緒論1.1液壓支架的用途在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進(jìn)行，必須對頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是一高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備[1]。1.2液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。a.升柱液壓支架移至新的工作位置后，應(yīng)及時升柱，以支撐新暴露的頂板。將操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開供液閥，高壓液體由主進(jìn)液管進(jìn)入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，頂開閥球經(jīng)油管進(jìn)入支柱活塞腔，支柱活塞桿腔的油液，經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，活柱和頂梁升起，支撐頂板[2]。b.降柱當(dāng)旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開供液閥時，高壓液體由主液管經(jīng)操縱閥和油管，進(jìn)入支柱活塞桿腔，同時也進(jìn)入液控單向閥的控制管路，打開液控單向閥，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液管，支柱卸載下降。當(dāng)需要降柱時，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板[3]。c.支架和輸送機(jī)前移支架和輸送機(jī)的前移，都是由于底座上的推移千斤頂來完成的。當(dāng)需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當(dāng)需要輸送機(jī)時，支架支撐頂板后，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂活塞腔，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。頂梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤頂；5-安全閥；6-液控單向閥；7、8-操縱閥；9-輸送機(jī)；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管圖1.1液壓支架工作原理圖1.3設(shè)計事項1.3.1設(shè)計目的為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100kN～150kN，中厚煤層一般為150kN至250kN，厚煤層一般為300kN～400kN。防矸性能要好。排矸性能要好。要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈Ｕ{(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架的重量。要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡單。液壓元件要可靠[4]。1.3.2設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)a．頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢χЪ苓M(jìn)行選型。b．最大和最小采高根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。c．瓦斯等級根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風(fēng)斷面。d．底板巖性和小時涌水量根據(jù)底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。e．工作面煤壁條件根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。f．煤層傾角根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。g．井筒罐籠尺寸根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。h．配套尺根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計算頂梁長度。1.4液壓支架的組成液壓支架由以下六個主要部分組成：a.頂梁b.立柱c.掩護(hù)梁和擋矸簾d.底座e.推移機(jī)構(gòu)f.操縱控制系統(tǒng)1.5液壓支架的主要結(jié)構(gòu)件及其用途1.5.1頂梁用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板。承受頂板的壓力。將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板[5]。1.5.2底座為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)。與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)。將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。1.5.3掩護(hù)梁掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座。掩護(hù)梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。掩護(hù)梁和頂梁（包括活動側(cè)護(hù)板）一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸能力[6]。1.5.4活動側(cè)護(hù)板與鄰架的頂梁、掩護(hù)梁和后連桿的固定側(cè)護(hù)板相貼，構(gòu)成了指甲的擋矸屏障。支架移架時起導(dǎo)向作用。利用側(cè)推千斤頂可調(diào)整支架的橫向位置或防倒扶正支架。1.5.5連桿前后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。1.6液壓支架的液壓系統(tǒng)液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)[7]。