1、第五章 液壓支架 5-1概述,功用：為了有效地支撐、控制和管理頂板，同時提供足夠的通風斷面，以防止頂板冒落，保護回采面內的機器設備和人員安全生產。 液壓支架是以高壓液體為動力，由液壓缸、液壓控制閥與一些金屬結構件組合而成的支護設備。它使支架的支撐、切頂、移架和推移輸送機等到工序全部實現(xiàn)了機械化。它與滾筒采煤機(或刨煤機)、可彎曲刮板輸送機、轉載機及帶式輸送機等形成了一個有機的整體，可以實現(xiàn)綜采或放頂煤綜采。,5-1概述,分類,按其對頂板的支護方式和結構特點不同，分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三種基本架型。,型號含義,5-1概述,型號含義,5-1概述,型號含義,5-1概述,型號含義,5-1概述,

2、型號含義,5-1概述,型號含義,5-1概述,液壓支架工作原理： 液壓支架的主要動作有升架、降架、推移輸送機和移架。這些動作是利用乳化液泵站提供的高壓液體，通過液壓控制系統(tǒng)控制不同功能的液壓缸來完成的。 每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨立的液壓系統(tǒng)(圖5-3)，其中液控單向閥和安全閥設在本架內，操縱閥可設在本架或鄰架內，前者為本架操作，后者為鄰架操作。,5-3液壓支架工作原理和分類,(一)支架升降,1. 初撐 操縱閥8處于升柱位置，高壓液體經液控單向閥6進入立柱下腔，立柱上腔排液，活柱和頂梁升起支撐頂板。 頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力達到泵站工作壓力，操縱閥置于中位，液控單向閥關

3、閉，立柱下腔液體被封閉支架的初撐階段支架對頂板產生的支撐力稱為初撐力。,5-3液壓支架工作原理和分類,1-頂梁；2-立柱；3-底座；4-推移液壓缸；5-安全閥；6-液控單向閥；7、8-操縱閥；9-輸送機；10-乳化液泵,2. 承載 支架初撐后，進入承載階段。頂板緩慢下沉，頂板對支架的壓力增加，立柱下腔壓力升高支架增阻過程。 下腔壓力超過安全閥5動作壓力高壓液體經安全閥泄出，立柱下縮 立柱下腔液體壓力小于安全閥動作壓力安全閥關閉，立柱工作阻力保持恒定恒阻過程。 支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，由支架安全閥的調定壓力決定。,5-3液壓支架工作原理和分類,3. 卸載 操縱閥8處于降架位置，高壓液體進

4、入立柱上腔，打開液控單向閥6，立柱下腔排液立柱(支架)卸載下降。,支架工作時的支撐力變化分三個階段： 開始升柱至單向閥關閉時的初撐增阻階段t0，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段t1，安全閥出現(xiàn)脈動卸載時的恒阻階段t2，這就是液壓支架的阻力時間特性。,5-3液壓支架工作原理和分類,液壓支架在低于額定工作阻力下工作時，具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用； 在達到額定工作阻力時，具有恒阻性； 為使支架恒定在最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工作阻力下，隨頂板下沉而下縮。 增阻性主要取決于液控單向閥和立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實現(xiàn)安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的

5、三個重要元件。,5-3液壓支架工作原理和分類,液壓支架工作特性曲線,(二)拉架和推溜 支架與輸送機的前移由底座3上的推移千斤頂4完成。 拉架：降柱卸載操縱閥使高壓液體進入推移千斤頂活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把支架拉向煤壁。 推移輸送機：支架支撐頂板，高壓液體進入推移千斤頂活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點，活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。,5-3液壓支架工作原理和分類,二、液壓支架分類,液壓支架按其對頂板的支護方式和結構特點不同，分支撐式、掩護式和支撐掩護式。,5-3液壓支架工作原理和分類,5-3液壓支架工作原理和分類,（一）支撐式支架 支撐式支架的立柱支撐在頂梁與底座之間

