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1、液压支架,10机械 陈灿煌,地下开采的煤产量主要是利用由液压支架配套的综采设备产出的。综采设备的研制和广泛的运用，对煤炭工业革新技木装备不仅有着重大的作用，而且对采煤工艺各个环节技术水平的发展和提高，是强有力的促进因素。加速现代化进程，必须加速煤炭工业企业的建设、改造和革新技术装备的进程，增加地下开采和露天开采的煤产量。地下开采方法是最复杂和闲难的方法，但是，这种方法在工业发达国家和以煤作为次能源的地区，仍然普遍应用。而且，开采优质煤，包括炼焦煤，都是采用地下开采方法。综合机械化采煤是煤炭工业的一次技术革命，从根本上改变了煤炭工业的面貌，综合机械化采煤是20世纪人类科技发展的重要成果。综合机械
2、化采煤技术在我国的研究试验、使用、发展，彻底改变了我国煤炭工业的面貌，降低了工人的劳动强度，提高了产量、劳动生产率和企业效益，满足了国民经济建设对煤炭的需求，合理的集中生产简化了生产系统，提高了生产安全性。我国综采技术发展的30多年，使我国的煤炭生产技术水平跨进了世界先进行列，综放技术跃居世界领先地位。工作面支护问题始终是困扰煤矿生产安全、产量和效率的重要问题。以液压支架为主要设备的综合机械化采煤(以下简称综采)的诞生和发展是煤矿生产发展史上的一次重大革命。不仅从根本上改善了劳动和安全条件，也为工作面产量和效率的迅速提高奠定了基础。但是综采设备初期投资高，特别是液压支架占综采设备总投资约60%
3、，因此液压支架的合理选用特显重要。,液压支架概述,用于长壁开采综采工作面；以液压为动力实现升降、前移等动作；作用：支撑和维护顶板，提供安全作业的支护；两大功能：支护、前移；重要性：重量和初期投资费用占整套综采设备的6070,长壁采煤工作面的构成,三、采煤工作面断面图,液压支架的组成,由四大部分组成：a、承载结构件 b、执行元件 c、控制元件 d、辅助装置,一、承载结构件,顶梁：直接与顶板接触，传递支撑力并起护顶作用。底座：直接与地板接触，传递支撑力并用于支托立柱和其他部件。掩护梁：连接顶梁与底座（或连杆），承受支架水平力和垮落顶板岩石压力，防止采空区冒落矸石进入支架的构件。是掩护式和支撑掩护式
4、的特征构件。前、后连杆：掩护式和支撑掩护式的特征构件，与掩护梁、底座铰接形成四连杆机构，即可承受顶板水平力，使立柱无需复位装置，又可在支架升降时顶梁前端沿双纽线移动，使梁端距变化较小，提高支架控制顶板的可靠性。,二、执行元件,立柱：缸径系列：140、160、180、200、230、250、280、320、360、380、400、420.千斤顶：前梁千斤顶、推移千斤顶、侧推千斤顶、平衡千斤顶、护帮千斤顶、伸缩千斤顶、防倒防滑千斤顶、抬底千斤顶、调架千斤顶。缸径系列：63、80、100、125、140、160、180、200等。,千斤顶安装位置,掩护式、支撑掩护式,掩护式,支撑掩护式,三、控制元件
5、,两大类：压力控制阀和方向控制阀压力控制阀：安全阀方向控制阀：液控单向阀、操纵阀、电液控制阀、先导控制阀1、安全阀：限制液体压力的液压元件。超过调定压力开启 低于恢复压力关闭 2、液控单向阀：闭锁并控制释放立柱或千斤顶工作腔液 体，使其获得额定工作阻力的液压元件。3、操纵阀：液压系统中使液压缸换向，实现各种动作。,四、辅助装置,推移装置：用于推移支架和刮板输送机的装置。侧护装置：布置在顶梁、掩护梁或连杆侧面，起挡矸和防倒调架等作用的装置。梁端支护装置：割煤后梁端距扩大，用于及时支护顶板的装置，如伸缩梁、前梁等。挡矸装置：防止矸石从采空区涌入工作面的装置。复位装置：保证支撑式支架立柱在垂直顶板的