1.6.1液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求對于液壓支架的傳動裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)備外形尺寸小，能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)；在爆炸危險和含塵的空氣里保證安全工作；動作迅速；操作調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護(hù)簡單。1.6.2液壓支架的液壓傳動特點液壓支架的液壓傳動，與其他機(jī)械的容積式液壓傳動有很大的區(qū)別，其特點如下：工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達(dá)20～40MPa，立柱內(nèi)的壓力達(dá)30～70MPa），流量大（30～150l/min）；在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體為工作介質(zhì)；液壓缸、操縱閥，其他調(diào)節(jié)和控制裝置等總的數(shù)量大（高壓泵1～6臺，液壓缸300～1500個，安全閥150～300個，還有同樣數(shù)量的液控單向閥）；很長的液壓管路（200～300m剛性管，500～3000m高壓軟管）;泵——液壓缸傳動系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低；根據(jù)支架的數(shù)目改變液流的參數(shù)；所有支架在結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及他們之間都有相同的連接方式（相同的液壓系統(tǒng)）。2液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1液壓支架的主要尺寸的確定2.1.1支架高度和伸縮比由題目已知:支架的最大高度Hm=3.2m,支架最小高度Hn=1.4m支架伸縮比2.1.2支架間距支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離，按下式計算式中—支架間距（支架中心距）—每架支架頂梁總寬度—相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙—每架所包含的組架或框架數(shù)取=1500mm，=150mm,=1則=1500+150×1=1650mm2.1.3底座長度底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設(shè)計支架底座的長度時，應(yīng)考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性。掩護(hù)式支架的底座長度取3.5倍的移架步距（一個移架步距為0.6m）,即2.1m左右。取底座長度為2899m。如圖2.1底座示意圖：圖2.1底座示意圖2.1.4頂梁長度的確定支架在工作面的相對位置如圖2.2所示：圖2.2支架在工作面的相對位置關(guān)系掩護(hù)式支架頂梁長度計算頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+]-[+300+]+掩護(hù)梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（mm）配套尺寸—參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊確定；底座長度—底座前端至后連桿下鉸點之距e—支架由高到低頂梁前端點最大變化距離；、—支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角[8]。經(jīng)計算得頂梁長度為3302mm。2.1.5立柱布置圖2.3立柱示意圖a.立柱數(shù)目前國內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為2~6根，常用的為4根；掩護(hù)式支架為二柱；支撐掩護(hù)式支架為四柱。故此支架數(shù)目n選2。ZY3200/14/32型液壓支架選用單伸縮機(jī)械加長桿，如圖2.3所示[9]。b．支撐方式支撐式支架立柱為垂直布置。掩護(hù)式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于(支架在最低工作位置時)，由于角度較大，可是調(diào)高范圍增加。同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增加。支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁的垂直夾角小于（支架在最高位置時），由于夾角較小，有效支撐能力較大。c.立柱間距立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為1~1.5m[10]。2.2各部件結(jié)構(gòu)選擇2.2.1頂梁頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，同時要求適應(yīng)頂板的不平衡性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般有鋼板焊接而成。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋矸簾之用。在頂梁下焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。頂梁端面形狀和頂梁如2.4、2.5示：圖2.4頂梁斷面圖2.5頂梁外形2.2.2底座底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。因此，底座除了滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，還要求對底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對底板接觸比壓小，要有足夠的空間能安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置，要便于人員行走；能起一定的擋矸排矸作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性。底座前端制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。同時底座后部重量大于前部，避免移架時啃底。底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以避免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩[11]。圖2.6底分式底座2.2.3立柱立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。