搜索
第二篇回采工作面支护设备（液压支护设备）吉林省工程技师学院继续教育培训处第六章液压支架概述第一节液压支架在回采工作面的过程支护设备的作用：在煤矿开采中，回采工作面应防止顶板冒落并维持一定的工作空间，以保证作业工人的安全和各项工作的顺利进行。支护设备的发展：木支柱→金属摩擦支柱和铰接顶梁→液压支护设备（单体液压支柱、滑移顶梁支架、液压支架）液压支架是以高压液体作动力，由液压元件（液压缸和液压阀）与金属构件组成的一种用来支撑和管理顶板的设备，它能实现支撑、切顶，前移、推溜。也称自移式支架。它具有支护性能、好强度高、移动速度快、安全可靠等优点。第二节液压支架的组成及工作原理一、液压支架的组成1、组成液压支架一般由顶梁、底座、立柱、推移装置、操纵控制装置和其它辅助装置组成。2、各部分功用支架在工作中，不仅要能够可靠地支撑顶板，而且应能随着回采工作面的推进向前移动。故要求液压支架必须具备升、降、推、移四个基本动作，动作是利用泵站供给的高压液压，通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。二、液压支架的工作原理（工作过程）液压支架的四个基本动作：升、降、推、移。1、升架2、推移运输机（推溜）3、降架4、移架注意：在实际生产中，液压支架的四个基本动作的顺序，应根据回采工艺的具体工序来确定。(一）支架升降（液压支架立柱的工作阶段及工作特性曲线）液压支架立柱的工作阶段1、立柱初撑，支架对顶板急增阻阶段初撑力：立柱p=[лD2pb／4]ⅹ102，N支架pc=[лD2pbz／4]ⅹ102，N式中：pb—泵站的额定工作压力，MPa；2、闭锁承载，支架对顶板缓增阻阶段3、溢流承载，支架对顶板恒阻阶段工作阻力：立柱支架p=[лD2paZ／4]ⅹ102，N式中：pa-安全阀的开启压力，MPa；4、卸载降柱，支架对顶板无作用力阶段（移架）液压支架工作特性曲线—支架支撑力与时间的关系（1）工作特性曲线（图2-3）横坐标表示时间，纵坐标表示支撑力（2）工作特性曲线的意义增阻性、恒阻性、可缩性第三节液压支架的架型及种类大多数按液压支架与围岩的相互作用关系进行分类，可分为：支撑式、掩护式和支撑掩护式。一、支撑式液压支架结构特点：支撑式液压支架是利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。其顶板较长，立柱较多，工作阻力大，切顶能力强，通风断面大，后部有简单的挡矸装置，架间不撑紧，因而对顶板不密封，一般设有复位装置，以承受垂直煤壁的侧向力、立柱都直立，靠支撑作用来维持一定的空间，而顶板岩石则在顶梁后部垮落。适用条件：具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于支撑中硬以上的稳定顶板。按结构与动作方式的不同，支撑式支架又可分为：a、垛式：垛式支架每架为一整体b、节式：节式支架每架由2~4个框架组成，框架由导向机构互相联接，交替前移，故稳定性差，使用较少。二、掩护式液压支架结构特点：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冒落进工作面。立柱较少，立柱一般呈倾斜布置、顶梁也较短，而掩护梁直接与冒落的岩石接触，主要靠掩护作用来维持一定的工作空间，架间密封好。适用条件：掩护性和稳定性好，调高范围大，对破碎顶板的适应性较强，但支撑能力较小，适用于支护松散破碎的不稳定顶板或中等稳定的顶板。三、支撑掩护式液压支架结构特点：支撑掩护式液压支架在结构和性能上综合了支撑式和掩护式的特点，它以支撑为主，掩护为辅，立柱较多，垂直支撑式立柱倾角很小，故工作阻力大，切顶能力强；采用掩护梁，架间密封，挡矸掩护性能好。适用条件：适用于压力较大，易冒落或中等稳定顶板。液压支架的结构液压支架一般由架体、工作机构、液控系统及辅助装置四部分组成。一、架体架体主要包括：顶梁、底座、掩护梁和连杆等金属构件。（一）顶梁顶梁是液压支架的主要承载部件之一，支架通过顶梁实现支撑和管理顶板。1、种类一般可分为两大类：整体式顶梁和分段组合式顶梁。