液压支架的设计

5.3液压缸的主要部件 (40)5.4 液压支架的液压 (42)6乳化液泵站 (47)6.1乳化液泵站的工作原理 (47)6.2乳化液泵站的构造 (48)6.3乳化液箱及其附属装置 (49)6.4乳化液泵站液压系统 (52)6.5乳化液泵站主要参数的确定 (53)7 经济技术分析报告 (57)参考文献 (58)致谢 (59)总结 (60)附录 (61)1 绪论回采面中，为了确保工作面内机器和人员的安全生产，要对顶板进行支撑和管理，以防止工作面空间的顶板冒落。

液压支架是以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。

它使顶板的支撑、切顶、移架和输送机等工序全部实现了机械化。

因而大大地改善了回采工作面的工作条件、降低了人们的劳动强度，有效地增加了劳动安全性，使工作面的产量和效率得到了很大的提高，并为工作面的自动化创造了条件。

但液压支架对煤层的地质条件要求较高。

液压支架动作原理可概括如下：液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本功作，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的。

(1)升柱当需要支架上升支护顶板时，乳化液进入立柱的活塞腔，另一回腔液，推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁紧紧接触到顶板。

(2) 降柱当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一回腔液迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。

(3) 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。

当需要支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。

支架的支撑力与时间的曲线，称为支架的工作特性曲线，如下图所示：图1—1 支架工作特性曲线支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段。

支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起使顶梁接触顶板，立柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段；支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至增加到支架的安全阀调定压力，立柱下腔压力达到工作阻力。

此阶段为增阻阶段，随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架的安全阀压力调定值时，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶梁压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整值后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限制下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段。

2 液压支架的应用及工作原理2.1 液压支架的应用及意义随着工业技术的不断发展，国民经济对煤炭需求量的日益增加，煤矿开采，特别是采煤工作面的生产技术面貌发生了巨大变化。

综合机械化采煤，就是工作面采煤、运输和支护三大主要生产环节都实现机械化。

即采用滚筒式或刨削式等采煤机械落煤与装煤，工作面重型可弯曲运输机，以及与之相适应的顺槽转载机和可伸缩皮带运输机等运煤，自移式液压支架支护和管理顶板。

这几种设备相互配合，组成了综合机械化设备。

液压支架是以高压液体为动力，由若干液压元件与一些金属结构件组合而成的一种支撑式和控制顶板的采煤工作面设备，能实现支撑、降落、移架和推移运输机等一整套工序。

液压支架技术上先进，经济合理，安全可靠，当前世界各国都在不断提高采煤工作面的综合机械化水平。

液压支架具有强度高、支护性能好、移设速度快、安全可靠等优点，能使采煤工作面达到高产量、高回采率和高功效，能大大减少劳动强度，降低成本和掘进率，实现安全生产。

2.2 液压支架的组成液压支架的典型结构是有顶梁、支柱、掩护梁、底座、推移装置、阀件、管路系统、连接部件及各种附属装置等组成。

顶梁和底座通过数根支柱支撑在顶、底板之间，构成了一个可以活动的承载构件，支护顶板，维护工作空间。

综合各种类型液压支架的结构，它的组成可归结为承载结构件、动力油缸、控制操纵元件、辅助装置和工作液体五大部分。

2.2.1承载结构件1）顶梁：直接与顶板相接触，并承受顶板岩石载荷的支架部件叫做顶梁。

它为支柱，掩护梁，挡矸装置等提供连接点。

顶梁除整体刚性箱体结构形式外，一般由若干段组成，按它对顶板支护的作用和位置，可分为主梁、前梁和尾梁。

顶梁约三米左右，多是变断面的整体顶梁，从柱窝中心向前直至顶梁前端逐渐变薄变窄，顶梁断面内有两个左右对称的柱窝，以接纳立柱球头。

顶梁后端两侧耳板用来与掩护梁铰接，顶梁后部中心线处有平衡千斤顶的支撑座。

顶梁两侧各有三个圆孔，供安装弹簧套筒和侧推千斤顶。

2）掩护梁：阻挡采空区冒落矸石涌入工作面空间，并承受冒落矸石载荷，以及顶板水平推力的支架部件叫做掩护梁。

掩护梁上部直接与顶梁铰接，下部直接或间接与底座铰接。

掩护梁与顶梁的铰接点的运动轨迹为双纽线，形成了双摇杆的四杆机构。

支架采用双纽线机构，顶板对顶梁的水平载荷由掩护梁传递给两个连杆承受，支架立柱不再承受横向力，立柱不容易弯曲变形。

掩护梁前端焊有耳板供与顶梁铰接，后端焊有耳板供与后连杆铰接，销孔座供与前连杆铰接。

掩护梁断面内有弹簧套筒使活动侧护板伸出，弹簧一端支撑在弹簧座上，弹簧座顶在掩护梁内的骨架上。

弹簧另一端支撑在活动侧护板上。

还可以装有侧推千斤顶，有调架和防倒防滑作用。

3）底座：直接和底板相接触传递顶板压力到底板的支架部件叫底座。

底座除为支柱、掩护梁提供连接支点外，还要安设推移千斤顶等部件。

底座采用整体刚性平底座。

它与底板接触面积大，因而，对底板接触比压小，支架不易下陷。

2.2.2 动力油缸1）支柱：支架上凡是支撑在顶梁和底座之间，直接或间接承受顶板载荷的主要油缸叫支柱。

支柱是支架的主要承载部件，支架的支撑力和支撑高度，主要取决于支柱的结构和性能。

立柱主要由缸体，活柱，导向套等组成。

缸体有无缝钢管加工而成，缸体的下端焊接球形缸底，在缸底上钻有孔并焊有管接头作为立柱下腔的液口。

在缸体的上端装有导向套，为活柱的上下往复运动导向，为了防止外部煤尘等脏物随活柱下缩而进入缸体，在导向套上装有防尘圈。

为了防止液体从立柱的上腔向外泄漏，在导向套上还装有蕾形密封圈，缸体上部钻有螺纹孔并焊有管接头，与上腔相通，作为立柱上腔的液口。

活柱，由无缝钢管做成，下部焊有活塞头，上部焊有柱头，为把立柱分割成互不相通的上下两腔，在活塞头上安装了具有双向密封作用的鼓形密封圈，它的两侧有导向环为活柱在缸体内运动导向。