立柱的結(jié)構(gòu)由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。如圖2.7圖2.7立柱結(jié)構(gòu)缸體是立柱的承壓部件。一般用27SiMn無縫鋼管制成。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度?；钊橇⒅年P(guān)鍵元件，對它的主要要求是保證密封性能良好，運(yùn)動表面能承受外力的沖擊。活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用鋼制作活塞時，可在活塞上安裝導(dǎo)向環(huán)與缸體內(nèi)徑配合。導(dǎo)向環(huán)多用塑料制品，也有用銅合金制成。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護(hù)密封圈的尼龍擋圈兼做導(dǎo)向環(huán)?；钊棵芊馊γ芊?，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是兩個夾布U型橡膠圈壓制而成的整體實心密封圈，它和兩個L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力19.6～58.8MPa，在壓力小于24.5MPa時，可以不加擋圈。它可用于各種活塞上的雙向密封。蕾型密封圈是一個U型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊?。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導(dǎo)向套上，為單向密封。工作壓力小于58.8MPa時，可以不加擋圈?；钊妮S向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定。活柱和活塞桿是立柱傳遞機(jī)械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用27SiMn或45號鋼制成。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護(hù)，防止外部硬傷[12]。2.2.4推移裝置液壓支架推移裝置是保證支架正常推溜和拉架，實現(xiàn)工作面正常循環(huán)作業(yè)的重要裝置。在設(shè)計支架時，應(yīng)根據(jù)支架結(jié)構(gòu)和配套要求合理選擇推移裝置的形式，并充分保證支架推移裝置對工作面條件和配套的適應(yīng)性。推移裝置的型式如表2.1表2.1推移裝置千斤頂?shù)男褪叫褪教攸c適用條件普通式普通活塞式雙作用千斤頂可為外供液式，也可為內(nèi)供液式 1、目前已很少直接用作推移裝置，而多與反拉框架一起使用，應(yīng)用較廣2、外供液式結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛差動式千斤頂結(jié)構(gòu)仍為普通型式，利用交替閥的油路系統(tǒng)，使其減小托輸送機(jī)力用于直接拉架的方式，目前應(yīng)用較少浮動活塞式千斤頂活塞可在活塞桿上滑動，使環(huán)腔供液時拉力與普通千斤頂相同；但在活塞腔供液時，使壓力的作用面積僅為活塞桿斷面積，從而減小了推輸送力廣泛用于直接拉架方式，與短推桿等導(dǎo)向件一起使用動作時間有一定滯后，但一般不影響使用推移裝置一般由推移千斤頂、推桿或框架等導(dǎo)向傳力桿件以及連接頭等部件組成，其功能、連接型式見下。表2.2推移裝置的功能及連接形式功能將輸送機(jī)推向煤壁，保證作業(yè)循環(huán)將液壓支架拉向煤壁方向，及時支護(hù)頂板框架或推桿與底座導(dǎo)向通道共同作為支架、輸送機(jī)移動時的導(dǎo)向，起一定的防滑作用連接型式直接連接一端固定在支架底座（一般位于支架縱軸線上），另一端固定在輸送機(jī)或輸送機(jī)底托架上。此時移架和推輸送機(jī)都用一個推移千斤頂移步橫梁間接連接在推移裝置與輸送機(jī)之間加一個移步橫梁、千斤頂僅與移步橫梁連接。這種方式減少了支架與輸送機(jī)之間的約束和影響、比較機(jī)動，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜相鄰支架或支架節(jié)連接這種方式一般用于節(jié)式或各種類型的組合邁步支架。移架千斤頂位于主副架之間，多數(shù)分別與兩者的底座相連，稱為下移架機(jī)構(gòu)。少數(shù)為頂梁之間相連，稱為上移架機(jī)構(gòu)。移架與推溜各用不同的千斤頂。推移桿的常用形式有正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。液壓支架所采用的推移裝置為：倒拉式長推移桿。如圖2.8所示，結(jié)構(gòu)簡單可靠，重量輕，被廣泛采用[13]。圖2.8短推移桿2.2.5護(hù)幫千斤頂護(hù)幫千斤頂?shù)母左w用圓柱銷固定在護(hù)幫下端的耳座上，活塞桿與主梁與主梁相連接。護(hù)幫千斤頂?shù)幕钊灰郝飞希b有液控單向閥和安全閥，以保證護(hù)幫的初撐力和工作阻力。圖2.9互幫千斤頂2.2.6掩護(hù)梁掩護(hù)梁為整體箱形焊接結(jié)構(gòu)。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座鉸接，構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)。掩護(hù)梁主要作用是阻擋并承載采空區(qū)冒落的矸石，承受頂板水平推力、側(cè)向力和傳遞扭轉(zhuǎn)載荷，并保持支架整體的穩(wěn)定性。掩護(hù)梁上部設(shè)計了機(jī)械限位塊結(jié)構(gòu)，當(dāng)支架出現(xiàn)不正常工作狀況時，機(jī)械限位起作用，頂梁與掩護(hù)梁的機(jī)械限位塊發(fā)生干涉作用，強(qiáng)制限位，防止支架呈現(xiàn)“放大炮”狀態(tài)，避免頂梁過渡上仰，以保護(hù)平衡千斤頂、增強(qiáng)了支架的適應(yīng)性和可靠性。2.2.7前、后連桿.ZY3200/14/32型二柱掩護(hù)式液壓支架采用雙前連桿、整體后連桿式結(jié)構(gòu)，前、后連桿均為箱形抗扭體，該箱形結(jié)構(gòu)剛性好，強(qiáng)度高，能可靠地承受支架在工作過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩和水平載荷，保持支架的穩(wěn)定性。前后連桿與掩護(hù)梁、底座相鉸接，組成四連桿機(jī)構(gòu)。后連桿的防矸背板可有效防止采空區(qū)矸石竄入工作面。