（图1-20）2、结构（二）掩护梁掩护梁是掩护式支架和支撑掩护式支架才安设。其主要功能是隔离采空区、阻止其冒落矸石进入工作面；同时还承受采空区冒落矸石的载荷和老顶来压时的冲击载荷。当顶板不平整或支架倾斜时，掩护梁还将受扭转载荷。1、种类从侧面形状看（1）直线形整体性好，强度大。目前这种形式应用最为广泛。（2）折线形架下安全空间大，但当支架歪斜时架间密封性差，加工工艺差。目前应用较少。2、结构（三）连杆连杆是掩护式和支撑掩护式支架上的部件。它与掩护梁、底座组成四连杆机构，既可承受支架的水平力，又可使顶梁与掩护梁的铰接点在支架调高范围内做近似直线运动，使支架的梁端距基本保持不变，从而提高了支架控制顶板的可靠性。1、连杆对顶梁轨迹的影响图2-222、结构第四节液压支架的结构一、支撑式支架的结构主要由承载机构、推移装置、复位装置和挡矸装置等。（一）承载机构由顶梁、立柱和底座等组成，1、顶梁顶梁的结构型式对防止顶板冒落和适应顶板起伏变化的能力具有重要意义。分：整体顶梁和分段顶梁1）整体顶梁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。2）分段顶梁以铰接式为主，把整个顶梁分为前梁和后梁两段，用铰销连接起来，前后梁下部都有立柱支撑。它对局部顶板凸块有较好的适应能力，但它通过局部冒落凹坑时会出现“人”字形，前梁前段不能接触顶板。3）顶梁的构造为满足强度和刚度要求，一般都用10~16mm厚铁板焊接而成的箱式结构，在上、下盖板之间有加强筋板。2、底座底座是液压支架的又一主要承载部件，支架通过底座将顶板的压力传至底板。支架还通过底座与推移机构相连，以实现自身的前移和推移运输机。1、刚性整体式2、刚性分底式垛式支架的刚性底座（二）支架推移装置包括：支架本身的前移和推动输送机。它们共用一个千斤顶。目前为了防止破碎顶板漏顶，掩护式和支承掩护式支架可以采用擦顶带压移架方式，支架顶梁并不脱离顶板，移架时每柱约承受5t左右的支承力。垛式支架的推移装置是一个两端分别与支架底座和输送机相铰接的推移千斤顶，它的原理见图：由液压传动原理知，千斤顶的推力大于拉力，但实际工作中往往需要的移架力比推溜力大。因而，为了减少推力，垛式支架推移千斤顶在推溜时一般采用差动作用原理或采用不同的供液压力来减少推溜力。（三）挡矸装置由悬挂在顶梁后端的挡矸帘或挡矸板构成。（四）复位装置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，使支撑式支架的结构稳定，具有抵抗顶板水平移动的能力。垛式支架的复位装置包括复位橡胶和复位千斤顶。复位千斤顶安设在后座箱上板面，其复位力可利用液压控制保持均衡不变。二、掩护式和支撑掩护式支架的结构（一）掩护式支架的型式掩护式支架多为两根立柱并列布置，按立柱的支撑位置可分为：间接撑顶和直接撑顶两种型式间接撑顶为立柱支撑于掩护梁下，直接撑顶为立柱支撑于顶梁下。1、间接撑顶掩护式支架有插腿型和非插腿型两种插腿型的底座很长伸入到输送机底槽下，故具有足够的纵向稳定性，不会向前倾倒。顶梁短，控顶距小，有利顶板的维护。底座面大，支架不易下陷，适合松软的底板。缺点是需特殊的输送机与之配套，并增加了装煤的高度。非插腿式支架的底座较短，与底板的接触面积小一些，为保持支架的纵向的稳定，顶梁与掩护梁铰接点应稍靠后，故顶梁较长，增大了工作空间，便于操作和通风，但接顶情况和作用力分布及平均支护强度等不如插腿型支架。2、直接撑顶掩护式支架此支架是目前应用较多的一种，这种支架由于立柱直接支撑在顶梁下面，它对顶梁的支护能力比间接撑顶的大，为了保证此支架的结构稳定性在顶梁和掩护梁之间装设有平衡千斤顶3.（二）支撑掩护式的型式支撑掩护式支架一般为双排四柱，按其立柱支撑位置可分为直接撑顶和混合撑顶两种型式。1、直接撑顶支撑掩护式支架a、前柱前倾，后柱后倾，成V形b、两立柱都前倾c、前柱后倾，后柱前倾，成X形立柱的倾斜放置利于提高支架抵抗顶板水平移动的能力，还可以提高支架的调高比，X型最大。2、混合撑顶支撑掩护式支架它前排立柱前倾支撑于顶梁下，后排立柱后倾支撑了于掩护梁下。