摘要:本論文主要闡述了一般掩護(hù)式液壓支架的立柱的改進(jìn)與設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)為薄煤層掩護(hù)式液壓支架。這種支架能適應(yīng)煤層厚度變化較大的場合，有調(diào)高范圍大，抗水平推力強(qiáng)的特點(diǎn)。支架采用立柱采用雙伸縮加接加長桿的形式，以增加工作行程來滿足支架調(diào)高范圍的需要。

關(guān)鍵詞:液壓支架 立柱 設(shè)計(jì)

1 液壓支架的使用現(xiàn)狀

我國液壓支架經(jīng)過30多年的發(fā)展，盡管取得了顯著的成績，在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸甚至班產(chǎn)超萬噸的記錄，但總體水平與世界先進(jìn)采煤國家仍存在一定差距。國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低，電液控制閥可靠性差，所用鋼材的耐壓能力一般為16MPa，最好的屈服極限才700MPa，液壓系統(tǒng)壓力在35MPa以下，流量在200L/min以內(nèi)，供液管直徑25～35mm，回液管直徑25～50mm，最快移架速度為10～12s/架，工作阻力更是相對較低。

2 立柱的設(shè)計(jì)

2.1 立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化階段，如圖1

2.1.1 初撐階段 支架在升柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時(shí)，泵站自動(dòng)卸載，支架的夜控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階段為初撐階段t0，此時(shí)支架對頂板的支撐力為初撐力。

支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。一般采用提高泵站工作壓力的辦法來提高初撐力，以免立柱的缸徑過大。

2.1.2 承載增阻階段 支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直到增加到支架的安全閥調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力。此階段為增阻階段t1。

2.1.3 恒阻階段 隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調(diào)正值時(shí)，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下，壓力曲線隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。

2.2 立柱的結(jié)構(gòu)采用雙伸縮機(jī)械加長型。由缸體、活柱、導(dǎo)向套等主要零部件組成。缸體由無縫鋼管加工而成.缸體的下端焊接球形缸底，在缸底上鉆有孔并焊有管接頭作為立柱下腔(活塞下部空腔)的液口。在缸體的上端裝有導(dǎo)向套，它為活柱的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。在導(dǎo)向套的上端裝有防塵圈，在導(dǎo)向套上還裝有蕾形密封圈和O形圈。缸體上部鉆有螺紋孔并焊有管接頭，與上腔相通，作為立柱上腔的液口。

2.3 立柱缸徑的計(jì)算 立柱缸徑以支架在最低位置時(shí)設(shè)計(jì)，立柱缸體內(nèi)徑計(jì)算為式(1)

(1)

式中D—立柱缸體內(nèi)徑(m);

F1—支架實(shí)際支護(hù)阻力(kN);

n—每架立柱數(shù)，n=2;

Pa—安全閥的調(diào)整壓力，Pa=40MPa

實(shí)際支護(hù)阻力F1的計(jì)算如圖2，立柱最低位置時(shí)立柱實(shí)際支護(hù)阻力由式(2)反求

(2)

式中R—頂板對支架的載荷，本設(shè)計(jì)為3200kN

F1—實(shí)際支護(hù)阻力(kN);

f—頂梁與頂板之間的摩擦系數(shù)，一般取0.1～0.3，本設(shè)計(jì)取0.3

a—最低位置時(shí)立柱傾角，本設(shè)計(jì)為28.75°

W—掩護(hù)梁上矸石阻力

矸石阻力W的計(jì)算

式中Wx、Wy—x、y方向矸石作用力

H—最大采高 本設(shè)計(jì)為1.6m

Fx—支架最低位置時(shí)掩護(hù)梁在x方向的投影面積

Fy—支架最低位置時(shí)掩護(hù)梁在y方向的投影面積

γ—矸石容重，2.3t/m3

由以上各式代入數(shù)據(jù)得:F1=3756kN

按照國家標(biāo)準(zhǔn)選取比計(jì)算值大的標(biāo)準(zhǔn)值作為內(nèi)徑，選取立柱的基本參數(shù)為:

外缸內(nèi)徑D/mm: 250

中缸外徑D1 /mm: 240

中缸內(nèi)徑D2 /mm: 200

活柱外徑D3 /mm: 185

由支架立柱總工作阻力系列選取P=3200kN

2.4 立柱缸體壁厚的計(jì)算:

立柱缸體壁厚的計(jì)算:

，取δ=30mm

缸底球半徑125mm

加長桿固定銷直徑 25mm

柱頭球半徑70mm

根據(jù)立柱最低位置確定液壓缸個(gè)各級行程。

一級缸行程 520mm

二級缸行程 545mm

加長桿長度 725mm

立柱高度 可依具體工況檢算確定

3 液壓支架立柱的發(fā)展趨勢

新型液壓支架普遍具有微型電機(jī)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)的電液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，立柱缸徑超過400mm，為減少割媒時(shí)間，一般采用0.8～1m截深。支架還采用屈服強(qiáng)度800～1000MPa的鋼板，既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能。

總之，隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，液壓支架立柱設(shè)計(jì)、制造和使用，將越來越完善、安全、可靠。

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