2.3液壓支架的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計液壓支架的主要參數(shù)如下表2.3：表2.3液壓支架主要技術(shù)參數(shù)表設(shè)備（部件）名稱項目單位技術(shù)參數(shù)支架整體性能支架高度m1.4～3.2支架寬度m1.43~1.50支架中心距m1.65支護(hù)強(qiáng)度MPa1.08對底板比壓MPa2.5初撐力kN2354工作阻力3049操作方式電液控制泵站壓力MPa31.5立柱型式單伸縮機(jī)械加長根數(shù)根2缸徑/中缸徑mm250/240初撐力kN1545工作阻力（）kN3145行程mm2300推移千斤頂型式浮動活塞根數(shù)根1缸徑mm125柱徑mm70推力/拉力kN123/270行程mm600側(cè)推千斤頂型式普通根數(shù)根2缸徑mm80桿徑mm45推力/拉力kN158/108行程mm170平衡千斤頂型式普通根數(shù)根1缸徑/桿徑mm100/60行程mm320推力kN245拉力kN158工作阻力kN849護(hù)邦千斤頂型式普通根數(shù)根1缸徑/桿徑mm80/45行程mm470推力kN157工作阻力kN849抬底千斤頂型式普通根數(shù)根1缸徑/桿徑mm80/45行程mm250工作阻力kN386配套設(shè)備采煤機(jī)MLS-170刮板輸送機(jī)SGD-730/180西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）3液壓系統(tǒng)液壓支架不僅需要有良好的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)所工作的煤層地質(zhì)條件，而且還要配備完善而可靠的液壓系統(tǒng)及液壓元件來實現(xiàn)支架的優(yōu)良工作性能。液壓支架的液壓系統(tǒng)屬于泵缸開式系統(tǒng)。動力源是乳化液泵，執(zhí)行元件是各種液壓缸。系統(tǒng)回液流入乳化液箱，然后由泵吸入并增壓，經(jīng)各種控制元件供給各個液壓缸，。乳化液泵站通常安裝在工作面下順槽，可隨工作面一起向前推進(jìn)。泵站通過沿工作面全長敷設(shè)的主供液管和主回液管，向各個支架供給高壓乳化液，接收低壓回液。工作面中每個支架的液壓控制回路多數(shù)完全相同，通過截止閥連接與主管路，相對獨立。其中任一支架發(fā)生故障進(jìn)行檢修時，可關(guān)閉該架與主管路連接的截止閥，不會影響其他支架工作[14]。3.1立柱和千斤頂在液壓支架中，用于承受頂板載荷，調(diào)節(jié)支護(hù)高度的液壓缸稱為立柱。液壓支架的立柱多數(shù)是單伸縮雙作用單活塞桿式液壓缸。除立柱外，支架中其余的液壓缸稱為千斤頂，依其功能分別叫做前梁千斤頂、推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、平衡千斤頂、護(hù)幫千斤頂和復(fù)位千斤頂?shù)鹊取Ｓ捎谇傲呵Ы镯斠渤惺苡摄q接前梁傳遞的部分頂板載荷，結(jié)構(gòu)與立柱基本相同，只是長度和形成較短，所以也有人叫它前梁短柱。只有復(fù)位千斤頂和伸縮前探梁的千斤頂是單作用液壓缸。懸浮式立柱控制回路如圖3.1：圖3.1懸浮式立柱控制回路圖3.1懸浮式立柱控制回路千斤頂控制回路如圖3.2：圖3.2千斤頂控制回路圖3.2千斤頂控制回路3.2支架液壓閥液壓支架的液壓控制系統(tǒng)中所使用的控制元件有兩大類：壓力控制閥和方向控制閥。壓力控制閥主要有安全閥，方向控制閥主要有液控單向閥、操縱閥和液控分配換向閥等。3.2.1液控單向閥夜控單向閥在支架液壓系統(tǒng)中主要用來閉鎖液壓缸中的液體，使之承載。它是大多數(shù)支架立柱必不可少的控制元件之一[15]。對液控單向閥的要求：密封可靠，特別是鎖緊立柱下腔液路的液控單向閥，需長時間保持絕對密封；動作靈敏，尤其要求關(guān)閉及時，保證剛剛鎖緊的液壓缸中的壓強(qiáng)等于泵站供液壓強(qiáng)；流動阻力??；工作壽命長，能保證工作面推進(jìn)800～1000米不需要更換；結(jié)構(gòu)簡單。3.2.2安全閥安全閥是支架液壓控制系統(tǒng)中必不可少的限定壓強(qiáng)的元件。立柱安全閥可以防止支架的主要承載結(jié)構(gòu)件過負(fù)荷，確保頂板巖層在不高于規(guī)定的工作阻力作用下沉降。對立柱安全閥的要求：關(guān)閉時必須完全封閉；能夠穩(wěn)定溢流的溢流量范圍大，在頂板緩慢下沉?xí)r的微小流量(30~40mL/min以下)工況下，啟閉壓強(qiáng)差不大于整定壓強(qiáng)的5～10%，以保證支架的恒阻性。在頂板急劇下沉的大流量(30~50mL/min)工況下，被封閉的液體壓強(qiáng)升高值不大于整定壓強(qiáng)的25%。3.2.3操縱閥在支架液壓控制系統(tǒng)中用來使液壓缸換向，實現(xiàn)支架各個動作的手動換向閥，習(xí)慣上稱為操縱閥。按壓力液通過操縱閥后的用途不同，可分為全流量操縱閥和先導(dǎo)液壓操縱閥。3.2.4液壓支架液壓閥的密封技術(shù)分析a.影響液壓閥密封性能的主要因素密封元件損壞的主要因素是工作液中的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在密封元件間研磨，使閥產(chǎn)生泄漏。因此，國外曾提出相應(yīng)等級的液壓元件，應(yīng)采用相應(yīng)精度的過濾器。他們認(rèn)為5μM的油泵密封元件，如果采用過濾精度為3／μM的過濾器，壽命可比采用10μM的提高10倍。但液壓支架用閥，工作環(huán)境十分惡劣。在采煤工作面，油管總長1000多米，接頭插口多達(dá)4000多個，液箱無特殊的防塵設(shè)施。乳化液中有大量的漂浮雜質(zhì)，在立柱缸底和閥腔，留有較多的煤粉、巖粒和鐵屑。進(jìn)液閥芯和閥座，由于開啟關(guān)閉比較頻繁，液體流速高，密封很快就會失效。實踐證明減少支架液壓系統(tǒng)液體的污染雜質(zhì)，是十分困難的，有人曾經(jīng)設(shè)想在乳化液泵站采用高壓過濾器，同時在每臺支架進(jìn)口處增加小型過濾器。但在工作中很快被堵塞，形成斷流[16]。b.液壓閥密封材料的歷史及現(xiàn)狀閥芯和閥座接觸面的泄漏，是工作液體分子擠入的結(jié)果。影響密封效果的主要原因是閥芯和閥座的接觸比壓、不平度及壓差。當(dāng)閥芯與閥座的接合面以P力壓緊，工作液體分子以F力擠入，密封材料會產(chǎn)生彈性變形。如果密封副總抗力大于分子斥力，則密封有效，否則就會形成泄漏。3.3液壓支架液壓原理圖支架液壓原理圖如圖3.3所示：圖3.3液壓支架液壓原理圖圖3.3液壓支架液壓原理圖3.4液壓支架的控制方式3.4.1手動控制 a．全流量控制全流量控制目前是支架的基本控制方式。它使用全流量操縱閥，根據(jù)操作人員的要求，直接向液壓缸工作腔輸入壓力液，實現(xiàn)支架的各個動作。在采取鄰架控制時的全流量控制系統(tǒng)，過架管路除了主管路外，還有許多控制管路因而行人不便，系統(tǒng)可靠性不高，維護(hù)工作量大。b．