（三）掩护式和支撑掩护式支架的结构1、顶梁掩护式和支撑掩护式支架的顶梁也是由钢板焊接而成的箱形结构，以满足强度和刚度的要求。分：整体顶梁和分段组合式顶梁1）整体顶梁间接撑顶掩护式支架顶梁通常较短，一般都为等截面的整体顶梁。直接撑顶掩护式支架顶梁稍长，约3m，一般采用变截面的整体顶梁。2、分段组合式顶梁支撑掩护式支架的顶梁较长，约4m左右，为改善顶梁的接顶情况，增大梁端支撑力，支撑掩护式支架常采用分段组合式顶梁。2、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，它将直接承受冒落矸石的载荷和顶板通过顶梁传递的水平载荷。一般都采用由钢板焊接而成的箱形结构，为直线整体型，与底座的连接方式为双纽线式，即它通过两个连杆与底座连接，形成双摇杆四杆机构（通称四杆机构），掩护梁与顶梁的铰接点的运动轨迹为双纽线的一部分，故称此为双纽线机构。掩护梁的结构一般可分为：间接撑顶掩护梁和直接撑顶掩护梁两种。3、连杆双纽线式支架的连杆应能承受从掩护梁转递来的冒落矸石的载荷和顶板水平移动引起的载荷，因而要求它们有足够的强度，一般厚连杆为整体铸件或焊接件，前连杆为左右分置的单杆铸钢件或焊接件，这样有效空间大。4、侧护板现在不仅掩护梁两侧有侧护板，而且顶梁两侧也有侧护板。一侧的侧护板是固定的，另一侧则为活动的。侧护板的作用是消除相邻支架间间隙，防止冒落矸石进入支护空间；作为支架移架过程中的导向板；防止支架降落后倾倒；调整支架的间距。侧护装置侧护装置安装在掩护式和支撑掩护式支架的顶梁和掩护梁的侧面。作用（1）挡矸（2）导向（3）防倒、调架结构侧护板的结构型式按侧护板与掩护梁或顶梁上板面的关系，有：上复式、埋伏式、轴出式和折页式等几种型式。活动侧护板的控制方式有：弹簧式、液压式和混合式三种。弹簧式是靠弹簧力伸出，不能自动缩回。液压式是靠侧推千斤顶使之伸出和缩回。现在使用较多的是混合控制的活动侧护板，它即有弹簧伸出机构，又能侧推千斤顶控制其伸缩。5、底座掩护式和支撑掩护式支架多采用整体刚性平底座，它与底板的接触面积大。掩护式和支撑掩护式支架移架力比支撑式支架大得多，为获得较大的移架力，掩护式和支撑掩护式支架的推移装载常增加一个推移框架，以便利用推移千斤顶的“推力移架”，“拉力推溜”。1）长框架推移装置2）短框架推移装置6、护帮装置煤层厚度较高，或煤质松软时，工作面顶煤容易在矿山压力作用下崩落，此现象称为片帮。护帮装置的主要元件是护帮板和护帮千斤顶，原理见图7、防倒防滑装置第七章液压支架的一柱三阀液压支架能有效地支护顶板，不仅需要选择合理的支架结构，还必须由性能良好的液压元件来保证。在支架工作中，用来承受顶板载荷，调节支架高度的液压缸称立柱。常用的立柱有：单伸缩双作用单活塞杆立柱和双伸缩双作用单活塞杆式立柱。此外，还有用于升降前梁、推溜移架、复位、防倒、侧推、护帮等工作的油缸统称为千斤顶。常用的千斤顶大为双作用的，也有少数为单作用的如复位千斤顶。控制阀：用来控制立柱或千斤顶工作腔内压力的阀，一般包括液控单向阀和安全阀。操纵阀：用来控制立柱或千斤顶工作方向的阀类。包括滑阀和转阀。第一节立柱和千斤顶一、立柱1、单伸缩双作用立柱由缸体1、活柱8、导向套9等主要元件组成。2、双伸缩双作用立柱主要由缸体9、上活塞、下活塞7、导向套10等组成。柱内单向阀，阀芯4在弹簧1的作用下，锥面与阀座5贴紧密封。阀A腔与上活柱下腔连接，B腔与下活柱下腔连通。当B腔压力超过A腔的压力约2.9MPa时，将阀芯抬起，允许B腔流入A腔。当A腔压力等于B腔压力时，单向阀关闭，不允许液体从A腔流回B腔。只有当下活柱完全缩回时，阀芯下部中空圆柱杆与缸体底部凸台相碰，抬起阀芯使单向阀开启，A腔才可以回流到B腔。双伸缩双作用立柱的动作原理二、千斤顶1、单伸缩双作用千斤顶a、为外供液式b、内供液式双作用千斤顶的推力和拉力为：推力:F=(л∕4)D2pb拉力:F=（л∕4）*（D2-d2）pb2、浮动活塞式千斤顶是一个特殊的双作用千斤顶，它可以使其拉力大于推力，经分析知：D／d根号2FlFtD／d=根号2Fl=FtD／d根