搜索
第九章液压支护设备第一节概述第二节液压支架的架型第三节液压支架的控制第四节单体液压支柱与滑移顶梁支架第五节乳化液泵站第六节液压支架的安装、使用与维护复习思考题第一节概述在回采与掘进工作面中，为了正常生产并保护工作面机器与人员的安全，要对顶板支撑和管理，以防止工作空间内的顶板垮落。目前使用较普遍、较先进的是液压支护设备。液压支护设备是由液压元件（缸、阀和油管）与其他金属构件组成，并利用高压液体的压力与液体可压缩性极小的特性来支撑工作面顶板，以达到维护作业空间的一种装置。回采工作面的液压支护设备主要包括单体液压支柱、滑移顶梁支架和液压支架等三大类。前两种用于普采工作面，液压支架用于综采工作面。实践证明：液压支护设备（尤其液压支架）具有支撑能力大，支护性能好，架设移动速度快和安全可靠等优点。使用液压支护设备可提高采煤工作面的产量、回采率和工效；能大大地减轻工人的劳动强度，降低生产成本，实现安全生产。一、液压支架工作原理根据采煤工艺对液压支架的要求，液压支架不仅要能够有效地支撑顶板，而且应能随着采煤工作面的推进向前移动。这就要求液压支架必须具备升、降、推、移四个基本动作。这些动作是利用乳化液泵站提供的高压液体，通过液压控制系统控制不同功能的液压缸来完成的。每架支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统，其中液控单向阀和安全阀设在本架内，操纵阀可设在本架或邻架内，前者为本架操作，后者为邻架操作。液压支架工作原理如图9-1所示。图9-1液压支架工作原理1-顶梁；2-立柱；3-底座；4-推移液压缸；5-安全阀；6-液控单向阀；7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵（一）支架升降支架的升降依靠立柱2的伸缩来实现，其工作过程如下：1．初撑操纵阀8处于升柱位置，由泵站输送来的高压液体，经液控单向阀6进入立柱的下腔，同时立柱上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板。当顶梁接触顶板，立柱下腔的压力达到泵站的工作压力后，操纵阀置于中位，液控单向阀6关闭，从而立柱下腔的液体被封闭，这就是支架的初撑阶段。2．承载支架达到初撑力后，顶板随着时间的推移缓慢下沉从而使顶板作用于支架的压力不断增大，随着压力的增大，封闭在立柱下腔的液体压力也相应提高，呈现增阻状态。这一过程一直持续到立柱下腔压力达到安全阀动作压力为止，称之为增阻阶段。在增阻阶段由于立柱下腔的液体受压，其体积将减小以及立柱缸体弹性膨胀，支架要下降一段距离，把下降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．卸载当操纵阀8处于降架位置时，高压液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀6，立柱下腔排液，于是立柱（支架）卸载下降。（二）支架推移液压支架推移动作包括移支架和刮板输送机。根据支架型式的不同，移架和推溜方式不同，但其基本原理一样，都是通过推移液压缸的推、拉来完成的。图9-1为支架与刮板输送机互为支点的推移方式，移架和推溜共用一个推移液压缸，该液压缸的两端分别与支架底座和输送机连接。1．移架支架降架后，将操纵阀7放到移架位置，从泵站来的高压液经操纵阀7进入推移液压缸的活塞杆腔，活塞腔回液。此时，活塞杆受输送机制约不能运动，所以液压缸缸体便带动支架向前移动，实现移架，支架移到预定位置后将操纵阀手把放回零位。2．推移输送机需要移输送机时，支架支撑顶板，将操纵阀7放到推溜位置，高压液进人推移液压缸活塞腔，活塞杆腔回液，因缸体与支架连接不能运动，所以活塞杆在液压力的作用下伸出，推动输送机向煤壁移动，当输送机移到预定位置后，将操纵阀手把放回零位。采煤机采煤过后，液压支架依照降架-移架-升架-推溜的次序动作，称为即时支护，其特点是顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用广泛的支护方式。如果液压支架依照推溜-降架-升架的次序动作，称为滞后支护，其特点是支护滞后时间长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板条件。如果液压支架依照次序为采煤机采煤过后，支架伸出伸缩梁-推溜-降架-移架（同时缩回前伸梁）-升架，则称为复合支护，其特点是支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求。二、液压支架的组成根据液压支架各部件的功能和作用，其组成可分为四部分：（1）承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。（2）液压缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。（3）控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件。其主要功能是操作控制支架各液压缸动作及保证所需的工作特性。（4）辅助装置，如推移装置、护帮（或挑梁）装置、伸缩梁（或插板）装置、活动侧护板、防倒防滑装置、喷雾装置等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。(一)承载结构件1．顶梁直接与顶板相接触承受顶板载荷的部件称为顶梁。支架通过顶梁实现支撑、控制顶板的功能。支架常用顶梁形式有3种：整体顶梁、铰接顶梁和楔形结构顶梁。铰接顶梁的前段称为前梁，后段为主梁，一图9-2整体顶梁般简称顶梁。整体顶梁（图9-2）结构简单，可靠性好；顶梁对顶板载荷的平衡能力较强；前端支撑力较大，可设置全长侧护板，有利于提高顶板覆盖率，改善支护效果，减少架间漏矸。为改善接顶效果和补偿焊接变形，整体顶梁前端（800～1000mm）一般上翘1°～3°。2．掩护梁阻挡采空区垮落的矸石窜入工作面并承受采空区垮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称作掩护梁。