液压支护设备(教师课件)

第七章液压支架概述概述液压支架的作用：用于支撑工作面顶板，阻挡顶板冒落的岩石窜入作业空间，以保证工作面内机器和人员安全生产。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）一、液压支架的组成及工作原理（一）液压支架的组成1、组成2、各部分功用重点理解液压支架的升，降，推，移四个动作是怎样实现的。（二）液压支架的工作原理一、支架的升降和推移。将操纵阀8置于上阀位，由乳化液泵站10来的工作液体经操纵阀8和液控单向阀6进入立柱2下腔，立柱上腔回液，支架升起。当操纵阀置于下阀位时，工作液体进入立柱上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。支架的移动和推移输送机是靠操纵阀7控制推移千斤顶4实现的。推移千斤顶的两端分别与支架的底座3和输送机9相连接。移架时，先使支架卸载，立柱下腔回液，再将操纵阀7置于下阀位（移架位置），工作液体进入推移千斤顶活塞杆，后腔回液，此时，支架以输送机为支点前移。此后，再把支架撑紧在顶底板之间。将操纵阀7置于上阀位（推溜位置），工作液体进入推移千斤顶活塞腔，前腔回液，此时以支架为支点就将输送机推向煤壁。二、支架的承载过程。承载过程可分为三个阶段：1、初撑阶段在升架过程中，从顶梁接触顶板，至立柱下腔液体压力逐渐升高到泵站压力为止为初撑阶段。初撑力式中D——支架立柱的缸径，m；n——支架立柱的数量；Pb——泵站工作压力，MPa；初撑力的大小取决于泵站工作压力、立柱缸径和立柱数量。较大的初撑力能防止直接顶过早因下沉而离层，减缓顶板下沉速度，增加稳定性，提高支撑系统刚度，所以应提高初撑力，一般采用提高Pb的办法，防止缸径过大。)(42kNnpDPbc2、增阻阶段初撑结束后，操纵阀回中位，液控单向阀关闭，立柱下腔液体被封闭。随着板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架的支撑力增大，呈现承载增阻状态，这就是支架的增阻阶段。3、恒阻阶段当立柱下腔内压力P随顶板的压力的增大而升到安全阀5的调定压力时，安全阀开启溢流，立柱下缩，支架降低，顶板压力减小，立柱下腔压力随之降低，降低到安全阀调定值时，安全阀又关闭。随着顶板继续下沉，安全阀重复着这一过程，支撑力维持在某一恒定数值上，即呈恒阻特性，这就是恒阻阶段。此时，支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀调定压力决定。工作阻力为：Pa——安全阀调定压力，MPa。工作阻力标志着支架的最大承载能力。支架的恒阻特性不但对支架自身有安全保护作用，还防止因支撑力过大而压碎顶板。上述承载过程可由支架的工作特性曲线P—t曲线：4、卸载降柱)(42kNnpDPa二、液压支架的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。1、支撑式液压支架a—垛式支架；b—节式支架支撑式支架的结构特点：顶梁较长，其长度多在4m左右；立柱多，一般4-6根，且垂直支撑；支架后部设有复位装置。以平衡水平推力和防止轩石窜入支架的工作空间内。支撑式支架的支护性能：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差稳定性差；护轩能力差，轩石易窜入工作空间，支架的工作空间和通风断面大。支撑式支架使用与直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。掩护式支架结构特点：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区的矸石进入作业空间,其掩护的梁的上端与顶梁铰接,下端通过前后连杆与底座连接。底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用于顶梁或直接作用于顶梁上。掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为3.0mm左右。掩护式支架的支护性能：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。掩护式支架适用于顶板不稳定或中等稳定，老顶周期压力不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。3、支撑掩护式支架支撑掩护式支架是在吸收了支撑式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。支撑掩护式支架的基本结构。顶梁1由前梁与主梁构成，四根立柱支撑在顶梁和立柱之间，掩护梁的上端与顶梁铰接，下端用连杆与底座相连。支架的优点：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。缺点：结构复杂，成本较高。支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾或后倾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，两排立柱都直接支撑在顶梁上，个别情况下，也有后排立柱支撑在顶梁上。液压支架的选用一、架型的选择正确选择支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。在具体选择架型时，首先要考虑煤耗层的顶板条件表（就是根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件下适用的架型。它是选择支架架型的主要依据）。选择架型时，还要考虑下列因素：1．