它及其导向环由内卡键，外卡键，卡箍实现轴向固定。

接机械加长杆的立柱的活柱上端是空心的，带有柱头的机械加长杆，插入活柱内，将卡环嵌入接长杆的环形槽内，再用卡套套在卡环外面，最后用销轴穿过接长杆横孔，把接长杆与空心活柱固定在一起，接长杆上有若干个环形槽和若干横孔，可以按照具体的要求把卡环嵌入相应的环形槽内得到不同的调节高度，使用操作程序比外接长帽方便。

2）千斤顶：支架上除了支柱以外各种油缸都叫千斤顶。

如前梁、推移、调架千斤顶、还有平衡、复位、侧推和护帮千斤顶。

完成推移运输机、移设支架，和支架的调整等各项动作。

它们的主要差异是立柱的活柱直径比较大，立柱上腔的环形面积与下腔的断面积的比值很小而千斤顶的活塞杆直径相对较小。

千斤顶的前腔环形面积与下腔的断面积的比值较大。

2.2.3 控制操纵元件包括控制阀，操纵阀等各种阀件和管件。

这些元件是保证支架获得足够的支撑力，良好的工作特性，以及实现预定设计的动作所需的液压元件，它的种类和数量，随着支架结构和动作的要求不同而异。

1）液控单向阀：主要用来闭锁液压缸中的液体，使之承载。

2）安全阀：是必不可少的限定压强的元件。

可以防止支架的主要承载结构件过负载，确保顶板岩层在不高于规定的工作阻力的作用下沉降。

当阀液口前的液压力与作用于阀芯的弹性元件作用力相平衡时阀开启，这种阀具有灵敏度高，溢流限压作用及时的优点。

3）操纵阀用来使液压缸换向实现支架各个动作手动换向。

2.2.4辅助装置支架上除了上述三项构件以外的其他构件，都可归入辅助装置，它包括推移装置、复位装置、挡矸装置、护帮装置、防倒防滑装置、照明装置和其他附属装置等。

1）掩护式支架的侧护装置，掩护梁和顶梁的两侧都装有侧护板，支架工作时，一侧的侧护板是固定的，另一侧则为可以活动的。

制造时，通常，两侧的侧护板对称，总装时可以按需要将一侧的用螺栓或销子固定在顶梁和掩护梁上。

它主要用来消除相邻支架掩护梁和顶梁间的架间间隙，防止冒落矸石进入支护空间。

作为支架移架过程中的导向装置，防止支架降落后倾倒，以及调整支架的间距。

2）推移装置：掩护式支架所需要的移架力不仅应克服底板的摩擦力，还应克服两旁相邻支架的摩擦力，以及由于移架时立柱的剩余载荷引起的顶板对支架的摩擦力，所以它所需要的移架力很大。

为了获得较大的移架力，推移装置常增加一个框架装置，以便于利用千斤顶的推力移架，拉力推溜。

3）护帮装置：为了防止煤壁片帮或在片帮时起到遮蔽挡板的作用，避免砸伤工作人员或损坏设备。

支架应安设护帮装置。

护帮装置的主要元件是护帮板和护帮千斤顶。

2.3 液压支架的工作原理2.3.1液压支架自动移设的原理液压支架是以高压液体为动力，通过各种动力油缸的伸缩，是液压支架完成升起、降落、行走、推移运输机等各种动作。

以便使支架随工作面不断推移而反复支撑、前移和调架。

1）降柱：当旋转式操纵阀转到降柱的位置，打开供液阀时，高压液体由主进液压管经操纵阀和油管，进入支柱的活塞杆腔，同时也进入液控单向阀的控制管路，打开液控单向阀，支柱活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀，流回主回液管，支柱卸载下降。

2）移架：液压支架卸载后，把操纵阀转到移架位置，打开供液阀，高压液体由主进液压管经操纵阀、油管进入推移千斤顶的活塞杆腔。

同时进入液控油路，打开液控单向阀，而活塞腔的油液经油管、液控单向阀、操纵阀流回主回液管，推移千斤顶收缩，以运输机为支点，拉架前移。

运输机靠相邻支架的推移千斤顶来固定，千斤顶由液控单向阀锁紧。

3）升柱：液压支架移至新的位置后，应及时升柱，以支撑新暴露的顶板，将操纵阀转到升柱位置，打开供液阀，高压液体由主进液压管进入，经操纵阀到液控单向阀，顶开阀球经油管进入支柱的活塞腔，支柱活塞腔的油液，经油管和操纵阀流回主回液管，活柱和顶梁升起，支撑顶板。

4）推移运输机：当液压支架前移并重新支撑后，把操纵阀转到推溜位置，打开供液阀，高压液体由主进液管经操纵阀、液控单向阀进入推移装置千斤顶的活塞杆腔，活塞腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶的活塞杆伸出，以液压支架为支点，把运输机推移到新的工作位置。

2.3.2 液压支架的支撑承载原理支架的支撑承载原理是指液压支架与顶板之间相互作用力学工作原理，包括初撑增阻、承载增阻和恒阻三个工作阶段。