液压支架的组成及工作原理资料.pdf

第二章液压支架的组成及工作原理 第一节液压支架的组成 图 ! “ # 为液压支架的一种典型结构，它由顶梁（包括前梁 # 和主梁 !） 、 支柱 $、掩护梁 %、底座 &、推移装置 ’、阀件、管路系统、连接部件及各种 附属装置等组成顶梁和底座通过数根支柱支撑在顶底板之间，构成一个活 动的承载构件，支护顶板，维护工作空间综合各种类型液压支架的结构， 它的组成可归结为承载结构件、动力油缸、控制操纵元件、辅助装置和工作 液体五大部分 图 ! “ #液压支架的组成 # “ 前梁；! “ 主梁；( “ 前梁千斤顶；% “ 掩护梁；$ “ 支柱；) “ 前连杆；* “ 后连杆； & “ 底座；’ “ 推移装置；#+ “ 操纵阀；## “ 控制阀 一、承载结构件 承载结构件包括顶梁，掩护梁和底座等 —+$!#—煤矿机电设备安全质量考核评级与检修维护技术手册 !“ 顶梁 直接与顶板（包括煤顶、分层假顶等）相接触，并承受顶板岩石载荷的 支架部件叫顶梁它也为支柱、掩护梁和挡矸装置等提供连接点顶梁除整 体刚性结构型式外，一般由若干段组成，按它对顶板支护的作用和位置，可 分为主梁、前梁和尾梁如果顶梁在前后支柱间铰接，也可称为前梁和后 梁。

有些支架由于回采工艺和结构的要求，将顶梁做成可伸缩式或折迭式， 一般称这伸缩或折迭部分叫前探梁 #“ 掩护梁 阻挡采空区冒落矸石涌入工作面空间，并承受冒落矸石载荷，以及顶板 水平推力的支架部件叫掩护梁掩护梁上部直接与顶梁铰接，下部直接或间 接（通过连杆机构）与底座铰接 $“ 底座 直接和底板（包括分层煤底等）相接触，传递顶板压力到底板的支架部 件叫底座底座除为支柱、掩护梁提供连接点外，还要安设推移千斤顶等部 件 二、动力油缸 !“ 支柱 支架上凡是支撑在顶梁（或掩护梁）和底座之间，直接或间接承受顶板 载荷的主要油缸叫支柱支柱是支架的主要承载部件，支架的支撑力和支撑 高度，主要取决于支柱的结构和性能 #“ 千斤顶 支架上除支柱以外的各种油缸都叫千斤顶，如前梁千斤顶、推移千斤 顶、调架千斤顶，还有平衡、复位、侧推和护帮千斤顶等，完成着推移运输 机、移设支架和支架的调整等各种动作 三、控制操纵元件 控制操纵元件包括控制阀（即液控单向阀和安全阀） 、操纵阀等各种阀 件和管件这些元件是保证支架获得足够的支撑力、良好的工作特性以及实 现预定设计动作所需的液压元件，它的种类和数量，随支架结构和动作要求 的不同而异。

—!%#!—第八篇液压支架与乳化液泵站检修与维护 四、辅助装置 支架上除上述三项构件以外的其他构件，都可归入辅助装置，它包括推 移装置、复位装置、挡矸装置、护帮装置、防倒防滑装置、照明和其他附属 装置等 五、工作液体 这是传递泵站能量，使液压支架能有效工作的工作介质液压支架的工 作液体是乳化液 第二节液压支架的工作原理 一、液压支架自动移设的原理 液压支架以高压液体为动力，通过各种动力油缸的伸缩，使支架完成升 起、降落、行走和推移运输机等各种动作，以便支架随工作面不断推进而反 复支撑、前移和调整图 ! “ ! 是一个最简单的液压支架的工作系统示意图 下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作过程分别加以叙述 图 ! “ !液压支架的工作原理 # “ 顶梁；! “ 掩护梁；$ “ 支柱；% “ 推移千斤顶；& “ 液控单向阀；’ “ 运输机； ( “ 安全阀；) “ 操纵阀 #* 降柱 —!&!#—煤矿机电设备安全质量考核评级与检修维护技术手册 当旋转式操纵阀转到降柱位置，打开供液阀时，高压液体由主液管经操 纵阀和油管，进入支柱活塞杆腔，同时也进入液控单向阀的控制管路，打开 液控单向阀，支柱活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀，流回主回液 管，支柱卸载下降。