6、，沒有掩護梁。支撐式支架按結構分有垛式和節(jié)式兩種。,垛式支架底座為箱式，內裝復位機構，整體前移。一般有兩排或三排立柱，每排立柱有兩根。在主底座上布置四根立柱，構成一穩(wěn)定的支撐垛?？繌臀粰C構扶正立柱,5-3液壓支架工作原理和分類,支架動作過程為：副架支撐頂板，主架降架，利用移架千斤頂以副架為支點通過導向機構導向將主架前移一個步距；然后主架支撐頂板，副架降架，以主架為支點沿導向方向將副架移進一個步距再支撐頂板，從而完成一個工作循環(huán)。,節(jié)式支架(圖4-11b)由兩個以上機械連接的架節(jié)構成，并通過架節(jié)間互相交替移動實現(xiàn)前移。架節(jié)分主架和副架，由千斤頂和導向機構連接。主、副架互為支點依次前移，先行走的為

7、主架，后行走的為副架。,支撐式支架結構特點： 頂梁較長，長度4m左右；立柱多，46根，且垂直支撐；支架后部設復位裝置和擋矸裝置，以平衡水平推力和防止矸石竄入工作空間內。,支撐式支架支護性能： 支撐力大，作用點在支架中后部，切頂性能好；對頂板重復支撐次數(shù)多，易把完整的頂板壓碎；抗水平載荷能力差，穩(wěn)定性差；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架工作空間和通風斷面大。 適應于緩傾斜、頂板穩(wěn)定的薄與中厚煤層。,5-3液壓支架工作原理和分類,(二)掩護式支架 以單排立柱為主要支撐部件并帶有掩護梁的液壓支架。 用于直接頂中等穩(wěn)定以下，頂板周期來壓不強烈的采煤工作面。,根據(jù)立柱布置和支架結構特點，掩護式支架分

8、支掩掩護式支架和支頂掩護式支架。,高位放頂煤液壓支架,5-3液壓支架工作原理和分類,5-3液壓支架工作原理和分類,支掩掩護式支架立柱通過掩護梁對頂板進行間接支撐，支架的支撐效率低，頂梁短，控頂距??； 多數(shù)在頂梁與掩護梁之間設有平衡千斤頂，少數(shù)支架只設機械限位裝置； 頂梁后部與掩護梁構成的“三角帶”易卡進矸石，影響頂梁擺動，一般在頂梁后端掛有擋板，作業(yè)空間狹窄，通風面積??； 采用整體剛性底座；,5-3液壓支架工作原理和分類,支頂掩護式支架立柱支撐在頂梁上。立柱經過頂梁直接對頂板進行支撐，支撐效率高， 頂梁比支掩掩護式支架長，頂梁后端與掩護梁鉸接，作業(yè)空間和通風斷面均大于支掩掩護式支架； 頂梁和掩

9、護梁側面都裝有活動側護板，擋矸性能好。 多數(shù)支架將平衡千斤頂設在頂梁與掩護梁之間，少數(shù)支架將平衡千斤頂設在底座與掩護梁之間； 支架底座前端對底板比壓較大；,掩護式支架結構特點： 掩護梁較寬以擋住采空區(qū)的矸石進入作業(yè)空間，掩護梁上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接，形成四連桿機構。 雙紐線機構以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。 立柱支撐力間接作用于頂梁或直接作用于頂梁上。 掩護式支架立柱較少，且傾斜布置，以增加支架調高范圍， 支架兩側有活動側護板，可以把架間密封。 頂梁較短，一般在3.0m左右。,掩護式支架支護性能： 支撐力較小，切頂性能差，由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，支護強

10、度較大、均勻，掩護性好，能承受較大水平推力，對頂板反復支撐次數(shù)少，能帶壓移架。 頂梁短，立柱傾斜布置，作業(yè)空間和通風斷面小。,5-3液壓支架工作原理和分類,(三)支撐掩護式支架 在支撐式和掩護式架型基礎上發(fā)展，兼有這兩種架型的主要技術特征。 適用于直接頂中等穩(wěn)定、穩(wěn)定和堅硬，周期壓力強烈，底板軟硬均可，煤層傾角一般不大于25o，煤層厚度14.5m，沼氣涌出量適中的采煤工作面。,根據(jù)支架的結構特點分支頂支撐掩護式和支頂支掩支撐掩護式。,5-3液壓支架工作原理和分類,支撐掩護式液壓支架技術性能： 頂梁長，有整體剛性和分體鉸接；有些帶外伸或內伸的伸縮梁。 多數(shù)支架有雙人行通道，通風斷面大； 支撐合力

