矿用液压支架毕业设计
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1 概述1.1 液压支架在综采工作面的作用和分类1.1.1 液压支架的用途液压支架作为煤矿综采机械化采煤设备（液压支架、可弯曲输送机和采煤机）的重要组成设备之一，可见它的作用是十分重要的;在生产过程中，液压支架的性能的好坏将直接影响煤矿生产的质量,特别是生产过程中对人员的安全保障问题是极为重要的。
所有的这些都要求我们在从事液压支架设计时要严格按相关的规程要求来设计液压支架，设计的产品要具有安全性的同时要具有经济性，从而实现在做到确保人员的安全的同时要最大程度地提高煤矿生产效率，达到好的经济效益，提高工人的收入和生活水平。
因此，性能优良的液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠，是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。
1.1.2 液压支架的分类液压支架的种类很多，分类的依据和方法各不相同。
下面介绍几种常用的分类方法以及液压支架的类型。
⑴按支架与围岩的相互作用关系分类按照液压支架与围岩的相互作用关系，目前使用的液压支架可分为三类，即支撑式、掩护式和支撑掩护式三大类。
①支撑式液压支架支撑式液压支架是一个在底座上放置几根立柱支撑顶梁，通过顶梁支撑顶板的简单结构基础上发展起来的，它是世界上发展最早的液压支架。
典型的支撑式液压支架，其顶梁较长，立柱较多，靠支撑作用维护一定的工作空间，而顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。
架厚的挡矸帘只起着碎矸石从采空区涌入工作面的作用。
这种类型的支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，因此适用于顶板坚硬完整，基本顶周期压力明显或强烈，底板较坚硬的煤层。
但由于立柱的垂直布置，所以支架承受水平力的能力差，在水平力的作用下，支架容易失去稳定性。
②掩护式液压支架掩护式液压支架是利用立柱、顶梁与掩护梁来支护顶板和防止岩石落入工作面。
这类支架的顶梁较短，多数支架的立柱只有一排，一般仅有1～2根，多呈倾斜布置，与掩护梁连接或直接连接在顶梁上。
立柱通过顶梁支撑顶板。
掩护梁与冒落得岩石相接触，阻止矸石涌入工作面并承受采空区矸石的载荷。
这类支架的支撑力小，但掩护性能和稳第 1 页共49 页定性较好，调高范围大，对破碎顶板的适应性较强，适应于支护部稳定或中等稳定的松散破碎顶板。
③支撑掩护式支架支撑掩护式支架式支撑式支架和掩护式支架相结合的一种架型，以支撑为主，但同时又具有掩护作用。
这种支架采用了支撑式支架双排立柱支撑顶梁的结构形式，保证了支撑式支架支撑力大，切顶性能好，工作空间宽敞的优点，采用了掩护式支架坚固的掩护梁以及侧护板将工作面与采空区完全隔离开的结构形式，保留了掩护式支架防护性能好，结构稳定的长处。
因此，支撑掩护式支架适用于直接顶中等稳定或稳定，基本顶周期来压明显或强烈瓦斯涌出量较大的煤层。
⑵按支架移动方式分类液压支架按移动方式的不同可分为二大类，即整体自移式和迈步移动式液压支架。
①整体自移式液压支架这类支架一般均为整体结构，其移架和推溜共用一个千斤顶。
该千斤顶与输送机之间有直接或间接的连接关系，因而能以输送机为支点实现移架，以支架为支点实现推溜。
目前多数液压支架采用此种移动方式。
②迈步移动式液压支架这类支架是由一定连接关系的主、副架所组成。
移架与推溜的千斤顶是各自独立的，移架千斤顶分别与主、副架相连，互为支点，交替迈步移动；而推溜千斤顶一般只与支架相连，另一端则呈自由状态，推溜时以支架为支点。
