基于煤礦用液壓支架設(shè)計(jì)的分析

王志華

摘 要：最近幾年來(lái)，液壓支架因其具有較高的生產(chǎn)效率，能改善工作環(huán)境，減少勞動(dòng)力等特點(diǎn)，在煤炭行業(yè)的應(yīng)用日益比較廣泛。本文結(jié)合實(shí)際對(duì)煤礦用液壓支架做了總體概述，在此基礎(chǔ)上分析了煤礦用液壓支架的組成及工作原理，及它的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。供參考。

關(guān)鍵詞：液壓支架；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；煤礦生產(chǎn)；技術(shù)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD355.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 煤礦用液壓支架概述

現(xiàn)在的煤礦開(kāi)采中，大部分都會(huì)用到液壓支架。那么什么是液壓支架？簡(jiǎn)單概括為它就是一種利用液體壓力產(chǎn)生支撐力支護(hù)采場(chǎng)頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備，同時(shí)在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移設(shè)和管理的一種液壓動(dòng)力裝置，是目前我們國(guó)家進(jìn)行綜合機(jī)械化采煤時(shí)不可缺少的一種配套設(shè)備。它能在最極端的條件下具有穩(wěn)定性強(qiáng)，防護(hù)性能好，移架速度快及對(duì)頂板適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

在應(yīng)用中，煤礦用液壓支架可以滿(mǎn)足于水平面和小于等于10度的緩傾斜厚煤層沿底板一次放頂煤采全高開(kāi)采的長(zhǎng)壁綜采工作面，也適用于急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤綜采工作面。

1.1 煤礦用液壓支架的組成

現(xiàn)在的大型煤礦開(kāi)采中的液壓支架的組成一般分為以下幾個(gè)部分：1為前立柱，2為后立柱，3為頂梁，4為掩護(hù)梁，5為前連桿，6為后連桿，7為底座，8為操縱閥，9為推移裝置。

1.2 煤礦用液壓支架工作原理

所謂的煤礦用液壓支架工作原理，它是以液壓為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)升降、前移等運(yùn)動(dòng)功能的，在工作過(guò)程中能夠可靠地支承頂板而且隨著回采工作面的推進(jìn)向前移動(dòng)，逐步實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，然后這些動(dòng)作由乳化液泵站供給的高壓液體，通過(guò)各種閥控制立柱、千斤頂?shù)纳炜s來(lái)實(shí)現(xiàn)，最終完成液壓支架的整個(gè)工作使命。具體如圖2所示。

鑒于目前我們國(guó)家在煤炭開(kāi)采行業(yè)液壓支架的使用比較晚，從已經(jīng)研制的支架系統(tǒng)來(lái)看，目前還處于初級(jí)階段，而且液壓支架和采煤機(jī)和輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)的整個(gè)工作方面的自動(dòng)化控制還依然處在研究分析層面上，煤礦用液壓支架的未來(lái)發(fā)展方向是很可觀的，這也是煤炭生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)的必然結(jié)果。

2 煤礦用液壓支架設(shè)計(jì)分析

2.1 支架結(jié)構(gòu)選擇。結(jié)構(gòu)的選擇對(duì)于整個(gè)支架的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很重要的。在選擇時(shí)我們可以根據(jù)支架和液部件的各個(gè)功能和作用，把它分為如下幾個(gè)部分：首先是液壓油缸，整個(gè)包括立柱和千斤頂，它的主要功能和作用是實(shí)現(xiàn)支架的動(dòng)作，并產(chǎn)生液壓動(dòng)力。其次是控制元部件，這個(gè)包括單向閥、安全閥等，它的功能和作用是操作控制支架各個(gè)液壓缸的動(dòng)作和保障工作所需要的工作特質(zhì)。第三個(gè)是承載的結(jié)構(gòu)件。像連桿、掩護(hù)梁等，它是承受和傳遞頂板的載荷的。最后一個(gè)是輔助方面的裝置比如伸縮量裝置、推移裝置等，是有效地實(shí)現(xiàn)支架各個(gè)動(dòng)作的必要裝置。

2.2 頂梁選擇。它的選擇要選擇那些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性較好的材料，頂梁對(duì)頂板的載荷平衡力較強(qiáng)的，同時(shí)前端支撐力要大。在設(shè)計(jì)的時(shí)候要設(shè)置全長(zhǎng)的側(cè)護(hù)板。

