支撑掩护式液压支架整体机构设计分析

2018-08-26魏铁锁

机械管理开发 2018年8期

魏铁锁

（山西焦煤集团介休正益煤业有限公司，山西晋中 032000）

引言

近年来，为了满足日益增长的煤炭需求，我国各大煤矿开始提升采煤设备的机械化、自动化水平，特别是在综合机械化采煤工作面版块，而液压支架作为综采面最主要的机械设备，对于提升煤炭采掘效率，确保生产安全，降低劳动成本，具有十分显著的提升作用，不同综采面的顶板条件、煤层倾角、地理环境等不尽相同，对液压支架的技术特性的要求也不同，为了有效地支护和控制顶板，必须因地制宜设计出不同结构尺寸液压支架。

液压支架根据结构类型可分为掩护式、支撑式及支撑掩护式三类[1]，而支撑掩护式支架不仅具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，还兼有切顶性能和防护作用，适于范围更广。

1 支撑掩护式液压支架的结构

液压支架的结构如图1所示。

图1 支撑掩护式液压支架结构示意图

2 液压支架的选型原则

液压支架主要作用是使综采设备能够满足综采面的工作环境，确保投入使用以后能够达到高产、高效、优化管理、最佳效益的有机统一，因此必须根据矿井的实际条进行选择，主要包括以下几个方面[2]：

1）要适合于综采面顶板的实际条件；

2）支撑掩护式支架适用于煤层厚度大于2 800 mm或瓦斯涌出量大的综采面环境；

3）当煤层的倾角小于10°时，支架可不设防倒防滑装置；当在15°～25°之间时，排头支架必须设置防滑装置，当煤层倾角大于25°时，排头的支架须设防倒防滑装置；

4）当煤层为软煤时，支架最大采高需不超过2.5m，当为中硬煤时，支架最大采高一般不超过3.5m，当为硬煤时，支架最大采高应小于5m。

3 液压支架的结构设计理论分析

3.1 支撑掩护式液压支架高度

支撑掩护式液压支架高度的选择，应综合考虑煤炭层的实际厚度、综采面的实际地质情况等各方面的因素来选定，高度的计算方法为：

式中：Hmax、Hmin分别为液压支架的最大、最小高度；hmax、hmin分别为煤层最大、最小采高；S1为考虑煤皮冒落后仍有可靠初撑力所需要的支撑力高度；S2为顶板的最大下沉量；a为液压支架的最大收缩量；δ为浮煤厚度。

3.2 支撑掩护式液压支架的距离

支撑掩护式液压支架的距离实际上是指在邻近的两个液压支架之间的中心距离，通常按如下的计算方式计算：

式中：b为相邻两个支架间的中心距离；B为顶梁的宽度；c为相邻两个支架顶梁之间的缝隙；n为每组的组架或者框架的数量。

因液压支架的推移千斤顶需要与皮带相连，我国标准的皮带溜槽的节长约1 500 mm，故b取1 500mm。

3.3 四连杆机构的选择

四连杆机构是支撑掩护式液压支架的重要组件，其核心作用是当支撑架从高到低运行时，四连杆机构能够使顶梁前部分的运行呈现近似双扭线的轨迹，从而保证支撑架顶梁前部分与煤层之间距离的变化，提高支撑架顶板的工作可靠性[3]，同时也能够增强支撑架承受横向和纵向工作载荷的能力，保证支架结构整体的强度。

3.4 顶梁的设计

顶梁作为与顶板的接触结构，因此要求顶梁具有足够的强度和刚度外，还要具有足够的覆盖率[5]，以保证工作的可靠性，顶梁各配套尺寸的选择可按如下方式进行：顶梁的长度＝[配套的尺寸＋底座的长度＋L1cosθ]－[L cosδ+300]＋掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之间的距离。式中：θ为后连杆与底座平面的夹角；δ为顶梁与掩护梁之间的夹角[4]。

顶梁宽度：顶梁的宽度可以根据支架的间距来选定，顶梁的宽度一般选择为为1 200～1 500mm。

稳定顶板覆盖率δ值为60%～70%，对破碎顶板，覆盖率δ指应达到85%～95%。