先導(dǎo)液壓控制先導(dǎo)液壓控制近年來在支架液壓控制系統(tǒng)中發(fā)展很快。它是通過先導(dǎo)液壓操縱閥將操作人員的命令變成液壓指令，再由液控分配閥完成向液壓缸工作腔供給壓力的任務(wù)。因為先導(dǎo)控制需要傳輸?shù)牟皇橇髁慷且簤海韵葘?dǎo)控制管可以做的很細(xì)小，于是必須過架的許多先導(dǎo)控制管可以用一根直徑不大的多芯管來代替，并且簡化了支架在井下工作面的安裝，系統(tǒng)可靠性增加[17]。3.4.2自動控制手動控制的操作速度受到人員在工作面行走速度限制。特別是在薄煤層工作中，操作人員花費(fèi)在從一個支架行走到另一個支架的時間較長，體力消耗也很大。因此，手動控制液壓支架使高效采煤機(jī)械的工作能力不能充分發(fā)揮出來。所以，研制和開發(fā)自動控制系統(tǒng)是液壓支架進(jìn)一步發(fā)展的方向之一。液壓支架的自動控制大部分都處于試驗階段。這是因為地下工作條件復(fù)雜多變，在工作條件的監(jiān)控方面，在人機(jī)之間和采煤機(jī)與支架之間的完善聯(lián)系還有大量工作要做?？偟内厔菔遣捎脦в须娔X控制的電液先導(dǎo)液壓控制系統(tǒng)。分配閥多采用安全火花型電液控制分配閥，監(jiān)控裝置多轉(zhuǎn)換成電信號輸入電腦指令系統(tǒng)。3.5液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、保養(yǎng) 3.5.1安裝液壓系統(tǒng)的安裝是液壓系統(tǒng)能否正常可運(yùn)行的一個重要環(huán)節(jié)。a.安裝人員液壓傳動系統(tǒng)雖然與機(jī)械傳動系統(tǒng)有大量相似之處，但是液壓傳動系統(tǒng)確實有它的特性。經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，并有一定安裝經(jīng)驗的人員才能從事液壓系統(tǒng)的安裝。b.審查液壓系統(tǒng)主要是審查該項設(shè)計能否達(dá)到預(yù)期的工作目標(biāo)，能否實現(xiàn)機(jī)器的動作和達(dá)到各項性能指標(biāo)。安裝工藝有無實現(xiàn)的可能。全面了解設(shè)計總體各部分的組成，深入地了解各部分所起的作用。審查的主要內(nèi)容包含以下幾點：(1)審查液壓系統(tǒng)的設(shè)計(2)鑒定液壓系統(tǒng)原理圖的合理性(3)評價系統(tǒng)的制造工藝水平(4)檢查并確認(rèn)液壓系統(tǒng)的凈化程度(5)液壓系統(tǒng)零部件的確認(rèn)c.安裝前的技術(shù)準(zhǔn)備工作液壓系統(tǒng)在安裝前，應(yīng)按照有關(guān)技術(shù)資料做好各項準(zhǔn)備工作。(1)技術(shù)資料的準(zhǔn)備與熟悉液壓系統(tǒng)原理圖、電氣原理圖、管道布置圖、液壓元件、輔件、管件清單和有關(guān)元件樣本等，這些資料都應(yīng)準(zhǔn)備齊全，以便工程技術(shù)人員對具體內(nèi)容和技術(shù)要求逐項熟悉和研究。(2)物資準(zhǔn)備按照液壓系統(tǒng)圖和液壓件清單，核對液壓件的數(shù)量，確認(rèn)所有液壓元件的質(zhì)量狀況。尤其要嚴(yán)格檢查壓力表的質(zhì)量，查明壓力表交驗日期，對檢驗時間過長的壓力表要重新進(jìn)行校驗，確保準(zhǔn)確可靠[18]。（3）質(zhì)量檢查液壓元件在運(yùn)輸或庫存過程中極易被污染和銹蝕，庫存時間過長會使液壓元件中的密封件老化而喪失密封性，有些液壓元件由于加工及裝配質(zhì)量不良使性能不可，所以必須對元件進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查。a.液壓元件質(zhì)量檢查(1)各類液壓元件型號必須與元件清單一致(2)要查明液壓元件保管時間是否過長，或保管環(huán)境不合要求，應(yīng)注意液壓元件內(nèi)部密封件老化程度，必要時要進(jìn)行拆洗、更換、并進(jìn)行性能測試。(3)每個液壓元件上的調(diào)整螺釘、調(diào)節(jié)手輪、鎖緊螺母等都要完整無損。(4)液壓元件所附帶的密封件表面質(zhì)量應(yīng)符合要求、否則應(yīng)予更換。(5)板式連接元件連接平面不準(zhǔn)有缺陷。安裝密封件的溝槽尺寸加工精度要符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。(6)管式連接元件的連接螺紋口不準(zhǔn)有破損和活扣現(xiàn)象。(7)板式閥安裝底板的連接平面不準(zhǔn)有凹凸不平缺陷，連接螺紋不準(zhǔn)有破損和活扣現(xiàn)象。(8)將通油口堵塞取下，檢查元件內(nèi)部是否清潔。(9)檢查電磁閥中的電磁鐵芯及外表質(zhì)量，若有異常不準(zhǔn)使用。(10)各液壓元件上的附件必須齊全。b.液壓輔件質(zhì)量檢查(1)油箱要達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求。油箱上附件必須齊全。箱內(nèi)部不準(zhǔn)有銹蝕，裝油前油箱內(nèi)部一定要清洗干凈。(2)所領(lǐng)用的濾油器型號規(guī)格與設(shè)計要求必須一致，確認(rèn)濾芯精度等級，濾芯不得有缺陷，連接螺口不準(zhǔn)有破損，所帶附件必須齊全。(3)各種密封件外觀質(zhì)量要符合要求，并查明所領(lǐng)密封件保管期限。有異?；虮９芷谙捱^長的密封件不準(zhǔn)使用。(4)蓄能器質(zhì)量要符合要求，所帶附件要齊全。查明保管期限，對存放過長的蓄能器要嚴(yán)格檢查質(zhì)量，不符合技術(shù)指標(biāo)和使用要求的蓄能器不準(zhǔn)使用。(5)空氣濾清器用于過濾空氣中的粉塵，通氣阻力不能太大，保證箱內(nèi)壓力為大氣壓。所以空氣濾清器要有足夠大的通過空氣的能力。(6)管子和接頭質(zhì)量檢查(7)管子的材料、通徑、壁厚和接頭的型號規(guī)格及加工質(zhì)量都要符合設(shè)計要求。c.液壓管道的安裝要求液壓管道安裝是液壓設(shè)備安裝的一項主要工程。管道安裝質(zhì)量的好壞是關(guān)系到液壓系統(tǒng)工作性能是否正常的關(guān)鍵之一。(1)布管設(shè)計和配管時都應(yīng)先根據(jù)液壓原理圖，對所需連接的組件、液壓元件、管接頭、法蘭作一個通盤的考慮。(2)管道的敷設(shè)排列和走向應(yīng)整齊一致，層次分明。盡量采用水平或垂直布管，水平管道的不平行度應(yīng)≤2/1000；垂直管道的不垂直度應(yīng)≤2/400。用水平儀檢測。(3)平行或交叉的管系之間，應(yīng)有10mm以上的空隙。(4)管道的配置必須使管道、液壓閥和其它元件裝卸、維修方便。系統(tǒng)中任何一段管道或元件應(yīng)盡量能自由拆裝而不影響其它元件。(5)配管時必須使管道有一定的剛性和抗振動能力。應(yīng)適當(dāng)配置管道支架和管夾。