6、位置，使支架结构稳定且具有抵抗水平分力的装置；护帮装置：在支架前方顶住煤壁，防止煤壁片帮或在片帮时起到遮蔽作用的装置。防倒访滑装置：防止支架倾倒和支架移动时下滑装置的总称。,液压支架的工作原理,液压支架工作原理1顶梁；2立柱；3推移千斤顶；4安全阀；5单向筏；6、7操纵阀,实现的动作,液压支架在工作过程中，不仅要可靠的支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。因此，支架要实现升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压液体，通过工作面性质不同的几个液压缸来完成的,支架升降,当操作阀处于升柱位置时，从乳化液泵站来得高压液体通过操纵阀液控单向阀5进入
7、立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。,支架推移,支架的前移和推移输送机是通过操纵阀和 推移千斤顶3来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，再把支架升起，使支架撑紧顶板。若将操纵阀置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆腔回液，这时输送机以支架为支点被推向煤壁。,液压支架的工作原理,两个基本动作：升降、推移。利用乳化液泵站提供的高压乳化
8、液体，通过立柱、推移千斤顶来完成各种动作。一、升降：指液压支架升起支撑顶板到下降脱离顶板整个工作过程。分为四个工作阶段，分别是：初撑阶段 增阻阶段 恒阻阶段 降架阶段,1、初撑阶段：立柱上升，达到初撑力。,立柱初撑力:Pzc=D2/4Pb103 支架初撑力:PjcPzcn 式中 Pzc立柱初撑力，KN；D立柱缸体内径，mm；Pb泵站工作压力，MPa；n每架支架的立柱数量；Pjc支架初撑力，KN；支护效率。支护效率主要取决于立柱的倾斜程度，当立柱直立时，支护效率为1。支架的初撑力取决于泵站工作压力、立柱数目、立柱缸径以及立柱布置的倾斜程度。,2、增阻阶段,支架达到初撑力后，随着顶板的缓慢下沉，封
9、闭在立柱下腔的工作液体缓慢升高，立柱的推力即支架对顶板的支撑力也随之增大，直到立柱下腔压力达到安全阀动作压力为止，这一过程称为支架的增阻阶段；立柱下腔的液体受压而使其体积减小，以及立柱缸体的弹性膨胀，支架要下降一段距离，下降的距离称为支架的弹性可缩值，下降的性质称为支架的弹性可缩性。3、恒阻阶段 安全阀动作后，立柱下腔少量液体经安全阀溢出，压力随之减小，当低于安全阀的调定压力时，安全阀重新关闭，停止溢流，支架恢复正常工作状态。,恒阻阶段，支架对顶板产生的最大支撑力称为支架的工作阻力 立柱的工作阻力：P zz D2/4Pa103 支架的工作阻力：PjzPzzn 式中 P zz 立柱的工作阻力，K
10、N.Pa安全阀调定压力，MPa.D立柱缸径，mm.Pjz支架工作阻力，MPa.支架的工作阻力取决于安全阀的调定压力、立柱数目、立柱缸径及立柱布置的倾斜程度。所以，安全阀调定压力的准确性、动作可靠性，对支架的性能有着决定性的影响。,液压支架承载中达到工作阻力后能加以保持的性质叫做支架的恒阻性；液压支架因安全阀动作使立柱下腔液体少量溢出而下降的性质称为支架的可缩性。当工作面某些支架达到工作阻力而下降时，相邻的未达到工作阻力的支架便成为顶板压力作用的突出对象，即将压力分担到相邻的支架上，这种支架相互分担顶板压力的性质叫做支架的让压性。让压性可使支架受力均匀。4、降架阶段 降架是指支架顶梁脱离顶板而不
11、再承受顶板压力。需移架时先降架。100200mm左右；破碎顶板带压移架。,5、液压支架的特性曲线,由上可知，支架工作时，其支撑力与时间的关系，可用支架工作特性曲线表示，如图 所示，曲线上的t1、t2、t3分别表示支架的初撑、增阻、和恒阻阶段的时间。,二、推移,移支架、推刮板输送机，靠推移千斤顶的推拉完成。一个推移千斤顶，两端分别和支架的底座和刮板输送机相联接。动作顺序：降架移架升架推移刮板输送机。推移步距：600mm、800mm、900mm。由相配套的采煤机截深决定。动作实现的两种方式：手动、电液控制自动。,液压支架的支护方式,即时支护：采煤机过后，液压支架按照降架移架升架推溜的次序动作，及时