!“ 移架 液压支架卸载后，把操纵阀转到移架位置，打开供液阀，高压液体由主 进液管经操纵阀、油管进入推移千斤顶的活塞杆腔，同时进入液控油路，打 开液控单向阀，而活塞腔的油液经油管、液控单向阀、操纵阀流回主回液 管，推移千斤顶收缩，以运输机为支点，拉架前移运输机靠相邻支架的推 移千斤顶来固定，千斤顶由液控单向阀锁紧 #“ 升柱 液压支架移至新的工作位置后，应及时升柱，以支撑新暴露的顶板将 操纵阀转到升柱位置，打开供液阀，高压液体由主进液管进入，经操纵阀到 液控单向阀，顶开阀球经油管进入支柱活塞腔，支柱活塞杆腔的油液，经油 管和操纵阀流回主回液管，活柱和顶梁升起，支撑顶板 $“ 推移运输机 当液压支架前移并重新支撑后，把操纵阀转到推溜位置，打开供液阀， 高压液体由主进液管经操纵阀、液控单向阀进入推移千斤顶的活塞腔，活塞 杆腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶的活塞杆伸出，以液 压支架为支点，把运输机推移到新的工作位置 在实际生产中，对于具体支架的动作，根据该支架的结构和需要来确 定 二、液压支架的支撑承载原理 液压支架的支撑承载原理，是指液压支架与顶板之间相互作用的力学原 理，它包括初撑增阻、承载增阻和恒阻三个工作阶段。

%“ 初撑增阻阶段 在升柱过程中，从顶梁接触顶板起，至支柱活塞腔的油液压力达到泵站 的工作压力时，松开手把，停止供液，液控单向阀立即关闭，阀球封闭了支 柱活塞腔的油液，这就是支架的初撑阶段此时支柱或支架对顶板产生的支 撑力称为初撑力 支柱初撑力（&） ：’()!*!+,-$ . %/// 支架初撑力（&） ：0() 1’(“ —#2!%—第八篇液压支架与乳化液泵站检修与维护 式中!“— — —泵站的工作压力，#$%&’(； )— — —支柱缸体内径，&’； *— — —每架支架的支柱数； ! — — —支撑效率（垛式支架!+ ,） 支架初撑力的大小，取决于泵站的工作压力、支架支柱数和支柱缸体的 内径以及架型等实际上，支柱初撑后，活塞腔的油液压力由于阻力损失、 操作情况和阀的灵敏度等原因，往往低于泵站工作压力 (- 承载增阻阶段 支架初撑后，随顶板的下沉，支柱活塞腔被封闭的油液受到压缩，油液 压力继续升高，呈现承载增阻状态 .- 恒阻阶段 支架承载后，如果完全支撑住顶板，不允许顶板下沉，需要有强大的支 撑力在实际生产中，由于顶板压力有时相当巨大，想设计出能抗住巨大顶 板压力，而一点也不让压的支架是极困难的，实际上也没有这种必要。

因 此，都使支架能随顶板下沉时，有一定的可缩量，但又保持一定的支撑力， 不至于使顶板任意下沉而造成破坏冒落要求支架既具有一定的支撑力，又 具有可缩性液压支架的这种特性，是由支柱的安全阀来控制的在顶板压 力增大时，支柱活塞腔被封闭的油液压力就迅速升高，当压力值超过安全阀 的动作压力时，支柱活塞腔的高压液体经安全阀泄出，支柱降缩，支柱活塞 腔的液体压力减小，这就是支架的“让压”特性；当压力小于安全阀的动作 压力时，安全阀又关闭，停止泄液，支柱活塞腔的液体又被封闭，支架恢复 正常工作由于安全阀动作压力的限制，支柱呈现出恒阻特性，此时，支柱 或支架承受的最大载荷称为工作阻力 支柱工作阻力（/） ：01+“)(23%4 5 ,666 支架工作阻力（/） ：71+ *01! 式中23— — —安全阀的动作压力，#$%&’( 支架的工作阻力取决于安全阀的动作压力、支架支柱数、支柱缸体内径 和架型等 安全阀使支柱具有恒定的设计工作阻力，同时又使支柱在承受大于设计 工作阻力的顶板压力时，可随顶板的下沉而下缩，这就是液压支架的恒阻性 和可缩性为防止安全阀频繁动作而失效，应使支架的工作阻力大于正常的 顶板压力，也就是说，在工作面生产过程中，支架还没有达到设计工作阻力 之前，就已前移到新的支撑位置。

