張 闖

（三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽110027）

0 前言

在煤炭采掘生產(chǎn)過程中，頂板隨時(shí)有冒落的危險(xiǎn)，為了保證采煤工作面上各項(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行和礦工的人身安全，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。液壓支架主要由液壓元件與金屬構(gòu)件組成，以高壓液體作為動(dòng)力，對(duì)采場(chǎng)頂板進(jìn)行控制和支護(hù)的設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)支撐、擋矸、移架和推移輸送機(jī)等一系列工序[1-2]。

本文針對(duì)全倫煤礦綜采面的工況條件、工作阻力、采高范圍和配套設(shè)備情況。設(shè)計(jì)一套工作阻力為5 200 kN，最低高度為1.9 m，最大高度為4.2 m的掩護(hù)式液壓支架。支架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 支架結(jié)構(gòu)圖

1 支架總體設(shè)計(jì)

液壓支架結(jié)構(gòu)由圖1所示，主要由推移裝置、底座、前后連桿、掩護(hù)梁、頂梁等結(jié)構(gòu)件和液壓系統(tǒng)構(gòu)成。

1.1 支架中心距和底座長度的確定

支架的中心距一般根據(jù)配套輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度來確定，我國刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)常規(guī)為1.5m和1.75 m，根據(jù)工作阻力5 200 kN，可選取1.5 m.支架底座的寬度由立柱中心距和直徑確定，掩護(hù)式支架的底座長度取3.5倍的移架步距。根據(jù)技術(shù)要求，推移千斤頂行程為700mm，所以底座長度為2 450mm.

1.2 四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

四桿機(jī)構(gòu)指由連桿和掩護(hù)梁組成的結(jié)構(gòu)，掩護(hù)梁和連桿長度的計(jì)算一般采用解析法，如圖2所示：A為連桿長度；G為掩護(hù)梁長度；H1為支架最大高度；H2為支架最低高度。從幾何關(guān)系可得：

圖2 掩護(hù)梁和連桿計(jì)算圖

在 ZY5200/19/42 型支架中 P1=55°，P2=10°，Q1=35°，Q2=75°，H1=4 200mm 代入式（1） 和式（2）（對(duì)于掩護(hù)式支架，A/G的比值取0.6），可計(jì)算出掩護(hù)梁G=2 490 mm，和連桿A=1 490mm.

1.3 頂梁長度的確定

頂梁長度與三機(jī)配套尺寸有直接關(guān)系，因?yàn)轫斄罕仨氁Ｗo(hù)配套的設(shè)備。配套設(shè)備的采煤機(jī)在工作時(shí)可能向支架傾斜一定角度，并且采煤機(jī)的滾筒不允許截割頂梁，還需考慮煤壁的外表面形狀不一定是垂直的平面，因此要求支架前端距煤壁必須有最小距離安全距離，可取300 mm，故頂梁長度公式為：

頂梁長度L=[底座長度+配套尺寸 +A cos Q1]-[G cos P1+300]+頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁后端的距離。在ZY5200/19/42型支架中L=2 483+2 450+387-1 420-300+100=3 700mm.

1.4 立柱上下鉸點(diǎn)位置的確定

根據(jù)頂板載荷分布和底板條件，在設(shè)計(jì)液壓支架立柱上、下柱窩的位置時(shí)，必須先確定底座對(duì)底板的比壓分布和支架頂梁的支撐力分布，使支架能適應(yīng)工作面條件的要求[3]。

（1）立柱上柱窩位置的確定

液壓支架立柱上柱窩位置的確定，首先需要把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)。假定外部載荷沿支架寬度方向均布，沿頂梁長度方向按線性規(guī)律變化，并且頂梁與頂板接觸均勻。同時(shí)處于安全起見，按集中載荷計(jì)算，載荷沿頂梁長度方向呈三角形分布并向頂梁后部越來越大。因此，支架支撐力也是呈三角形分布，以上述條件計(jì)算上柱窩位置。此時(shí)認(rèn)為支架集中載荷F作用于頂梁上，且在頂梁1/3處，分離頂梁?jiǎn)为?dú)做受力分析，情況如圖3所示。

圖3 分離頂梁?jiǎn)为?dú)做受力分析圖

對(duì)A點(diǎn)取距：∑MA＝0

在ZY5200/19/42型支架中，h1=196mm，h2=270 mm、α =11°，L=3 700mm，P=5 200 mm，F(xiàn)=4 722 KN（F=q × S，q=797.6mm，S=5.92mm），帶入式（2-4）計(jì)算出x=1 090mm.

（2）立柱下柱窩位置的確定。下柱窩的位置影響移架的效率，因此要使底座前端的比壓小，利于移架。立柱的最大傾角在支架處于最低工作位置時(shí)一般小于30°，并考慮支架的調(diào)高范圍和柱前行人空間以及底座與前連桿鉸點(diǎn)的位置關(guān)系，計(jì)算如圖4所示，實(shí)物圖如圖5所示。

圖4 支架的調(diào)高范圍和柱前行人空間以及底座與前連桿鉸點(diǎn)的位置關(guān)系圖

圖5 支架的調(diào)高范圍和柱前行人空間以及底座與前連桿鉸點(diǎn)的位置關(guān)系實(shí)物圖

在ZY5200/19/42型支架中，H=1 900-196-246=1 458mm，α1=34°，α2=22°，β =9°，代入式（7）計(jì)算出x1=1 725mm.

2 結(jié)論

液壓支架的總體設(shè)計(jì)是液壓支架設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，在滿足技術(shù)參數(shù)的前提下，總體設(shè)計(jì)的合理性與適用性決定了液壓支架產(chǎn)品性能，本文中設(shè)計(jì)的ZY5200/19/42型液壓支架在全倫煤礦服役使用，可滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需求和技術(shù)要求。