2.3 側(cè)護(hù)板的選擇。要選用直角單側(cè)活動(dòng)的側(cè)護(hù)板，直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板的一側(cè)應(yīng)該是固定的，另一側(cè)是活動(dòng)的。

2.4 底座的選擇。要選用剛性的底座，同時(shí)底座面積要足夠大，有利于減小對(duì)底座的比壓等。

2.5 液控單向閥的選擇。要選用靈敏度較高的，密封性要高，使用的壽命也要長(zhǎng)。

2.6 立柱的選擇。立柱的選擇要有工作阻力和可靠的特性，還有足夠的抗壓力和抗彎度，密封也要好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)支架有適應(yīng)性的工作環(huán)境要求。

2.7 操縱閥的選擇。要求密封性要好，工作可靠，操作方面比較方面快捷。

2.8 安全閥的選擇。要求安全閥的動(dòng)作要靈敏，閥的開(kāi)啟壓力和關(guān)閉壓力差值要很小，有較長(zhǎng)的使用壽命，結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，最起碼拆卸要方面。

2.9 泵站的選擇。在選擇的時(shí)候要本著能承受足夠大的壓力和千斤頂?shù)膲毫Γ褂脡勖L(zhǎng)的特點(diǎn)。

3 煤礦用液壓支架設(shè)計(jì)要點(diǎn)

液壓支架在設(shè)計(jì)時(shí)要做好高度方面的控制。文章結(jié)合實(shí)際對(duì)部分部件的設(shè)計(jì)高度做一重點(diǎn)分析。

3.1 支架的高度、寬度控制。根據(jù)具體的實(shí)際情況我們可以選定支架的最低和最高的高度，這樣有利于液壓支架在操作時(shí)容易與頂板垮落的厚度及周期進(jìn)行調(diào)整下沉量和支架的移動(dòng)。所以液壓支架的最高高度可以設(shè)置為4700mm，最低高度是3200mm。

而它的寬度來(lái)說(shuō)，要根據(jù)設(shè)備等的具體情況設(shè)置。一般是最小寬度是1430mm，最大寬度是1600mm。這樣的寬度基本是可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的。

3.2 支架的中心距離的確定。支架的中心距離等于工作面一節(jié)的溜槽長(zhǎng)度，就現(xiàn)在各個(gè)企業(yè)使用的情況來(lái)看，一般都是用的1.5m的。

3.3 底座長(zhǎng)度的控制。在設(shè)計(jì)這個(gè)長(zhǎng)度的時(shí)候要考慮支架對(duì)底板的接觸實(shí)際情況，一般是接觸比壓要小。還有就是要保障液壓支架的穩(wěn)定性。我們以掩護(hù)式的液壓支架來(lái)說(shuō)，它底座的長(zhǎng)度要取3.5倍的移架步距，一般就是2m左右。但是根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，底座的選取要在2600mm左右。

3.4 頂梁長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)確定。一般來(lái)說(shuō)頂梁長(zhǎng)度的確定是相對(duì)于安全距離而言的。頂端距是我們?cè)谝萍苤箜斄憾说矫罕诘恼麄€(gè)距離，它是采煤機(jī)在工作時(shí)垂直分力促使搖臂和滾筒向液壓支架的傾斜，為避免碰到頂梁進(jìn)行測(cè)定的一個(gè)安全性的距離。

3.5 后連桿長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)。我們用后連桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為例。在設(shè)計(jì)這個(gè)的時(shí)候要注意它的運(yùn)動(dòng)軌跡，減少那些無(wú)用的旋轉(zhuǎn)視點(diǎn)，然后把保護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成柄滑塊組織。我們假設(shè)用三點(diǎn)法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)它的長(zhǎng)度，并嘗試用如圖3所示。

根據(jù)四連桿的相關(guān)要求我們選擇掩護(hù)梁在最高位置和水平面夾角b1=60°，最低位置為b2=25°，同樣的后連桿a1為75°，a2為35°。經(jīng)過(guò)這樣計(jì)算最終我們得出后連桿的長(zhǎng)度是1487mm。

3.6 立柱間距的設(shè)計(jì)。我們根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)要求制作如圖4所示的長(zhǎng)度尺寸。

其中，ac之間的距離是1000mm；cd之間的距離是700mm。

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