12、支护新裸露的顶板，应用广泛；滞后支护：采煤机割煤后，液压支架按照推溜降架移架升架的次序动作，用于稳定、完整的顶板条件。,液压支架的分类,一、按照支架与围岩的相互作用关系分：1、支撑式：立柱支撑在顶梁上，没有掩护梁。分为垛式和节式两类；2、掩护式：以单排立柱为主要支撑部件并带有掩护梁的液压支架。调高范围大，掩护性和稳定性较好。3、支撑掩护式：具有顶梁和掩护梁，有两排（少数有三排）立柱的液压支架。具有支撑力大，切顶性好，工作空间宽敞的优点，用于直接顶中等稳定以上、周期来压明显或强烈、瓦斯涌出量较大的煤层。,掩护式液压支架,支撑掩护式液压支架,二、按支架的移动方式分：,1、整体自移式液压支架：一般均
13、为整体结构，移架和推溜公用一个推移千斤顶，能以刮板机为支点实现拉架，以支架为支点实现推溜。2、迈步移动式液压支架：有一定连接关系的主、副架组成，移架与推溜是各自独立实现的。移架时主、副架互为支点，交替迈步自移；推溜时以支架为支点，推移千斤顶只与支架相连，另一端自由。三、按支架在工作面的位置分：1、基本支架：布置在工作面内，支护工作面顶板。2、排头支架：又叫过渡支架，用于工作面两端刮板输送机传动部分顶板的支护。两端各为25架。,3、端头支架：用于支护端头处巷道顶板的支架。4、超前支护支架：用于运输巷和回风巷支护的支架。四、按支架的特种功能分：1、放顶煤支架：用于放顶煤采煤工艺的专用液压支架。2、
14、铺网支架：具有沿顶（底）板铺设垫网功能的液压支架。3、充填支架：提供充填作业空间，用于充填法采煤工作面的液压支架。,五、按支架的控制方式分：1、手动控制：有本架控制、单向邻架控制、双向邻架控制等。支架推进速度慢，不能保证支架的额定初撑力，工人劳动强度高。2、自动控制：分程序控制、先导式程序控制、遥控等。支架推进速度提高35倍，保证支架的初撑力。明显改善支架对顶板的支护效果，易于实现带压移架，降低工人劳动强度，改善劳动条件，实现完全自动化综采工作面。,Y后立柱支在掩护梁上 S双运输机或水砂充填 D单运输机 F风力充填4、主参数代号依次表示液压支架的工作阻力、最小高度和最大高度，均用阿拉伯数字表示
15、，参数之间用“/”符号隔开，工作阻力单位KN,高度单位dm，一般舍去小数。5、“补充特征代号”是“第二特征代号”的补充 L机械联网 C插腿式或插板式6、“修改序号”用带括号的大写英文字母依次表示，如第一次改型用（A）表示，第二次改型用（B）表示。7、所有汉语拼音字母一律采用大写字母，其中不得用“I”和“O”两个字母，以免与“1”和“0”相混淆8、型号中字体大小相仿，不得采用角标。9、型号中不得用地区或单位名称作为“特征代号”。,液压支架结构,分为承载结构件、辅助装置、液压元件 承载结构件 主要有顶梁、掩护梁、底座和前后连杆一、顶梁 是支架的直接承载部件，对防止顶板冒落具有重要意义。要求有较高的
16、刚度和强度外，还要对顶板有较高的覆盖率，要尽可能适应顶板起伏不平的变化，具有较好的稳定性。结构型式主要有以下几种：,1、支撑式支架顶梁 刚性顶梁 铰接式顶梁 刚性主梁与铰接前梁的组合顶梁 刚性主梁与前伸梁的组合顶梁2、掩护式支架顶梁 长顶梁与短顶梁3、支撑掩护式支架顶梁,顶梁,二、掩护梁,是掩护式和支撑掩护式支架的重要承载部件，作用是防止采空区冒落矸石涌入工作面，并承受冒落矸石的压力。也是钢板焊接结构件，上端与顶梁铰接，下端前、后连杆铰接，前、后连杆和底座连接，形成四连杆机构。梁内焊有固定侧护千斤顶和弹簧的套筒，梁上两侧挂有侧护板，有的梁上焊有平衡千斤顶的连接耳座。有折线型掩护梁和直线型掩护梁