—48(,—煤矿机电设备安全质量考核评级与检修维护技术手册 工作阻力是液压支架的一个基本参数，用来表示支架支撑力的大小但 是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，并不能完全反映支架对顶板的支 撑能力，因此常采用表示单位面积顶板上所受支架工作阻力值大小的支护强 度参数，来比较支架的支护性能 支架支护强度（!“#$） ：%& ’(“) 式中)— — —支架的支护面积，#$ 由上可知，支柱或支架工作时，其支撑力随时间的变化过程是，支架升 起，顶梁开始接触顶板至液控单向阀关闭时初撑增阻阶段 !*，初撑结束至安 全阀卸载前的承载增阻阶段 !+ 和安全阀出现重复卸载时的恒阻阶段 !$这种 变化过程反映了支架的支撑力和时间之间的关系，如图 $ , - 所示图中虚 线表示，有些支架的支柱并未达到额定工作阻力值就已降柱前移，支架前移 后按原过程重新支撑 图 $ , -支架的支撑承载过程 !*, 初撑增阻阶段；!+, 承载增阻阶段；!-, 恒阻阶段 上述工作过程表明：液压支架在额定工作阻力值以下工作时，具有增 阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用；当支架支撑力超过额定工作阻力 时，支架能随顶板下沉而下缩，使支架保持恒定的工作阻力，即具有可缩性 和恒阻性。

支架本身的增阻性取决于液控单向阀和支柱的密封性能，可缩性 和恒阻性则由安全阀的溢流性能决定因此，液控单向阀、安全阀、支柱这 三个部件，是保证支架工作性能的关键元件 第三节液压支架的分类 按照液压支架与围岩相互作用的关系，目前使用的液压支架可分为三大 —$+—第八篇液压支架与乳化液泵站检修与维护 类：即支撑式、掩护式和支撑掩护式 一、支撑式液压支架 支撑式支架是发展较早的一种液压支架按它的结构和动作方式，又可 分为垛式支架和节式支架两大类 !“ 垛式支架 图 # $ %垛式液压支架 ! $ 前梁；# $ 顶梁；& $ 挡矸帘；% $ 推移千斤顶；’ $ 座箱；( $ 支柱； ) $ 前梁千斤顶；* $ 操纵阀 垛式支架一般采用铰接式宽面顶梁，刚性或半刚性箱形底座，支柱为 % +( 根，与运输机直接用推移千斤顶连接，整体向前移动图 # $ % 中为四 柱垛式液压支架它的特点是： （!）结构简单，重量轻，钢材用量少 （#）工作阻力较高，切顶性能好 （&）成本低，价格便宜 （%）移架时顶板空顶面积大，防矸效果差 （’）垛式支架的不稳定的四铰接点运动机构，不能承受水平推力，必须 安设有支柱复位装置，支柱易损坏。

实践证明，垛式支架适用于顶板坚硬、稳定、中等稳定的薄煤层和中厚 煤层 #“ 节式支架 每架节式支架由 # + % 个支架节组成，每个支架节包括前后两根支柱， 窄面铰接顶梁，刚性或单柱脚底座图 # $ ’ 中的节式支架，每架支架有 # + & 个支架节，先移的支架称为副架，后移的支架节称为主架主、副架之 间安装有移架千斤顶，千斤顶活塞杆固定在副架上，缸体固定在主架上移 —(’#!—煤矿机电设备安全质量考核评级与检修维护技术手册 架过程是，主架支撑顶板，作为支点，降移副架副架移过之后，支撑顶 板，作为支点，降移主架 图 ! “ #节式液压支架 $ “ 后梁；! “ 挡煤板；% “ 柱靴；& “ 支柱；# “ 前梁；’ “ 辅助千斤顶；( “ 操纵阀； ) “ 移架千斤顶；* “ 前调装置；$+ “ 后调架装置 四个支架节的节式支架，它的第一、三节支架用弹簧连接成一体称为 副架，第二、四支架节用弹簧连成一体称为主架，副架和主架互相交错前 移这种支架也称为迈步式液压支架，它的优点是可增加底座侧向的稳定 性特点是： （$）整个支架轻便灵活，对顶底板起伏变化的适应性较好，有较高的切 顶能力 （!）移架时支架分节交错前移，使顶板的空顶面积较小。

（%）主、副架之间留有间隙，支架底座面积小，重心靠上，因此稳定性 差 （&）支架结构较复杂，零部件容易损坏，维护费用高 （#）不能解决架间漏矸问题，防矸效果也较差 实践证明，节式支架也只能用于顶板坚硬，稳定与中等稳定的薄煤层和 中厚煤层 节式支架和垛式支架相比，它们的适用条件基本相同，但节式支架稳定 性差，结构复杂，零部件容易损坏，维护费用高所以，近几年来，节式支 架的应用已逐渐减少，并有被淘汰的趋势 —(#!$—第八篇液压支架与乳。