11、在頂梁后部，切頂能力強； 底座為整體結構，有底封式和底開式； 立柱傾斜度小，支撐效率高，調高范圍較小，適應煤層厚度的變化能力不如掩護式液壓支架； 前后排立柱受載經常不均，在同樣煤層地質條件下要求其工作阻力和支護強度應高于掩護式液壓支架； 液壓系統(tǒng)中動力缸和控制元件多，操作較復雜，影響移架速度。,5-3液壓支架工作原理和分類,5-3液壓支架工作原理和分類,支頂支撐掩護式支架的兩排立柱都支撐在頂梁上，按其立柱布置及架體結構型式的不同分為一般型、V型、X型、單擺桿型和短尾型等。,5-3液壓支架工作原理和分類,一般型支架：前排立柱向前傾斜，后排立柱近于直立的支架。支撐效率高，調高范圍較小，適用面廣，是

12、使用最普遍的支撐掩護式支架。 V型支架：前排立柱向前傾斜，后排立柱向后傾斜，呈V型布置的支架。立柱傾斜較大，傾角相同，增大了支架調高范圍，增強了適應煤層厚度變化和對頂板載荷的適應能力，但前、后排立柱在底座上的距離減小，影響行人和運送物料。 X型支架：前排立柱向后傾斜，后排立柱向前傾斜，呈X形交叉布置的支架。傾斜度大，支架調高范圍增加得多，頂梁和底座較短，但總體結構復雜，使用數(shù)量不多。V型和X型支架適用于厚度變化較大的薄及中厚煤層。,5-3液壓支架工作原理和分類,單擺桿型支架：頂梁與掩護梁為一體，掩護梁較短，與底座之間用一個擺桿連接的支架。支架升降時頂梁端部的運動軌跡為圓弧形，較四連桿機構運動軌

13、跡的水平位移量大，使端面距變化增加。這種支架的總體結構簡單，重量輕，但調高范圍小，適用于煤層厚度變化小的中厚煤層采煤工作面。 短尾型支架；掩護梁陡立，較短，與頂梁連接的銷軸進入頂梁后部，使掩護梁的上方受到頂梁后部保護的支架。采用四連桿穩(wěn)定機構，前連桿為單件，深入到后排立柱中間，后連桿靠近后排立柱，前、后連桿都較短，使掩護梁陡立，向采空區(qū)伸出較少，減輕了冒落矸石的沖砸力。頂梁活動側護板多為鉸接擺動式。短尾式支架的工作阻力和重量都較大，適用于頂板堅硬、來壓強烈、冒落矸石塊度大的采煤工作面。,5-3液壓支架工作原理和分類,支頂支掩支撐掩護式支架的前排立柱支撐頂梁，后排立柱支撐掩護梁。支架結構單一，前

14、排立柱向前傾，后排立柱向后傾且工作阻力多小于前排，柱頭與柱底用直通銷軸連接于掩護梁與底座之間。頂梁與底座較支頂支撐掩護式的短，結構較緊湊，整體剛性好，支撐合力更靠近頂梁后部。底座前端比壓小，便于移架和更適用于較軟的底板。,液壓支架的選擇主要取決于頂板條件和地質條件，在具體的液壓支架選型時，必須考慮的主要因素有如下幾點：,5-3液壓支架工作原理和分類,三、液壓支架的選用,1煤層厚度 （1）厚度2.5m，頂板有側身推力或水平推力時，應選用抗扭能力強的支架，一般不宜用支撐式支架。 （2）厚度達到2.5m2.8m以下時，需要選擇帶有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。 （3）煤層厚度變化大時，應選擇調高

15、范圍較大的掩護式，帶有機械加長桿或雙伸縮立柱的支架。 （4）假頂分層開采，應選用掩護式支架。,5-3液壓支架工作原理和分類,2煤層傾角 （1）傾角在1015（支撐式支架取下限，掩護式支架和支撐掩護式支架取上限）以上時，應選用帶有防滑裝置的支架 （2）傾角在18以上時，應選用同時帶防滑、防倒裝置的支架。 3底板強度 （1）對所選支架進行比壓驗算，應使支架底座對底板的比壓不超過底板的允許比壓。 （2）為使移架容易，設計時要使支架底座前部比后部的比壓小。,5-3液壓支架工作原理和分類,4瓦斯含量 對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風斷面應滿足通風的要求，選用通風斷面較大的支撐式或支撐掩護式支架。 5