17、两种型式。,掩护梁,三、底座 是将支架承受的顶板压力传递到底板并稳固支架的承载部件；满足一定的刚度和强度要求外，还要求对底板起伏不平的适应性要强，对底板的接触比压要小，有足够的空间为立柱、推移装置和其他辅助装置提供必要的安装条件；要便于人员操作和行走；能起一定的挡矸作用及一定的排矸能力；目前有以下三种结构型式：1、整体式底座 又称刚性底座，稳定性好、强度高，不易变形，与底板的接触面积大，比压小。一般用于掩护式和支撑掩护式支架。缺点是接底性较差。,2、对分式底座 分为前后或者左右对分式结构，接底性好，有较大的变形能力，又称半刚性底座。缺点是稳定性较差。3、底靴式底座 整个底座分为四个底靴，每个底
18、靴上支撑一个立柱，立柱之间用弹簧钢板连接。这种底座结构轻巧，动作灵活，对地板不平适应性强，但是刚度差，稳定性差接地面积小，对底板比压大，易压入底板，所以只适用于底板坚硬且起伏较大的工作面，多用于节式支架。,底座,辅助装置,根据其结构不同、使用条件的不同、需要设置必要的辅助装置。常用的辅助装置有推移装置、护帮装置、复位装置、侧护装置、调架装置、防倒防滑装置和挡矸装置等。一、推移装置 推移装置是液压支架必备的辅助装置，担负着推溜和移架任务。由推移千斤顶及其附属装置组成。1、直接推移装置 有正装和倒装两种方式。2、间接推移装置 有长框架间接推移装置和连接杆间接推移装置,二、护帮装置 护帮装置安装在顶
19、梁前端下部，一般由护帮千斤顶和护帮板组成，起到防止片帮或在片帮时起缓冲作用。采煤机割到支架前端时需将护帮板收回。大采高支架适用二级护帮装置。三、复位装置 是垛式支架特有的部件，作用是保证支架移架后使立柱恢复正确的支撑位置。目前主要有复位橡胶和复位千斤顶两种装置。四、侧护装置 用于掩护式和支撑掩护式支架，作用是防止架间漏矸和调架。由位于支架顶梁和掩护梁两侧的侧护板、侧推千斤顶、伸出弹簧等组成。,五、调架装置 在大倾角工作面，支架移架时下滑是不可避免的，调架装置安装在底座的侧面，由调架梁和调架千斤顶组成，可以左右侧面互换安装。六、防倒防滑装置 液压支架在倾斜工作面工作时，自重在倾斜方向的分力，会使
20、支架沿倾斜下方下滑或倾倒。煤层倾角越大，下滑或倾倒的现象越严重。因此，必须采取相应的防倒防滑装置。一般在排头、排尾几架支架上布置，连接相邻支架顶梁的千斤顶叫做防倒千斤顶，连接底座的千斤顶叫做防滑千斤顶。,液压元件,执行元件 包括立柱和各种千斤顶，负责完成液压支架的各种动作。其性能的好坏直接影响到液压支架的工作性能和寿命，所以是液压支架的关键部件。一、立柱 根据结构不同大概分为 单伸缩立柱（带机械加长杆和不带机械加长杆）双伸缩立柱二、千斤顶 按结构分：柱塞式、活塞式（固定活塞式和浮动活塞式）,按进液方式分：内进液式千斤顶、外进液式千斤顶 按其在支架上的用途不同分：推移千斤顶、前梁千斤顶、护帮千斤
21、顶、侧推千斤顶、平衡千斤顶、防倒千斤顶、防滑千斤顶、调架千斤顶等。1、柱塞式千斤顶：主要由缸体、柱塞、导向套、连接件和密封件组成。缸体一般为焊接件。2、固定活塞式千斤顶：由缸体、活塞杆、活塞头、导向套、连接件和密封件组成。活塞杆表面镀乳白铬和硬铬，以防止磨损和锈蚀。3、浮动活塞式千斤顶：组成同固定活塞式，不同点在于活塞头可以在活塞杆上滑动。主要用于推移千斤顶。,千斤顶安装位置,控制元件 控制元件担负着液压支架各个动作的操作、控制任务，包括操纵阀、液控单向阀、安全阀等。是液压支架的关键部件。一、操纵阀：控制支架各立柱、千斤顶进出油液，完成支架预定动作的操作元件。要求其密封性能好、操纵力小、工作可靠、操作方便。按阀芯动作原理的不同分为往复式和回转式。按控制方式不同分为手控、液控和电液控等。二、安全阀：是使立柱、千斤顶保持恒阻工作特性的关键元件。由于长期处于高压状态，因此要求动作灵敏、密封可靠、工作稳定、使用寿命长。三、液控单向阀：用来闭锁立柱、千斤顶工作腔的液体，,使之保持一定的压力。四、其他液压元件 截至阀：平面截至阀、球面截至阀。回液断路阀：实际是一个单向阀。交替单向阀 双伸缩立柱底阀：实际上是机械控制的单向阀。过滤器 高压胶管：多用快速接头型式的。,