彎曲的管子應(yīng)在起彎點附近設(shè)支架或管夾。管道不得與支架或管夾直接焊接。(7)管道的重量不應(yīng)由閥、泵及其它液壓元件和輔件承受；也不應(yīng)由管道支承較重的元件重量。(8)較長的管道必須考慮有效措施以防止溫度變化使管子伸縮而引起的應(yīng)力。(9)使用的管道材質(zhì)必須有明確的原始依據(jù)材料，對于材質(zhì)不明的管子不允許使用。(10)液壓系統(tǒng)管子直徑在50mm以下的可用砂輪切割機(jī)切割。直徑50mm以上的管子一般應(yīng)采用機(jī)械加工方法切割。如用氣割，則必須用機(jī)械加工方法車去因氣割形成的組織變化部分，同時可車出焊接坡口。除回油管外，壓力由管道不允許用滾輪式擠壓切割器切割。管子切割表面必須平整，去除毛刺、氧化皮、熔渣等。切口表面與管子軸線應(yīng)垂直。(11)一條管路由多段管段與配套件組成時應(yīng)依次逐段接管，完成一段，組裝后，再配置其后一段，以避免一次焊完產(chǎn)生累積誤差。(12)為了減少局部壓力損失，管道各段應(yīng)避免斷面的局部急劇擴(kuò)大或縮小以及急劇彎曲。(13)與管接頭或法蘭連接的管子必須是一段直管，即這段管子的軸心線應(yīng)與管接頭、法蘭的軸心是平行、重合。此直線段長度要大于或等于2倍管徑。(14)外徑小于30mm的管子可采用冷彎法。管子外徑在30～50mm時可采用冷彎或熱彎法。管子外徑大于50mm時，一般采用熱彎法。(15)焊接液壓管道的焊工應(yīng)持有有效的高壓管道焊接合格證[19]。(16)焊接工藝的選擇：乙炔氣焊主要用于一般碳鋼管壁厚度小于等于2mm的管子。電弧焊主要用于碳鋼管壁厚大于2mm的管子。管子的焊接最好用氬弧焊。對壁厚大于5mm的管子應(yīng)采用氬弧焊打底，電弧焊填充。必要的場合應(yīng)采用管孔內(nèi)充保護(hù)氣體方法焊接。(17)焊條、焊劑應(yīng)與所焊管材相匹配，其牌號必須有明確的依據(jù)資料，有產(chǎn)品合格證，且在有效使用期內(nèi)。焊條、焊劑在使用前應(yīng)按其產(chǎn)品說明書規(guī)定烘干，并在使用過程中保持干燥，在當(dāng)天使用。焊條藥皮應(yīng)無脫落和顯著裂紋。(18)液壓管道焊接都應(yīng)采用對接焊。焊接前應(yīng)將坡口及其附近寬10～20mm處表面臟物、油跡、水份和銹斑等清除干凈。(19)管道與法蘭的焊接應(yīng)采用對接焊法蘭，不可采用插入式法蘭。(20)管道與管接頭的焊接應(yīng)采用對接焊，不可采用插入式的形式。(21)管道與管道的焊接應(yīng)采用對接焊，不允許用插入式的焊接形式。(22)液壓管道采用對接焊時，焊縫內(nèi)壁必須比管道高出0.3～0.5mm。不允許出現(xiàn)凹入內(nèi)壁的現(xiàn)象。在焊完后，再用銼或手提砂輪把內(nèi)壁中高出的焊縫修平。去除焊渣、毛刺，達(dá)到光潔程度。(23)對接焊焊縫的截面應(yīng)與管子中心線垂直。(24)焊縫截面不允許在轉(zhuǎn)角處，也應(yīng)避免在管道的兩個彎管之間。(25)在焊接配管時，必須先按安裝位置點焊定位，再拆下來焊接，焊后再組裝上整形。(26)在焊接全過程中，應(yīng)防止風(fēng)、雨、雪的侵襲。管道焊接后，對壁厚小于等于5mm的焊縫，應(yīng)在室溫下自然冷卻，不得用強(qiáng)風(fēng)或淋水強(qiáng)迫冷卻。(27)焊縫應(yīng)焊透，外表應(yīng)均勻平整。壓力管道的焊縫應(yīng)抽樣探傷檢查。d.液壓件安裝要求(1)泵的安裝1）在安裝時，油泵、電動機(jī)、支架、底座各元件相互結(jié)合面上必須無銹、無凸出斑點和油漆層。在這些結(jié)合面上應(yīng)涂一薄層防銹油。2）安裝液壓泵、支架和電動機(jī)時，泵與電動機(jī)兩軸之間的同軸度允差，平行度允差應(yīng)符合規(guī)定，或者不大于泵與電動機(jī)之間聯(lián)軸器制造商推薦的同軸度、平行度要求。3）直角支架安裝時，泵支架的支口中心高，允許比電動機(jī)的中心高略高0～0.8mm，這樣在安裝時，調(diào)整泵與電動機(jī)的同軸度時，可只墊高電動機(jī)的底面。允許在電動機(jī)與底座的接觸面之間墊入圖樣未規(guī)定的金屬墊片（墊片數(shù)量不得超過3個，總厚度不大于0.8mm）。一旦調(diào)整好后，電動機(jī)一般不再拆動。必要時只拆動泵支架，而泵支架應(yīng)有定位銷定位。4）調(diào)整完畢后，在泵支架與底板之間鉆、鉸定位銷孔。再裝入聯(lián)軸器的彈性耦合件。然后用手轉(zhuǎn)動聯(lián)軸器，此時，電動機(jī)、泵和聯(lián)軸器都應(yīng)能輕松、平滑地轉(zhuǎn)動，無異常聲響。(2)集成塊的安裝1）閥塊所有各油流通道內(nèi)，尤其是空與孔貫穿交叉處，都必須仔細(xì)去凈毛刺，用探燈伸入到孔中仔細(xì)清除、檢查。閥塊外周及各周棱邊必須倒角去毛刺。加工完畢的閥塊與液壓閥、管接頭、法蘭相貼合的平面上不得留有傷痕，也不得留有劃線的痕跡。2）閥塊加工完畢后必須用防銹清洗液反復(fù)用加壓清洗。各孔流道，尤其是對盲孔應(yīng)特別注意洗凈。清洗槽應(yīng)分粗洗和精洗。清洗后的閥塊，如暫不裝配，應(yīng)立即將各孔口蓋住，可用大幅的膠紙封在孔口上。3）往閥塊上安裝液壓閥時，要核對它們的型號、規(guī)格。各閥都必須有產(chǎn)品合格證，并確認(rèn)其清潔度合格。4）核對所有密封件的規(guī)格、型號、材質(zhì)及出廠日期（應(yīng)在使用期內(nèi)）。5）裝配前再一次檢查閥塊上所有的孔道是否與設(shè)計圖一致、正確。6）檢查所用的連接螺栓的材質(zhì)及強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計要求以及液壓件生產(chǎn)廠規(guī)定的要求。閥塊上各液壓閥的連接螺栓都必須用測力扳手?jǐn)Q緊。擰緊力矩應(yīng)符合液壓閥制造廠的規(guī)定[20]。e.液壓系統(tǒng)清洗液壓系統(tǒng)安裝完畢后，在試車前必須對管道、流道等進(jìn)行循環(huán)清洗。使系統(tǒng)清潔度達(dá)到設(shè)計要求1）清洗液要選用低粘度的專用清洗油，或本系統(tǒng)同牌號的液壓油。2）清洗工作以主管道系統(tǒng)為主。清洗前將溢流閥壓力調(diào)到0.3～0.5MPa，對其它液壓閥的排油回路要在閥的入口處臨時切斷，將主管路連接臨時管路，并使換向閥換向到某一位置，使油路循環(huán)。3）在主回路的回油管處臨時接一個回油過濾器。濾油器的過濾精度，一般液壓系統(tǒng)的不同清洗循環(huán)階段，分別使用30μm、20μm、10μm的濾芯；伺服系統(tǒng)用20μm、10μm、5μm濾芯，分階段分次清洗。清洗后液壓系統(tǒng)必須達(dá)到凈化標(biāo)準(zhǔn)，不達(dá)凈化標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)不準(zhǔn)運(yùn)行。