掩护梁是掩护式支架和支撑掩护式支架的特征部件之一。当底板不平时，掩护梁还承受扭转载荷。掩护梁一般做成箱形整体结构，也有做成左、右对分结构的。3．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称底座。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。支架底座常用形式有3种，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底座，其中铰接分体底座已较少采用。4．双纽线机构。双纽线机构又称支架四连杆机构，是液压支架的掩护梁与底座之间用前、后连杆连接形成的四连杆机构。支架升降时，顶梁前端可沿双纽线移动，使梁端距变化较小。双纽线机构有两种结构型式，一种为前、后连杆都为单杆式；另一种是后连杆为整体铸钢件或焊接件，前连杆为左右分置的单杆铸钢件或焊接件，这样可增大支架的有效利用空间。双纽线机构是液压支架的主要稳定机构，其主要作用是保证支架的纵向和横向稳定性，承受和传递外载，保持支架的整体刚度。因此，对液压支架的研究常常离不开对双纽线机构的研究和认识。(二)液压缸液压缸包括立柱和各类千斤顶。1．立柱支撑在顶梁（或掩护梁）和底梁之间直接或间接承受顶板载荷、调整支护高度的液压缸称为立柱。立柱两端一般采用球面结合形式分别与顶梁和底座铰接。立柱是液压支架实现支撑和承载的主要部件，它直接影响支架的工作性能。液压支架的发展对立柱的长度、缸径、密封、型式等诸多方向提出了许多新的要求，立柱的主要型式有4种：单伸缩双作用支柱；单伸缩双作用带机械加长杆立柱；双伸缩双作用立柱；三伸缩双作用立柱。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，所以结构上与立柱基本相同，只是长度和行程较短。(三)控制元部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，达到卸压的目的。卸载后工作腔内的液体压力低于调定压力时，安全阀关闭。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。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，还设有防倒、防滑千斤顶和调架千斤顶。(三)控制元部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，达到卸压的目的。卸载后工作腔内的液体压力低于调定压力时，安全阀关闭。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支架的重要液压元件之一。它的作用是闭锁支柱、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，实现支架各个动作的换向（分配）阀，习惯上称为操纵阀。操纵阀有转阀和滑阀两种类型。(四)辅助装置辅助装置包括推移装置、护帮（或挑梁）装置、伸缩梁（或插板）装置、活动侧护板、防倒防滑装置、喷雾装置等。１．推移装置推移装置是实现支架自身前移和刮板输送机前移的装置，由推移杆、推移液压缸和连接头等主要零部件组成。推移液压缸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。推移装置中推移杆是决定推移装置形式和性能的关键部件。推移杆的常用形式有正拉式短推移杆和倒拉式长推移杆两种：短推移杆和长推移杆2．侧护板目前生产的掩护式支架和支撑掩护式支架都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：消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止垮落矸石进入支护空间；作为支架移架过程中的导向板；防止支架降架后倾倒；调整支架的间距。支架侧护板装置一般由侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。支架常用的活动侧护板形式有3种，即直角式单侧活动侧护板、直角式双侧可调活动侧护板和折页式单侧活动侧护板。3．护帮装置煤壁片帮和梁端冒顶是影响综采效率和工人安全的主要因素，特别是在破碎顶板、松软中厚及厚煤层条件下问题更为严重、护帮板是提高液压支架适应性的一种常用装置，其作用是：(1)护帮，即通过挑梁（护帮板）贴紧煤壁，向煤壁施加一个支撑力，防止片帮。一旦片帮，也可挡住片帮煤不进入人行道，并防止片帮继续扩大；(2)作临时前梁。在支架能及时支护的情况下，采煤机过后挑起挑梁可实现超前支护。当煤壁出现片帮时，挑梁可伸入煤壁线以内，临时维护顶板，避免引发冒顶。在支架滞后支护的情况下，利用挑梁可实现及时支护；(3)在厚煤层分层开采时，采上分层可利用挑梁挂网卷，采下分层可利用挑梁挑网兜。护帮装置的主要类型有两类，一类是简单铰接式，另一类是四连杆式。4．防滑防倒装置防滑防倒装置是利用装设在支架上的防滑、防倒千斤顶在调架时产生一定的推力，以防支架下滑、倾倒，并进行架间调整。第二节液压支架的架型液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点不同，分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三种基本架型。根据液压支架在工作面的位置分为工作面支架、过渡支架（排头支架）和端头支架。按适用采煤方法分为一次采全高支架、放顶煤支架、铺网支架和充填支架。不同用途的支架，其结构也有所不同。一、支撑式支架支撑式支架的立柱支撑在顶梁上，没有掩护梁。支撑式支架按结构分为有垛式和节式两种。由于节式液压支架稳定性和防护性能差，用的比较少，趋向于淘汰。垛式支架[图9-3（a）]底座为箱式，内装复位机构，整体前移。一般有两排或三排立柱，每排立柱有两根。大多数在主底座