第十六章液压支架的工作原理和分类

第十六章液压支架综合机械化采煤工作面

液压支架概述●液压支架以高压乳化液为动力，用于综采工作面，及时支护顶板，提供安全的工作空间，并可自行前移和推移工作面输送机。●液压支架用于综采工作面，及时支护顶板，提供安全的工作空间，并可自行前移和推移工作面输送机。一、液压支架的用途支架的结构主要包括：顶梁、立柱、底座、掩护梁、操纵控制装置、推移装置和其它辅助装置。二、液压支架的组成结构录像◆液压支架的四个基本动作：升架、降架、移架、推溜★三、液压支架的工作原理及时支护：降—移—升—推（先移架后推溜）滞后支护：推—降—移—升（先推溜后移架）运动仿真●液压支架的工作原理图顶梁立柱底座推移千斤顶立柱安全阀液控单向阀操纵阀2操纵阀1输送机升降推移高压液体低压液体（一）支架的升降1、初撑急增阻阶段2、承载缓增阻阶段3、承载恒阻阶段4、卸载降柱（二）支架的推移（一）支架的升降顶梁立柱底座推移千斤顶立柱安全阀液控单向阀操纵阀2输送机操纵阀1升降推移高压液体低压液体1、初撑急增阻阶段（一）支架的升降★初撑力:——由泵站压力决定的支架对顶板的最初支撑能力。(以液控单向阀的关闭为界限）1、初撑急增阻阶段：——从顶梁接触顶板达到初撑力的阶段。——大小取决于泵站工作压力、立柱缸径和立柱数。◆初撑力作用（提高初撑力的意义）：①较大的初撑力能较快达到工作阻力。②较大的初撑力能防止顶板过早地因下沉而离层，减缓顶板的下沉速度，增加其稳定性。◆初撑力返回题目由液控单向阀封闭立柱下腔，操纵阀打回中位。2、承载缓增阻阶段：顶梁立柱底座立柱安全阀液控单向阀操纵阀2输送机操纵阀1升降推移高压液体低压液体推移千斤顶返回题目●工作阻力:由支架安全阀决定的支架对顶板的最大支撑能力。3、承载恒阻阶段：顶梁立柱底座立柱安全阀液控单向阀操纵阀2输送机操纵阀1升降推移高压液体低压液体推移千斤顶返回题目4、卸载降柱（移架前）顶梁立柱底座立柱安全阀液控单向阀操纵阀2输送机操纵阀1升降推移高压液体低压液体推移千斤顶●支架的升降工作特性分析：◆支架的支撑能力和支撑高度主要取决于立柱的性能及结构◆增阻性主要取决于液控单向阀和立柱的密封性能◆恒阻性主要由安全阀来实现和保证一柱三阀立柱操纵阀液控单向阀安全阀控制阀●支架的性能分析返回题目1、移架——支架以输送机为支点前移（先卸载降柱）顶梁立柱底座推移千斤顶立柱安全阀液控单向阀操纵阀1输送机升降操纵阀2推移高压液体低压液体（二）支架的推移2、推溜——输送机以支架为支点推向煤壁（先升柱）顶梁立柱底座推移千斤顶立柱安全阀液控单向阀操纵阀1输送机升降操纵阀2推

移高压液体低压液体（二）支架的推移●液压支架按其对顶扳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。四、液压支架的分类（一）支撑式支架由顶梁、立柱、底座、推移装置和挡矸装置等组成。◆特点及适用条件⑴无掩护梁，设复位装置和挡矸装置。⑵顶梁较长，立柱数较多，且垂直布置。1、结构特点：●适用于缓倾斜、顶板稳定的薄或中厚煤层。2、支护性能:①支撑力大．切顶性能好。②重复支撑次数多，抗水平载荷的能力差，稳定性差。★3、适用条件：③工作空间和通风断面大。★

（二）掩护式支架由顶梁、掩护梁、立柱、底座、前后连杆、推移装置等组成。★特点及适用条件①有掩护梁，有四连杆机构。②顶梁较短，立柱数较少，且倾斜布置。③两侧有侧护板，实现架间密封。1、结构特点：●适用于直接顶中等稳定以下、顶板周期来压不强烈的工作面。（即顶板破碎的工作面）2、支护性能:①支撑力较小．切顶性能差。③支护强度较大，掩护性好，能承受较大的水平推力。3、适用条件：④工作空间和通风断面小。②对顶板反复支撑的次数少。（三）支撑掩护式支架1—护帮千斤顶2—前梁3—前梁千斤顶4—侧推千斤顶5—顶梁6—掩护梁7—底座8—立柱9—推移装置10—连杆11—护帮板12—侧护板支撑掩护式支架的典型结构★特点及适用条件◆有掩护梁，有四连杆机构。1、结构特点：结构上结合以上两种的优点◆顶梁较长，立柱数较多，且倾斜布置，但倾斜度小，故支撑效率高。●适用于适用于直接顶中等稳定、稳定和坚硬，周期来压强烈的工作面。2、支护性能:①支撑力在顶梁后部，切顶性能好。3、适用条件：②工作阻力和支护强度高，工作空间和通风断面大。③