4）復(fù)雜的液壓系統(tǒng)可以按工作區(qū)域分別對各個區(qū)域進(jìn)行清洗。5）清洗后，將清洗油排盡，確認(rèn)清洗油排盡后，才算清洗完畢。6）確認(rèn)液壓系統(tǒng)凈化達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，將臨時管路拆掉，恢復(fù)系統(tǒng)，按要求加油。3.5.2調(diào)試(1)確認(rèn)液壓系統(tǒng)凈化符合標(biāo)準(zhǔn)后，向油箱加入規(guī)定的介質(zhì)。加入介質(zhì)時一定要過濾，濾芯的精度要符合要求，并要經(jīng)過檢測確認(rèn)。(2)檢查液壓系統(tǒng)各部，確認(rèn)安裝合理無誤。(3)向油箱灌油，當(dāng)油液充滿液壓泵后，用手轉(zhuǎn)動聯(lián)軸節(jié)，直至泵的出油口出油并不見氣泡時為止。有泄油口的泵，要向泵殼體中灌滿油。(4)放松并調(diào)整液壓閥的調(diào)節(jié)螺釘，使調(diào)節(jié)壓力值能維持空轉(zhuǎn)即可。調(diào)整好執(zhí)行機(jī)構(gòu)的極限位置，并維持在無負(fù)載狀態(tài)。如有必要，伺服閥、比例閥、蓄能器、壓力傳感器等重要元件應(yīng)臨時與循環(huán)回路脫離。節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥等應(yīng)調(diào)到最大開度。(5)接通電源、點動液壓泵電機(jī)，檢查電源連線是否正確。延長啟動時間，檢查空運(yùn)轉(zhuǎn)有無異常。按說明書規(guī)定的空運(yùn)轉(zhuǎn)時間進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。此時要隨時了解濾油器的濾芯堵塞情況，并注意隨時更換堵塞的濾芯。(5)在空運(yùn)轉(zhuǎn)正常的前提下，進(jìn)行加載試驗，即壓力調(diào)試。加載可以利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)移到終點位置，也可用節(jié)流閥加載，使系統(tǒng)建立起壓力。壓力升高要逐級進(jìn)行，每一級為1MPa，并穩(wěn)壓5分鐘左右。最高試驗調(diào)整壓力應(yīng)按設(shè)計要求的系統(tǒng)額定壓力或按實際工作對象所需的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。(6)壓力試驗過程中出現(xiàn)的故障應(yīng)及時排除。排除故障必須在泄壓后進(jìn)行。若焊縫需要重焊，必須將該件拆下，除凈油污后方可焊接。3.5.3保養(yǎng)(1)按設(shè)計規(guī)定和工作要求，合理調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作壓力與工作速度。壓力閥、調(diào)速閥調(diào)到所要求的數(shù)值時，應(yīng)將調(diào)節(jié)螺釘緊固，防止松動。(2)液壓系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行過程中，要注意油質(zhì)的變化狀況，要定期取樣化驗，若發(fā)現(xiàn)油質(zhì)不符合要求，要進(jìn)行凈化處理或更換新油液。(3)液壓系統(tǒng)油液工作溫度不得過高。(4)為保證電磁閥正常工作，應(yīng)保持電壓穩(wěn)定，其波動值不應(yīng)超過額定電壓的5%～10%。(5)電氣柜、電氣盒、操作臺和指令控制箱等應(yīng)有蓋子或門，不得敞開使用。(6)當(dāng)系統(tǒng)某部位產(chǎn)生異常時，要及時分析原因進(jìn)行處理，不要勉強(qiáng)運(yùn)轉(zhuǎn)。(7)定期檢查冷卻器和加熱器工作性能。(8)經(jīng)常觀察蓄能器工作性能，若發(fā)現(xiàn)氣壓不足或油氣混合，要及時充氣和修理。(9)高壓軟管、密封件要定期更換。(10)主要液壓元件定期進(jìn)行性能測定，實行定期更換維修制。(11)定期檢查潤滑管路是否完好，潤滑元件是否可靠，潤滑油脂量是否達(dá)標(biāo)。(12)檢查所有液壓閥、液壓缸、管件是否有泄漏。(13)檢查液壓泵或馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)是否有異常噪聲。(14)檢查液壓缸運(yùn)動全行程是否正常平穩(wěn)。(15)檢查系統(tǒng)中各測壓點壓力是否在允許范圍內(nèi)，壓力是否穩(wěn)定。(16)檢查系統(tǒng)各部位有無高頻振動。(17)檢查換向閥工作是否靈敏。(18)檢查各限位裝置是否變動。4液壓支架的立柱參數(shù)確定4.1液壓支架的支護(hù)性能與外載荷液壓支架的結(jié)構(gòu)和支架液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架具有完全適應(yīng)頂板變化的性能。采煤機(jī)采過一個截深之后，支架前移一個步距，支護(hù)新暴露出來的頂板。此時，頂板尚無下沉現(xiàn)象，支架以“初撐力”支撐頂板。此后，頂板開始破碎和下沉或斷裂，支架支撐加大，直至立柱下腔壓力達(dá)到安全閥整定值，安全閥釋放，立柱下縮。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。這時立柱以“工作阻力”支護(hù)頂板。隨著頂板壓力不斷加大，立柱就要不斷“讓壓”下縮。為避免立柱完全縮回，支架出現(xiàn)“壓死”現(xiàn)象，采煤工作面的生產(chǎn)循環(huán)英保證在“壓死”前就前移。4.2液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定4.2.1支護(hù)面積支架的支護(hù)面積按下式計算：（㎡）（4.1）式中Fc—支護(hù)面積(㎡),Lg—頂梁長度（m）bc—支架間距（m）（㎡）4.2.2支護(hù)強(qiáng)度支護(hù)強(qiáng)度q=0.56mp=560KN/㎡4.2.3確定立柱的技術(shù)參數(shù)立柱缸體內(nèi)徑按下式進(jìn)行計算：（cm）（4.2）式中—立柱缸體內(nèi)徑（cm），—支架承受的理論支護(hù)阻力（kN），（kN），—每架支架立柱數(shù)，—安全閥調(diào)正壓力，,按產(chǎn)品樣本選取（或參考同類支架選?。?。其中型＝40Mpa；—立柱最大傾角（度），（支架降到最低工作位置時，角最大）。然后再按北京煤礦機(jī)械廠標(biāo)準(zhǔn)（Q/BM327-82）表中標(biāo)準(zhǔn)選取比計算值大的標(biāo)準(zhǔn)值作為內(nèi)徑。再按另一表選擇配合尺寸。