16、地質構造 斷層十分發(fā)育，煤層厚度變化過大，頂板的允許暴露面積和時間在58m2，和20min以下時，暫不宜使用綜采。 從有利于改善支架與圍巖適應性方面，MT554-1996采煤工作面頂板分類的附件中提出了液壓支架選型的建議，見表5-4所示。,5-3液壓支架工作原理和分類,5-4液壓支架結構,（一）、液壓支架的組成及主要部件結構 根據(jù)各部件的功能和作用，其組成可分為四部分： （1）承載結構件，如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受頂板和垮落巖石的載荷。 （2）液壓缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是通過液壓動力實現(xiàn)支架的各種動作。 （3）控制元部件，包括操縱閥、單向閥、安全閥等各類

17、閥件，以及管路、液壓、電控元件。其主要功能是操作控制支架各液壓缸動作及工作特性。 （4）輔助裝置，如推移裝置、護幫(或挑梁)裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動側護板、防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。,5-4液壓支架結構,液壓支架總體結構圖 1-護幫板；2-護幫千斤頂；3-前梁；4-頂梁；5-前梁千斤頂； 6-立柱；7-頂梁側護板；8-掩護梁側護板；9-掩護梁； 10-前連桿；11-后連桿；12-底座；13-推移液壓缸；14-推桿,一、頂梁 頂梁形式：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結構頂梁。 鉸接頂梁的前段稱為前梁，后段為主梁，簡稱頂梁。,1整體頂梁,

18、整體頂梁結構簡單，可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強；前端支撐力較大；可設置全長側護板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護效果，減少架間漏矸。為改善接頂效果和補償焊接變形，整體頂梁前端(8001000mm)一般上翹13o 。,5-4液壓支架結構,2鉸接式頂梁,1-前梁 2-前梁千斤 3-頂梁,在前梁千斤頂2的推拉下，前梁1上下擺動，對不平頂板的適應性強。運輸時將前梁放下與頂梁垂直，以減小運輸尺寸。 前梁千斤頂必須有足夠的支撐力和連接強度，前梁上不宜設置側護板。為順利移架，前梁間一般留有100150 mm間隙，增加了破碎頂板漏矸的可能性。,5-4液壓支架結構,根據(jù)頂板條件和使用要求，頂梁可設置伸

19、縮梁。一般整體頂梁只能設置內伸式伸縮梁。在鉸接頂梁的前梁上可設置內伸縮式(亦稱潛入式)伸縮梁，或設置外伸式(亦稱手套式)伸縮梁。,5-4液壓支架結構,伸縮梁一般是為了實現(xiàn)超前支護而設置的，其伸縮值為600800mm。內伸式伸縮梁，結構可靠性好，但接頂效果較差。外伸式伸縮梁，接頂效果好，但結構可靠性較差，易變形。也可采用內伸和外伸相結合的結構形式。,5-4液壓支架結構,5-4液壓支架結構,二 掩護梁,1 功用 隔離采空區(qū)，掩護工作空間，防止采空區(qū)冒落的矸石進入工作面； 同時承受采空區(qū)部分冒落矸石的縱向載荷以及頂板來壓時作用在支架上的橫向載荷； 當頂板不平整或者支架傾斜時，掩護梁還將承受扭轉載荷。

20、,2 結構： 掩護梁是鋼板焊接的箱式結構。,5-4液壓支架結構,圖5-13掩護梁的不同結構型式,1折線型掩護梁 梁體較長，立柱支撐在掩護梁上，梁前端鉸接較短的頂梁（如圖5-13 a）。 特點：掩護梁承載能力大，掩護面積大，只用于掩護式支架。折線型掩護梁的工業(yè)性差，當支架歪斜時，架間密封性差。,a,b,5-4液壓支架結構,2直線型掩護梁 與其鉸接的頂梁較長，在頂梁和掩護梁之間要設限位千斤頂或者平衡千斤頂。 特點：掩護梁結構簡單、工藝性好，易于加工和運輸，所以，多數(shù)支架采用此種型式的掩護梁 （圖5-13 b）。,3.分類 掩護梁又可分為整體式和對分式兩種。 整體式強度高，穩(wěn)定性好； 對分式構件小，

