機，他們直接安裝在搖臂上。但是這個優(yōu)點是有代價的，既不可能在兩個滾筒之間分配動力，而承受較重載荷的那個滾筒由于達到了最大的功率，將決定采煤機的移動速度。牽引部采煤機的液壓牽引部件到目前也使用了將近三十年。在這三十年當中，液壓牽引已改進到高度完善的程度。目前已可以把采煤機的牽引速度作為電動機和牽引部負荷的函數(shù)來控制（Eicomatic）。這樣的牽引部可以避免過負荷，并可采用難燃液安全運行。但近十年來半導體技術(shù)已發(fā)展到一定階段，目前已有可能以直流電動機驅(qū)動牽引部，其速度由可控硅整流器控制。與液壓牽引部相比，電氣牽引部比較簡單和牢固耐用，電氣部件容易通過使用控制插件進行檢查和維護。此外，它的各種功能可以得到監(jiān)視，他的變速反應比液壓牽引快。在第一批配備了這種電力牽引部的采煤機中，有EickhoffEDW-150-2L型雙端可調(diào)高滾筒采煤機，首次安裝試用以來，其電力牽引部完全滿足預期的要求。無鏈牽引系統(tǒng)繼牽引繩和牽引鏈之后，無鏈牽引系統(tǒng)使用日益廣泛。這類系統(tǒng)的優(yōu)點是更為安全，機械運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，并可以在一個工作面使用多臺采煤機。目前有若干種不同結(jié)構(gòu)形式在英國使用。對于某些無鏈牽引系統(tǒng)來說，有一個問題是他們妨礙工作面輸送機的彎曲性能，可能使運行受到約束。Eickhoff工廠出產(chǎn)的Eicotrack系統(tǒng)解決了這個問題。因為與其他系統(tǒng)不同，他的導軌節(jié)段長度只用輸送機槽的一半，所以兩輸送機槽之間的錯位和折角對兩個導軌節(jié)段之間只有一半的影響。這一優(yōu)越性能自然需要較高的成本。然而在某些場合，工作面輸送機的彎曲性能還是顯得不夠。