调高范围较小，适应煤层厚度的变化能力和移架速度不如掩护式液压支架。液压支架全部型号的命名分为三部分，第一部分为产品类型代号及特征代号，用大写汉语拼音字母表示；第二部分为液压支架主参数代号，用阿拉伯数字表示；第三部分为液压支架补充特征代号及修改序号，用阿拉伯数字与汉语拼音字母表示。五、液压支架产品型号的命名及意义□□□□□□

修改序号

补充特征代号

主参数代号液压支架工作阻力，kN液压支架最小高度，dm液压支架最大高度，dm

第二特征代号

第一特征代号

产品类型代号例ZY8400/24/50D型掩护式支架ZY86002450D

电液控制液压支架最大高度，50dm液压支架最小高度，24dm液压支架工作阻力，8600kN掩护式液压支架◆较大的初撑力能使支架较快达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性。（一）初撑力六、液压支架的参数

式中PC——支架的初撑力，kN；

D——立柱的缸径，mm；

pb——泵站的工作压力，MPa；

Z——支架的立柱数；（二）支护强度支护强度：支架有效工作作阻力与支护面积F之比。

L——支架顶粱长度，m；

C——梁端距，m；

B——支架顶粱宽度，m；

K1——架间距，m。A——支架中心距，m。

（二）支护强度K1——作用于支架上的顶板岩石系数，一般取5～8。顶板条件好、周期来压不明显时取下限，否则取上限；

H——采高，m；

ρ——顶板岩石密度，一般取2.5×103kg／m3。放顶煤支架的支护强度一般为0.5MPa～0.7MPa。

（三）工作阻力

式中P——支架的工作阻力，kN；Pa——支架安全阀的动作压力，MPa；Mmax、Mmin——煤层最大、最小采高，m；

S1——伪顶冒落的最大厚度，一般取0.2m～0.3m；

S2——顶板周期来压时的最大下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、底座下的浮矸、浮煤厚度之和，一般取0.25m～0.35m。支架最大结构高度支架最小结构高度（四）支架高度支架的伸缩比带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱，其Ks值一般为2.5左右。（五）中心距和宽度◆支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。目前支架中心距大部分采用1.5m,可采用1.75m或2.05m。◆支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。——如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度取1150～1180mm，最大宽度取1320～1350mm；如果顶梁不带活动侧护板，则宽度一般取1150～1200mm。——支架底座宽度一般为1.1m～1.2m，厚煤层支架可加大到1.3m左右。（六）梁端距和顶梁长度◆

梁端距指移架后顶粱端部至煤壁的距离。◆梁端距是考虑由于工作面顶板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，为避免割顶梁而留的安全距离。支架高度越大，梁端距也应越大。◆顶梁长度受支架型式、配套采煤机截深(滚筒宽度)、刮板输送机尺小、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护方式等因素的制约。◆减小顶梁长度，有利于减小控顶面积．增大支护强度，减少顶板反复支撑次数。七、液压支架的主要部件及结构液压支架由架体、工作机构、液控系统和辅助装置四部分构成。（一）架体●顶梁——主要承载部件之一1、功能：实现支撑和管理顶板。2、结构类型:结构展示1）整体刚性顶梁——接顶不理想，对顶板不平性适应能力差。多用于顶板平整、稳定、很少片帮的工作面。——包括前梁和后梁。接顶性能力好，近煤壁支撑好。2）铰接分体顶梁3）伸缩顶梁——套入可伸缩的梁。可实现超前支护，防止片帮。整体顶梁带伸缩梁和两级护帮板超前支护展示●底座1、功能：①传递顶板压力.②组成四连杆机构.③与推移机构相连，实现推移。2、结构型式:1）整体刚性底座●中挡前部有高度50～100mm小箱形结构，中挡后部上方为箱形结构，推移千斤顶安装在箱形体下。立柱柱窝前设计过桥，提高底座整体刚性和抗扭能力。●底部封闭，整体性好，强度高，稳定性好，与底板的接触面积大，对底板比压小2）分体刚性底座(底分式刚性底座)——应用较多●左右对称，上部固定连接，不封闭，排矸性能好，适用于各类支架。但稳定性差。●底分式刚性底座中挡底板分体，推移装置处的浮煤、碎矸可随支架移架从后端排到采空区，不需人工清理，但底座接底面积减少，对底板比压增大。●高产高效工作面液压支架一般采用分体刚性底座(底分式刚性底座)。3）分底式底座