⑶根据使用地点分类液压支架按使用地点的不同可分为工作面支架和端头支架两类。
布置在工作面内，用来支护工作面顶板的支架称为工作面支架。
布置在工作面与上下顺槽连接处的支架称为端头支架。
由于端头处机械设备较多，顶板悬露面积大，同时又是人员的出入口，所以要求端头支架不仅要有较高的支撑能力，还要保证有足够的空间；不仅要使支架自身能够沿弯曲的顺槽前移，还要考虑推移转载机。
因此，端头支架在结构上具有特殊性。
1.2 液压支架的组成及工作原理1.2.1 液压支架的组成液压支架爱一般由城在结构件、执行元件、控制元件和辅助装置四大部分组成。
⑴承载结构件①顶梁直接与顶板相接触并承受顶板载荷的支架部分叫顶梁。
支架通过顶梁实现支撑、管理顶板功能。
顶梁一般由两种结构形式：一种为整体顶梁，这种顶梁的梁体较长，结构简单，能顺利通过顶板局部冒落凹坑，但对顶板台阶的适应能力差；另一种为分段顶梁，即顶梁分为前梁和后梁两部分，前梁又可分为伸缩式活动前梁、铰接式活动前梁或兼而有之的活动前梁。
由于分段顶梁铰接处的纵向间隙和销轴可以允许各段之间相互有稍许扭转，因而比整体顶梁容易满足港督要求。
伸缩式活动前梁可在伸缩千斤顶的作用下向煤壁方向伸出和缩回，及时支护采煤机割煤后所暴露的顶板，实现立即支护。
当采煤工作面出现较严重的片帮时，伸缩梁可直接插入煤壁进行支护。
因此，在顶板破碎、片帮现象严重的工作能，多采用带伸缩式活动前梁的支架。
铰接式活动前梁又称摆梁，即在前梁千斤顶的作用下，可沿与顶梁铰接的铰接轴向上或向下摆动一定角度，以改善支架的接顶情况，从而可提高支架对靠近煤壁顶板的支撑能力。
②掩护梁阻挡采空区冒落的干湿窜入工作面并承受采空区冒落矸石的载荷和承受顶板通过顶梁传递的水平推力的部件叫掩护梁。
掩护梁是掩护式和支撑掩护式支架的特征部件之一。
掩护梁与前后连杆、底座共同组成四连杆机构，承受支架的水平分力。
当底板不平时，掩护梁还将承受扭转载荷。
掩护梁一般做成箱式整体结构，也有做成左、右对分结构的。
③前后连杆前后连杆只有掩护式和支撑掩护式支架才安设。
前后连杆与掩护梁、底座组成的四连杆机构，即可承受支架的水平分力，又可使掩护梁的铰接点在支架的调高范围内做近似的直线运动，使支架的梁端距基本保持不变，从而提高了支架控制的可靠性。
前后连杆一般采用箱形分体式结构，即左、右各一件。
后连杆常常用钢板将两个箱形结构连接在一起。
④底座直接与底板相接触，承受立柱传来的顶板压力并将其传递至底板的部件叫底座。
支架通过底座与推移装置相连，以实现自身前移和推移输送机前移。
第 3 页共49 页⑤侧护板目前生产的掩护式和支撑掩护式支架都具有较完善的侧护装置，不仅掩护梁两侧有侧护板，而且主梁或整体顶梁从前排立柱到顶梁后端的两侧也有侧护板。
侧护板的作用是：a.消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止冒落矸石进入支护空间；b.作为支架移架过程中的导向板；c.防止支架降落后倾倒；d.调整支架的间距。
支架工作时一侧的侧护板是固定的，另一侧为活动的。
制造时，通常两侧侧护板做成对称的；安装时，可按需要将一侧侧护板用螺栓或销子固定在顶梁和掩护梁上。
按侧护板和掩护梁或顶梁上板面关系，侧护板有上复式、埋伏式、抽出式和拆页式等几种结构型式。
⑵执行元件执行元件包括立柱和各种千斤顶。
①立柱支架上凡是支撑在顶梁（或掩护梁）和底座之间直接或间接承受顶板载荷、调节支护高度的液压缸称为立柱。
立柱式液压支架的主要动力元件，可分为单伸缩和双伸缩两种。
单伸缩立柱调高范围较小，但结构简单、成本低；双伸缩立柱则与之相反。
有的立柱两端还有机械加长段。
立柱两端一般采用球面结合形式与顶梁和底座铰接。
②千斤顶液压支架中除立柱以外的液压缸均称为千斤顶，依其功能分别为前梁千斤顶、推移千斤顶、侧推千斤顶、平衡千斤顶、护帮千斤顶和复位千斤顶等。