已知，并將數(shù)據(jù)，代入式（4.2）得cm支架最大高度和最低位置時立柱兩鉸點之間的距離差為2730mm（幾何作圖測量得），則立柱行程L：L=2730mm4.2.4立柱的初撐力立柱初撐力按下式進(jìn)行計算：()（4.3）式中—泵站額定工作壓力（）減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值。目前國內(nèi)生產(chǎn)的XRB2B型乳化液泵站的額定工作壓力為20MPa和30MPa兩種，一般取31.5MPa作為泵站額定工作壓力。＝25cm，選?。?1.5MPa,并將數(shù)據(jù)代入式（4.3）得＝1561（kN）5液壓支架的強(qiáng)度條件5.1強(qiáng)度條件在液壓支架的研制、試驗過程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度計算是極為必要的。前面的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零部件受力分析和負(fù)荷的計算方法，但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點、外載荷特點以及其使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計算中的強(qiáng)度條件也是有其特殊性的。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及失效形式等為依據(jù)，隨著時間的推移，如果上述諸點有變化，強(qiáng)度條件也必須作相應(yīng)調(diào)整。下面簡單介紹我國液壓支架強(qiáng)度計算中的強(qiáng)度條件：a.強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限計算安全系數(shù)[21]。b.結(jié)構(gòu)件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件：（1）各結(jié)構(gòu)件通常采用15MnVN等普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，并由具有保證厚度的鋼板焊接而成，按手冊中的屈服極限取值。（2）主要銷軸均采用CrMo或40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼，按手冊中的屈服極限取值。（3）活塞桿均采用45號鋼，取屈服極限。結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為：（5.1）式中—危險斷面計算出的最大應(yīng)力，MPa； —許用安全系數(shù)。c.缸體材料采用27SiMn無縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度，強(qiáng)度條件為：（5.2）式中—缸體許用應(yīng)力，MPa；—許用安全系數(shù)，取3.5～4。d.焊條抗拉強(qiáng)度取，其強(qiáng)度條件為：（5.3）式中—計算出的焊縫許用應(yīng)力；—按焊條類型來定。e.許用擠壓應(yīng)力按下式計算：（5.4）5.2液壓支架的強(qiáng)度校核5.2.1立柱缸體強(qiáng)度校核a.缸體壁厚驗算當(dāng)時，按中等壁厚缸體公式進(jìn)行計算：式中：—油缸內(nèi)工作壓力，。C—計入管壁公差及侵蝕的附加代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：安全系數(shù)為：（5.5）式中：——缸體材料為無縫鋼管,代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得:所以，缸體壁厚滿足強(qiáng)度要求。b.缸體與缸底焊縫強(qiáng)度驗算缸體與缸底焊縫強(qiáng)度按下式計算：（5.6）式中：—環(huán)形焊縫內(nèi)徑；—環(huán)形焊縫外徑（缸筒外徑）；—焊接效率；—立柱工作阻力；焊縫抗拉強(qiáng)度：安全系數(shù)為：（5.7）代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：所以，焊縫強(qiáng)度滿足要求。5.2.2立柱穩(wěn)定性計算立柱的穩(wěn)定性條件按下式進(jìn)行驗算：(5.8)式中：——立柱的穩(wěn)定極限力，;——立柱的最大工作阻力，；——活塞桿斷面慣性矩，；——缸體斷面慣性矩，。上述各式中：——活柱直徑；——外缸外徑；——外缸內(nèi)徑；活柱采用45鋼空心桿，端部接小球頭，空心直徑：（5.9）式中：——材料許用應(yīng)力， ——立柱推力，KN；——活柱空心直徑，m。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：d0=179mm但是，為增加剛度，此處取d0=180mm。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：J1=11127cm4；J2=2057cm4。穩(wěn)定條件的適用范圍：式中：——活塞桿端部銷孔至最大撓度處距離，172.5cm；——缸底銷孔至最大撓度處的距離，257.9cm。根據(jù)及查極限力計算圖，可得值，將該值代入式（5.9）可得值。若求出的,立柱滿足穩(wěn)定條件。若，則要重新設(shè)計，可加大活塞桿直徑，加大缸體內(nèi)徑，知道滿足穩(wěn)定條件。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：據(jù)此，查極限阻力計算圖，知：將此值代入式（5.9）,得：Pk=50612kN>P=2266kN所以，設(shè)計的立柱滿足穩(wěn)定性條件。結(jié)論本文粗略介紹了自移式掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計，并對各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了設(shè)計，以及液壓系統(tǒng)原理的設(shè)計；同時對液壓支架進(jìn)行了平面受力分析，對主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了受力分析和部分構(gòu)件的強(qiáng)度校核。由于本人能力和時間有限，在本次設(shè)計過程中并未對該產(chǎn)品進(jìn)行全面的設(shè)計，其中包括各個液壓元件的設(shè)計，管路的布置，頂梁和底座的建模分析等。通過本次設(shè)計，使我熟悉了液壓支架的設(shè)計過程，對所學(xué)知識的應(yīng)用能力也有所提高，同時也讓我切實地意識到自己所學(xué)知識的不足。在以后的工作和學(xué)習(xí)過程中，我會更加努力的完善自己，爭取有更大的進(jìn)步。致謝參考文獻(xiàn)[