煤层厚度煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。当煤层厚度大于2.5～2.8m（软煤取下限，硬煤取上限）时，应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。2．煤层倾角煤层倾角主要影响支架的稳定性，倾角大时易发生倾倒、下滑等现象。当煤层倾角大于10°～15°时，应设防滑和调架装置，当倾角超过18°时，应同时具有防滑防倒装置。3．底板性质底板随支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架底座的结构和支承面积。选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板的允许比压（对于砂岩底板，允许比压为1.96～2.16Mpa，软底板为0.98Mpa左右）。4．瓦斯涌出量对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。5．地质构造地质构造十分复杂，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在5～8㎡和20min以下时，暂不宜采用液压支架。6．设备成本在满足要求的前提下，应选用价格便宜的支架。此外，对于特定的开采要求，应选用特种支架。三、液压支架的基本参数1、初撑力Pc2、工作阻力P3、支护强度q式中A—支护面积，其计算值为（支架长度+梁端距）×（支架宽度+架间距）32104npDPbC32104npDPa310FPq4、支架高度H（1）最小高度HminegsmHminmin)300~200(maxmaxmH式中mmin——煤层最小开采厚度；s——液压支架后排立柱处的下沉量；g——浮煤、浮矸厚度；e——移架时液压支架的最小回缩量。（2）最大高度Hmax（3）调高比5、平均接触比压§2—2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（四）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、刚性分底式二、工作机构工作机构包括立柱和千斤顶。1、立柱（1）单伸缩双作用立柱（2）单伸缩带机械加长杆立柱（3）双伸缩立柱2、千斤顶三、液控系统液控系统包括操纵阀、控制阀（由液控单向阀和安全阀组成）和辅助阀。四、辅助装置支架的辅助装置是指不直接承受顶板载荷，但又是实现支架各种动作或功能所不可缺少的机构或组件。（一）推移装置支架的推移装置是实现支架自身前移和输送机前移的装置。一般由推移千斤顶、推杆或框架等导向传力杆件以及连接头等部件组成。1、无框架式推移装置图2-242、框架式推移装置（1）长框架式图2-25（a）（2）短框架式图2-25（b）（二）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。1、作用（1）挡矸（2）导向（3）防倒、调架2、结构图2-28（三）导向装置（四）防倒防滑装置图2-26（五）护帮装置图2-29§2—3单体液压支柱与滑移顶梁支架一、单体液压支柱单体液压支柱具有体积小、支护可靠、使用和维护方便等优点。它既可与金属铰接顶梁配套用于普通机械化采煤工作面支护顶板和综合机械化采煤工作面支护端头，也可作单独点柱或其它临时性支护。根据供液方式的不同，单体液压支柱可分为内注式和外注式。前者结构复杂，质量大，支撑升柱速度慢，故使用不如后者普遍。（一）DZ型外注式单体液压支柱的结构图2-37，它实际上是一个单作用液压缸。1、活柱及缸体2、复位弹簧与缸口盖复位弹簧的作用：缸口盖的作用：（1）作为一个盖子与缸体一起形成活塞杆工作腔；（2）靠其内腔中的导向环，防尘圈构成活柱的伸、缩导向装置和防尘装置；（3）在其外表面做有一个环状手持圈构成支柱的手把。3、三用阀图2-38，它包括单向阀、安全阀和卸载阀三个阀。（二）工作原理1、初撑增阻阶段2、承载增阻阶段3、承载恒阻阶段4、卸载降柱阶段(三）注液枪（四）铰接顶梁二、滑移顶梁支架滑移顶梁支架是一种介于单体液压支柱和液压支架之间的一种液压支护设备。最初用它来代替单体液压支柱和铰接顶梁，以减轻工人的劳动强度，提高架设效率，减少支柱丢失。后来为了简化操作，避免大量乳化液流失，将滑移支架的操作由注液枪控制改为操纵阀集中控制。（一）滑移顶梁支架的类型及结构特点1、单列滑移顶梁支架其顶梁由前、后两根梁或由前、中、后三根梁组成。前后梁及中后梁之间均由弹簧钢板连接。前后梁的伸缩由装在梁体内的移架千斤顶来实现。根据需要，顶梁下面的液压支柱为1～3根，其控制方式，可用注液枪和卸载手把，也可用组合操纵阀集中控制。2、并列滑移顶梁支架由两列平行顶梁和立柱组成。两个并列的顶梁之间有移架机构，可实现两个梁交替前移。根据需要，每组顶梁下面的立柱为2～3根。主要用组合操纵阀控制。也可用注液枪和卸载手把操纵。（二）滑移顶梁支架的结构与主要液压元件1、架体结构图2-40，它主要由前顶梁、后顶梁、前梁立柱、后梁立柱、后掩护支柱、弹簧钢板、水平推移千斤顶和防护板等组成。2、主要液压元件立柱、水平推移千斤顶、三用阀、缸口阀（注意：其中的卸载阀与三用阀中的卸载阀的差异）、双向阀（三）移架原理图2-431、后柱支撑，提前柱2、后柱支撑，移前梁3、后柱支撑，支撑前柱4、前柱支撑，提后柱5、前柱支撑，移后梁6、前柱支撑，支撑后柱§2—4乳化液泵站乳化液泵站是采煤工作面支护设备及推移装置的动力源。主要由乳化液泵组（一般由2台乳化液泵组成、一台工作，一台备用）、乳化液箱、以及必要的控制、保护、监视等元件及连接管路。一、泵站主要参数1、泵站压力泵站压力必须满足立柱初撑力和千斤顶最大推力要求。若一种泵站压力不能同时兼顾两方面的要求时，应修改缸径或采用两种供液压力。所需的泵站压力Pb′：Pb′