左玉堂

（開灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司荊各莊礦業(yè)分公司，河北唐山063000）

煤礦機(jī)械在我國的煤礦開采使用領(lǐng)域中是一個(gè)廣泛的概念，它是專門用于煤礦開采的一種特殊機(jī)械。它的生產(chǎn)在我國有著很重要的作用。根據(jù)筆者多年的工作體會(huì)知道，煤礦機(jī)械是為煤礦企業(yè)提供裝備的設(shè)備，而且屬于專用設(shè)備。就目前來看，煤礦的機(jī)械設(shè)備主要有以下幾種：液壓支架、采煤機(jī)、采掘機(jī)、挖掘機(jī)、刨煤機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等。本文根據(jù)筆者自己在這方面的心得體會(huì)闡述煤礦液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析。

1 煤礦液壓支架的概念及認(rèn)識(shí)

就目前來說，現(xiàn)在的煤礦液壓支架主要是由支柱、底座、頂梁、掩護(hù)梁、前后連桿及擋矸板等組成的，并且是由鋼板焊接成箱體的整體結(jié)構(gòu)。它主要用于水平面和小于等于10度的緩傾斜厚煤層沿底板一次放頂煤采全高開采的長壁綜采工作面，也適用于急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤綜采工作面。

在這里，一方面筆者認(rèn)為煤礦液壓支架是煤礦領(lǐng)域中綜采設(shè)備的重要組成部分。它能可靠而有效地支撐和控制工作面的頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石進(jìn)入回采工作面和推進(jìn)輸送機(jī)。它與采煤機(jī)配套使用，實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化，解決機(jī)械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作的矛盾，進(jìn)一步改善和提高采煤和運(yùn)輸設(shè)備的效能，減輕煤礦工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，最大限度保障煤礦工人的生命安全。

另一方面，煤礦液壓支架是外來物，也就是說我國開始是沒有液壓支架的，國外發(fā)明了這樣一個(gè)煤炭生產(chǎn)的設(shè)備叫“hydraulic supportt”or“powered suppor”，然后才在我國興起，并被礦山企業(yè)稱為液壓支架。

從液壓支架的原文單詞我們可以看出，這主要是做支護(hù)作用的，是利用液壓傳動(dòng)的原理，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)來做頂板支護(hù)作用的一種設(shè)備。它主要作用是支護(hù)頂板，維護(hù)安全作業(yè)的空間等等。

2 煤礦液壓支架的結(jié)構(gòu)

上面已對煤礦液壓支架的概念和認(rèn)識(shí)做了闡述，下面對它的結(jié)構(gòu)做一說明。如果按其組成部分，即其結(jié)構(gòu)為其概念的話，那么我們可以這樣說：煤礦液壓支架是一種以液壓為動(dòng)力，由液壓缸和液壓閥等液壓元件和其他金屬構(gòu)件組成的一種支護(hù)設(shè)備。

如果按照概念意義來說，液壓支架是由以下幾個(gè)部分組成：承載構(gòu)件、執(zhí)行元件、控制、操縱元件和輔助裝置。下面筆者對每個(gè)組成部分做一一概述。

承載構(gòu)件：頂梁、掩護(hù)梁等。頂梁與頂板直接接觸，承受頂板上作業(yè)面巖石的壓力；掩護(hù)梁，阻擋冒落的巖石進(jìn)入工作面，并承受其壓力，從而承受頂板水平推力的部件；底座與底板接觸，傳遞并承受頂板壓力。

控制、操縱元件：操縱閥、隔離閥等各種油缸的控制閥。操縱閥是用來操縱支架各種動(dòng)作的閥，是液壓支架的指揮元件。

執(zhí)行元件：各種千斤頂和立柱。立柱是支撐在頂梁和底座之間或者間接承受頂板負(fù)載的油缸，是液壓支架主要的動(dòng)力習(xí)性元件，它的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和形式?jīng)Q定了支架的支撐力大小和支撐范圍。

輔助裝置：除了以上三種構(gòu)件，剩下的都是輔助裝置。包括推移裝置、復(fù)制裝置、護(hù)幫裝置、防倒（滑）裝置、噴霧照明等等。

但不管怎么來說，煤礦液壓支架是用來控制采煤工作面礦山壓力的結(jié)構(gòu)物。采面礦壓以外載的形式作用在液壓支架上。在液壓支架和采面圍巖相互作用的力學(xué)系統(tǒng)中，若液壓支架的各支承件合力與頂板作用在液壓支架上的外載合力正好同一直線，則該液壓支架對此采面圍巖十分適應(yīng)。

3 煤礦液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與受力分析

這一部分主要從四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；液壓支架平面受力分析；液壓支架空間受力分析等方面加以說明。供同行參考。

3.1 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。在這首先是輸入數(shù)據(jù)。這包括支架的最大高度和最小高度；掩護(hù)梁上L4、L18段的長度。其次是輸出數(shù)據(jù)。這主要包括計(jì)算出四連桿機(jī)構(gòu)的前連桿、后連桿、掩護(hù)梁的長度尺寸及前連桿的的位置坐標(biāo)X3、Y3。

3.2 液壓支架平面受力分析。為了更形象于說明其情況，筆者在此用文字和圖形的方法來加以說明，具體如（圖1）。

從圖1我們不難看出，通過每一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的液壓支架在給定的工作阻力下的受力情況，即能夠計(jì)算給出前后連桿、立柱千斤頂、平衡千斤頂在任意位置的受力情況及底座所承受的比壓。從而可以對比優(yōu)選。

3.3 在AutoCAD下模擬整體支架升降運(yùn)動(dòng)。筆者按照支架參數(shù)切換到“CAD下模擬整體支架升降運(yùn)動(dòng)”程序。點(diǎn)擊“生成圖形”按鈕：自動(dòng)生成支架各運(yùn)動(dòng)部件的圖塊。或者自己動(dòng)手在CAD下繪制出頂梁、掩護(hù)梁、前、后連桿、底座的圖塊。點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕：按程序提示可在CAD下組裝成整體支架，并在CAD下自動(dòng)模擬整體支架的升降運(yùn)動(dòng)?？梢钥吹街Ъ艿恼w設(shè)計(jì)效果。

圖1

4 煤礦液壓支架的未來發(fā)展

根據(jù)筆者的不完全分析，目前我國大型采掘設(shè)備面臨激烈的市場競爭，預(yù)計(jì)到2015年我國煤炭行業(yè)將達(dá)到3.5萬億元左右的產(chǎn)業(yè)銷售規(guī)模。受我國煤炭開采行業(yè)快速機(jī)械化的推動(dòng)，筆者認(rèn)為煤炭開采機(jī)械設(shè)備的需求規(guī)模到2015年將會(huì)達(dá)到301億元。

這樣來看，我國煤機(jī)成套的競爭才剛剛開始，裝備成套化的發(fā)展前景十分廣闊。通過政策調(diào)整和市場導(dǎo)向，國內(nèi)煤炭生產(chǎn)逐步朝高產(chǎn)、高效、安全方向發(fā)展，煤礦技術(shù)設(shè)備正在向重型化、大型化、強(qiáng)力化、大功率和機(jī)電一體化發(fā)展，市場需求不斷增加。由此可見煤礦液壓支架增長率將越來越大，高端化已成為液壓支架行業(yè)的發(fā)展方向。

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