由于前梁千斤顶也承受由铰接前梁传递的部分顶板载荷，所以结构与立柱基本相同，只是长度和行程较短，也有人称它为短柱。
平衡千斤顶是掩护式支架独有的，其两端分别与掩护梁和顶梁铰接，主要用于改善顶梁的界定接顶状况，改变顶梁的载荷分布。
当支架设置防倒防滑装置时，还设有各种防倒、防滑千斤顶和调架千斤顶。
⑶控制元件液压支架的液压系统中所使用的控制元件主要有两大类：压力控制阀和方向控制阀。
压力控制阀主要有安全阀；方向控制阀主要有液控单向阀、操纵阀等。
①安全阀安全阀是支架液压控制系统中限定液体压力的元件。
它的作用是保证液压支架具有可缩性和恒阻性。
立柱和千斤顶用的安全阀，可按照立柱和千斤顶的额定工作阻力来调整开启压力。
当立柱和千斤顶工作腔内的液体压力在外载荷作用下超过额定工作阻力，即超过安全阀的调定压力时，工作腔内的压力液可通过安全阀释放，达到卸压目的。
卸载以后，工作腔内的压力低于调定压力时，安全阀自动关闭。
在此过程中，可使立柱和千斤顶保持恒定的工作阻力，避免立柱、千斤顶过载损坏。
②液控单向阀液控单向阀是液压支架的重要元件之一。
它的作用是闭锁立柱或千斤顶的某一腔中的液体，使之承受外载产生的增加阻力，使立柱或千斤顶获得额定工作阻力。
液控单向阀往往和安全阀组合在一起，组成控制阀。
③操纵阀在支架液压控制系统中用来使液压缸换向，实现支架各个动作换向（分配）阀，习惯上称为操纵阀。
操纵阀有转阀和滑阀二种类型。
⑷辅助装置辅助装置包括推移装置、挡矸装置、复位装置、护帮装置、防倒防滑装置等。
①推移装置退役装置是实现支架自身前移和刮板输送机前移的装置，由连接头、框架、推移千斤顶组成。
推移千斤顶一端与支架底座相连，另一端通过框架、连接头与刮板输送机相连。
②挡矸装置挡矸装置由悬挂在顶梁后端的挡矸帘或挡矸板构成，其作用是防止矸石从采空区涌入工作面。
③复位装置复位装置是支撑式支架的特征装置。
这是由于支撑式支架的顶梁、前后立柱和底座恰好形成四杆双曲柄机构，因而支架的结构是不稳定的，在侧向力的作用下，容易发生立柱倾斜现象。
安设复位装置的目的就是为了使支架立柱保持在垂直于顶板的正确位置，使支架的结构稳定，具有抵抗顶板水平分力的能力。
④护帮装置煤层较厚或煤质松软时，工作面煤帮（壁）容易在矿山压力下崩落，这种现象称为片帮。
工作面片帮使支架顶梁前端的顶板悬露面积增大，引起架前冒顶。
我国规定，煤第 5 页共49 页层采高超过2.5～2.8m，支架应设护帮装置，其目的在于防止煤壁片帮或在片帮时互帮板起到遮蔽作用，避免砸伤工作人员或损坏设备。
护帮装置安设在支架顶梁前端，由护帮板和护帮千斤顶组成。
⑤防倒防滑装置在煤层倾角较大（一般在15°以上）时，支架需加设防倒防滑装置，以免支架降落或前移时倾倒或下滑。
防滑装置一般安设在两相邻支架的底座侧面，防倒装置一般安设在两相邻支架的顶梁侧面。
1.2.2 液压支架的工作原理图1-1 液压支架工作原理1——输送机；2——推移千斤顶；3——立柱；4——安全阀；5——液控单向阀；6——操纵阀液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成。
如图1-1所示。
⑴升柱当需要架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升。
使活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。
⑵降柱当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。
⑶支架和输送机前移支架和输送机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。