●前后两半座箱在中部用销铀或弹簧钢板连接为一整体。对不平底板适应性好，排矸性能好，但稳定性差。●掩护梁与前后连杆、底座组成四连杆机构，承受支架的水平分力。隔离采空区，阻止冒落矸石，承受冲击载荷。1、功能：1）整体直线型2）整体折线型

整体性好，强度大，应用广泛。

增大工作空间，但支架歪斜时架间密封性差。2、结构型式:●连杆◆四连杆机构的作用：1、功能：②使梁端距近似保持不变(双纽线机构)。——与掩护梁、底座组成四连杆机构①承受支架的水平分力。（侧向力和扭转力矩）②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（增大支架的有效利用空间）。2、结构形式①前、后连杆都为单杆式；（二）工作机构●立柱1、功能：——支架承载并实现升降动作的主要液压元件。2、结构型式:1）单伸缩立柱●一级行程，调高范围小。●球面结构可适应支撑高度的变化和顶板的不平整状况。2）单伸缩带机械加长杆立柱●液压行程＋机械行程，调高范围大。3）双伸缩立柱：●两级液压行程，调高范围大。◆补充：双伸缩立柱工作原理a—升柱b—承载c—降柱三伸缩立柱（二）千斤顶1、功能：完成支架及其各部位动作、承载的液压元件。●千斤顶1、功能：完成支架及其各部位动作、承载的液压元件。2、按用途分类：调架千斤顶、伸缩梁千斤顶、护帮千斤顶等。推移千斤顶、前梁千斤顶、平衡千斤顶、侧推千斤顶、防滑千斤顶、防倒千斤顶、液压支架前梁千斤顶

液压支架推移千斤顶

液压支架护帮千斤顶

液压支架推溜千斤顶

液压支架平衡千斤顶

（三）液控系统包括操纵阀、控制阀和辅助阀。1、液控单向阀控制立柱与千斤顶工作腔的液流方向，并闭锁工作腔内的液体。2、安全阀使立柱保持恒定的工作阻力，并起过载保护作用。功能：功能：（三）操纵阀控制各种液压缸的动作。（四）辅助阀用于支架的管路上，使液流接通或断开。功能：功能：支架组装（放顶煤）支架组装（掩护式）组成：推移杆、推移千斤顶和连接头等。（四）辅助装置●推移装置实现支架的自身前移和输送机前推。1、功能：1)推杆式浮动活塞式推移推移可实现移架力>推溜力普通式差动式2、结构型式：2)框架式移推框架支架底座●侧护装置——安装在顶梁和掩护梁侧面防止支架倾倒，调整支架间距。（防倒、调架）2、结构型式：1、功能：消除支架间间隙，防止冒落矸石窜入工作面。（挡矸）移架时起导向作用。（导向）●直角式单侧活动侧护板●直角式双侧可调活动侧护板●折页式单侧活动侧护板。支架展示一侧固定式，一侧活动式。固定侧护板是梁的边筋板，可增加梁体强度，减轻支架重量。适用于倾角较小(<15°)的缓倾斜煤层或水平煤层，挡矸密封性和导向性好。

2．直角式双侧活动侧护板1.直角式单侧活动侧护板◆根据工作面倾角方向，调整一侧固定，另一侧活动，适应性强，用于各种支架。◆固定侧护板在上方，活动的在下方。移架时上方的支架以下方的支架为支点,采用本架操作;反之，则采用邻架（下一架）操作。c下嵌式——下嵌入顶梁体内，不承受顶板压力，侧护板容易伸缩。a上伏式——直接承受顶板或冒落矸石的压力，受载大。b嵌入式——低于梁面，受载小。3、直角式活动侧护板类型4、直角式活动侧护板的控制方式a弹簧式——靠弹簧力伸出与邻架固定侧护板接触，不能自动缩回，不具备调架功能，使用不多。b液压式——通过侧推千斤顶实现伸缩。c混合式——既有弹簧伸出机构，又有侧推千斤顶控制机构，是目前应用较多的一种。活动侧护板在弹簧作用下推出与邻架靠紧实现侧护。侧推千斤顶用于调架。（靠缸体推动）●护帮装置——采高>2.5m，应设置。——设置在顶梁前端或伸缩梁的前部，使用时护帮板（挑梁）推出，支托在煤壁上。支架护帮动作①护帮

正常情况下，护帮板贴紧煤壁，向煤壁施加一个支撑力，防止片帮；或伸进煤壁20－40mm，支护已片帮的煤壁。1、功能：③当移架步距不足时，也能支护煤壁。

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实现超前支护；在支架滞后支护的情况下，利用挑梁实现及时支护。2、结构型式普通翻转式下垂式●防