21、易于加工、運輸和安裝。,圖5-13掩護梁的不同結構型式,a,b,5-4液壓支架結構,三 底座,底座是將支架承受的頂板壓力傳至底板并穩(wěn)固支架的承載部件，也是構成四連桿機構的桿件之一。 要求底座應具有足夠的強度和剛度，對底板的起伏不平的適應性要強，對底板的平均接觸比壓要小，要有一定的重量和面積來保證支架的穩(wěn)定性，同時還要有一定的排矸能力。 支架底座常用形式有3種，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座，其中鉸接分體底座已較少采用。各種形式的底座前端均做成滑橇形，可減小支架的移動阻力，避免移架時出現(xiàn)啃底現(xiàn)象。底座與立柱均采用球面接觸，并用限位板或銷軸限位，以防止因立柱偏斜而受到橫向載荷，或防止

22、支架在升降過程中立柱脫出柱窩。,5-4液壓支架結構,圖5-14 底座形式,a整體剛性底座,b 底分式剛性底座,整體剛性底座整體剛度和強度好，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓，但推移機構處易積存浮煤碎矸，清理較困難，一般用于軟底板條件下工作面支架。,5-4液壓支架結構,圖5-14 底座形式,a整體剛性底座,b 底分式剛性底座,底分式剛性底座不積存浮煤碎矸，不需人工清理，高產高效工作面液壓支架一般均采用分體剛性底座。但減小了底座接底面積，增大了對底板的比壓。高產高效工作面液壓支架一般均采用底分式剛性底座。,5-4液壓支架結構,四 側護裝置,作用：消除支架間隙，防止頂板破碎矸石落入架下工作空間

23、。 組成：側護板、彈簧筒、側推千斤頂、導向桿和連接銷軸等。 類型：直角式單側活動側護板、直角式雙側可調活動側護板和折頁式單側活動側護板。,5-4液壓支架結構,頂梁側護板高度一般取250500mm，薄煤層支架取下限，大采高支架取上限。掩護梁側護板和后連桿側護板高度一般根據(jù)支架最大高度時，側護板水平尺寸等于移架步距加100200mm搭接量的原則確定。,5-4液壓支架結構,五 推移裝置 推移裝置是液壓支架必備的輔助裝置，負擔著推溜和移架任務。 推移裝置由推移桿、推移液壓缸和連接頭等主要零部件組成 。 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。,5-4液壓支架結構,六 護幫裝置 一般采高超

24、過2.5m，煤層節(jié)理發(fā)育、質軟或頂板壓力較大時，往往會出現(xiàn)煤壁片幫和梁端冒頂，影響綜采效率和工人安全，特別是在破碎頂板、松軟中厚及厚煤層條件下問題更為嚴重，所以需要護幫裝置。 護幫板是提高液壓支架適應性的一種常用裝置，其作用是： 護幫，即通過挑梁(護幫板)貼緊煤壁，向煤壁施加一個支撐力，防止片幫。 作臨時前梁。在支架及時支護的情況下，采煤機過后挑起挑梁可實現(xiàn)超前支護。當煤壁出現(xiàn)片幫時，挑梁可伸入煤壁線以內，臨時維護頂板，避免引發(fā)冒頂。在支架滯后支護的情況下，利用挑梁可實現(xiàn)及時支護；,5-4液壓支架結構,護幫裝置的主要類型有兩類，一類是簡單鉸接式，另一類是四連桿式。 （1）簡單鉸接式 護幫板鉸接

25、在整體頂梁或鉸接式頂梁前梁的前端(有伸縮梁時鉸接在伸縮梁頭上)，千斤頂直接與護幫板相連接。這種形式的護幫板結構簡單，但挑起力矩小，且當頂梁或前梁帶伸縮梁時，厚度較大，難以實現(xiàn)挑起。 （2）四連桿式 四連桿式護幫板(挑梁)與頂梁或前梁的鉸接方式與簡單鉸接式相同，但在千斤頂與護幫板間增加一個四連桿機構，實現(xiàn)護幫和挑起支護頂板，并保證收回到預定的角度。四連桿機構把千斤頂?shù)淖饔昧τ行У貍鬟f到煤壁和頂板上。這種挑梁的挑起力矩大，但結構相對復雜一些。對于厚煤層支架，為了提高護幫高度和增加超前支護面積，挑梁體可采用伸縮式或折疊式結構。,5-4液壓支架結構,七 防滑防倒裝置 當工作面傾角較大時，需要采用防倒防滑裝置來防止支架傾斜和下滑。 防滑防倒裝置是利用裝設在支架上的防滑、防倒千斤頂在調架時產生一定的推力，以防支