普通掩護式液壓支架的設計研究

朱純才

摘 要：普通掩護式支架具有較寬的掩護梁以擋住采空區矸石進入作業空間以及保持穩定的梁端距和承受水平推力等特點，文中對普通掩護式支架分析了液壓支架的選型、液壓系統設計和立柱系統的設計，這一研究對于掩護式液壓支架的推廣應用具有一定的意義。

關鍵詞：掩護式液壓支架 液壓系統 立柱系統

中圖分類號：TN3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-01

1 普通掩護式支架的概述

普通的掩護類型的支架主要由前梁、頂梁、和掩護梁和側護板、底座、前后連桿，立柱、前梁千斤頂、推移千斤頂、控制閥管路等構成。它的結構特點包括：有一個更廣泛的掩護梁阻止采空區矸石到工作空間，掩護梁的頂部與頂梁相接，下部通過連桿和底座連接。底座、前后連桿和掩護梁，構成了四連桿裝置，來穩固確定的梁端距離和承受水平推力。立柱的支撐力直接或間接作用在頂梁上。掩護式支架的立柱是比較稀少的，除掩護類型支架1根立柱外，通常是一橫行2根立柱。這種支架的立柱絕大多數均為傾斜的，目的是增加支柱的范圍，支架的兩側有活動側護板，可以把支架之間位置防空。通常頂梁較短，在3.0 m的范圍內。掩護式支架的支持機能是：支持力較小，切頂機能差，但因為頂梁短，支持力聚集在煤壁靠近頂板附近，因此支持強度相對很大、且均勻，涵蓋性好，能支撐較大的水平推力，可以帶壓力轉變框架，對頂板重復支持的頻率小。但因為頂梁短、立柱傾斜安排，導致工作空間和通風部分小。總之，掩護類型支架適合頂板不穩定或中等穩定，老頂周期性壓力不外露，污染氣體如瓦斯含量較少的被破壞的頂板條件。

1.1 液壓支架的選型

正確挑選液壓支架的型號，有利于提高綜采工作面的產量和效率，充分展現綜采設計的功效，實現多產多效，它是一個非常重要的因素。在具體選擇框架類型時，首先記住要考慮煤層的頂板狀況。然后基于所使用的液壓支架在國內外的經驗，得出相關的頂板條件適用的框架類型或型號。

1.2 液壓系統設計

液壓支架大多數情況下由不同數量的立柱和和千斤頂構成，使用不同的控制閥門實現上升和下降立柱的作用，轉變框架，推動滑動等此類行動。盡管支架的液壓缸（立柱和千斤頂）類別、數目眾多，但其液壓系統都使用控制閥來完成各部理想要求。

液壓支架的液壓傳動特點液壓支架液壓傳動，和其他機械容積式液壓傳動都有很大的差異，其特征如下：工作流體的壓力強（內部的壓力管道承載壓力達20～40 MPa，立柱下部的壓力管道承載壓力達30～70 MPa），流量大（35～400 L/min）；在液壓系統內，使用低粘度和大容量液體作為工作介質，液壓缸，控制閥，其他監管和控制的設備數目多（高壓泵1～6臺、液壓缸300～1500個，安全閥150～300個，和相同數量的液控單向閥）；長液壓管路（20～30 MPa剛性管，30～45 MPa高壓軟管）；泵-液壓缸傳動系統中轉換彈性模量少；根據支架的數量更改流體流動參數；所有支撐結構具有一樣的液壓缸、液壓設備并且他們之間有一致的連接模式（相同的液壓系統）；每段支架都重復類似的過程，這些過程組合構成液壓支架的基本過程，以保證系統具有較高的容積效率，實現沒有故障運行和工作人員的安全，液壓系統零部件有優越的密封性和可靠性。

這些基本特點決定了液壓傳動元件以及整個系統在結構上的特點，即：液壓支架是以單節支架為單元的，這就決定了液壓系統的構成，即工作面支架和端頭支架的液壓系統成為液壓支架的基本組成部分。此外，可以把泵站、中心控制臺和支架的液壓管路等部分作為支架的公用液壓系統。其中每個部分都具有獨立的功能，在改善液壓傳動或者制定新的方案時，一般都可以單獨地加以研究。

根據液壓支架的架型和結構設計，確定立柱和千斤頂數目，并擬訂液壓系統。

1.3 立柱系統設計

（1）單柱控制回路單柱控制回路如圖1a、b、c、d、e所示，其中圖a為單作用單柱，圖b、c為雙作用單柱，圖d、e為雙伸縮單柱。

c

d e

圖1 單柱控制回路

（2）多柱控制回路多柱控制回路如圖2 a、b所示，圖中為兩根立柱并聯組成，同時動作。圖2 a為共用一個控制閥回路，圖b為各用一個控制閥回路，采用雙液控單向閥或用于雙伸縮立柱。

a—共用一個控制閥回路；b—各用一個控制閥回路

圖2 多柱控制回路

（3）帶壓移架回路在立柱控制閥前面裝設一個由移架液路控制的支撐保持閥和一個與立柱活塞桿腔液路相通的節流閥，可使支架帶壓移架，設計時應考慮在移架時，支架對頂板的支撐力應大于10 KN/m2

（4）端頭錨固支架的閉鎖回路端頭錨固支架的閉鎖回路，各柱升柱時，相互沒有關系。而當樁柱升柱時，錨固柱必須處于升柱撐緊狀態；反之，當錨固柱降柱時，樁柱的液路壓力要達到一定值，否則液壓打不開限壓閥，不能進入樁柱或錨固柱的活塞桿腔，樁柱或錨固柱就降不下來，從而可以起到相互閉鎖的作用。

（5）提高立柱支撐力的回路提高立柱支撐力的回路采用兩條壓力液管路，一條為中壓大流量供液管，另一條是高壓小流量供液管。在立柱的初撐階段，先由兩條壓力液管路共同供液，待頂梁支撐頂板，立柱活塞腔的液壓力大于中壓液管的壓力，單向閥關閉，由高壓小流量管路繼續供液，直至達到預定的初撐力

2 結語

文中分析的相關掩護式液壓支架的設計，只是作為設計分析應用的參考依據真正進行應用時，還需要進行更全面的參數計算與模擬，才能真正達到設計目的。

參考文獻：

[1] 劉鴻文主編.材料力學[M].4版.高等教育出版社，2004.

[2] 液壓支架圖冊