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普通掩护式液压支架的设计研究
摘要：普通掩护式支架具有较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空间以及保持稳定的梁端距和承受水平推力等特点，文中对普通掩护式支架分析了液压支架的选型、液压系统设计和立柱系统的设计，这一研究对于掩护式液压支架的推广应用具有一定的意义。
关键词：掩护式液压支架；液压系统；立柱系统
0普通掩护式支架的概述
普通的掩护类型的支架(如图1所示的)主要由前梁、梁、和掩护梁和侧边保板、基底、前后连杆,前梁千斤顶、移动千斤顶、控制阀等构成。它的结构特点包括:有一个更广泛的掩护梁阻止采空区矸石到工作空间,掩护梁的顶部与梁顶相接,下部通过之前和之后的连杆和基底连接。基底、前后连杆和掩护梁,构成了四连杆装置,来稳固确定的梁端距离和承受水平推力。立柱的支持力间接与顶梁相作用或者直接作用在顶梁上。掩护类型支架的立柱是比较稀少的,除了几个掩护类型支架1根立柱外,通常是一横行2根立柱。这种支架的立柱绝大多数均为倾斜的,目的是增加支柱的范围，支架的两侧有活动侧护板,可以把支架之间位置防空。通常顶梁较短,在3.0mm的范围内。 掩护类型支架的支持机能是:支持力较小,切顶机能差 ,但因为顶梁短,支持力聚集在煤壁靠近屋顶附近,因此支持强度相对很大、且均匀，涵盖性好,能支撑较大的水平推力,对屋顶重复支持的频率小,可以带压力转变框架。但因为顶梁短、立柱倾斜安排,导致工作空间和通风部分小。总之,掩护类型支架适合屋顶不稳定或中等稳定,老顶周期性压力不外露,污染气体如瓦斯含量较少的被破坏的屋顶条件。

图1 普通掩护式支架
1.1 液压支架的选型
正确挑选液压支架的型号,有利于提高综采工作面的产量和效率,充分展现综采设计的功效,实现多产多效,它是一个非常重要的要素。在具体选择框架类型时,首先记住要考虑煤层的顶板状况。然后基于所使用的液压支架在国内外的经验,得出相关的屋顶条件适用的框架类型或型号。
1.2 液压系统设计
液压支架大多数情况下由不同数量的立柱和和杰千斤顶构成，使用不同的控制阀门实现上升和下降立柱的作用,转变框架,推动滑动等此类行动。尽管支架的液压缸(立柱和千斤顶)类别、数目众多,但其液压系统都使用了组件的执行并行系统。
（二）液压支架的液压传动特点
液压支架液压传动,和其他机械容积式液压传动都有很大的差异,其特征如下:工作流体的压力强(内部的压力管道承载压力达，立柱颞部的压力管道承载压力达)，流量大();在液压系统内,使用低粘度和大容量液体作为工作介质,液压缸,控制阀,其他监管和控制的设备数目多 (高压泵1- 6台、液压缸300 -1500个,安全阀150 – 300个,和相同数量的液控单向阀);长液压管路(200-300刚性管, 500~3000高压软管）；泵-液压缸传动系统中转换弹性模量少；根据支架的数量更改流体流动参数;所有支撑结构具有一样的液压缸、液压设备并且他们之间有一致的连接模式(相同的液压系统);每段支架都重复类似的过程,这些过程组合构成液压支架的基本过程,以保证系统具有较高的容积效率,实现没有故障运行和工作人员的安全,液压系统零部件有优越的密封性和可靠性。
这些基本特点决定了液压传动元件以及整个系统在结构上的特点，即：液压支架是以单节支架为单元的，这就决定了液压系统的构成，即工作面支架和端头支架的液压系统成为液压支架的基本组成部分。此外，可以把泵站、中心控制台和支架的液压管路等部分作为支架的公用液压系统。其中每个部分都具有独立的功能，在改善液压传动或者制定新的方案时，一般都可以单独地加以研究。
根据液压支架的架型和结构设计，确定立柱和千斤顶数目，并拟订液压系统。
1.3 立柱系统设计
(一). 单柱控制回路
单柱控制回路如图2a、b、c、d、e所示，其中图a为单作用单柱，图b、c为双作用单柱，图d、e为双伸缩单柱。

图a 图b 图c

图c 图d
图2 单柱控制回路
(二) 多柱控制回路
多柱控制回路如图3 a、b所示，图中为两根立柱并联组成，同时动作。图3 a为共用一个控制阀回路，图b为各用一个控制阀回路，采用双液控单向阀或用于双伸缩立柱。

a---共用一个控制阀回路；b---各用一个控制阀回路
图3 多柱控制回路
(三) 带压移架回路
带压移架回路如图4所示。在立柱控制阀前面装设一个由移架液路控制的支撑保持阀和一个与立柱活塞杆腔液路相通的节流阀，可使支架带压移架，设计时应考虑在移架时，支架对顶板的支撑力应大于10KN/m2

图4 带压移架回路
（四）端头锚固支架的闭锁回路
端头锚固支架的闭锁回路，各柱升柱时，相互没有关系。而当桩柱升柱时，锚固柱必须处于升柱撑紧状态；反之，当锚固柱降柱时，桩柱的液路压力要达到一定植，否则液压打不开限压阀，不能进入桩柱或锚固柱的活塞杆腔，桩柱或锚固柱就降不下来，从而可以起到相互闭锁的作用。
(五) 提高立柱支撑力的回路
提高立柱支撑力的回路采用两条压力液管路，一条为中压大流量供液管，另一条是高压小流量供液管。在立柱的初撑阶段，先由两条压力液管路共同供液，待顶梁支撑顶板，立柱活塞腔的液压力大于中压液管的压力，单向阀关闭，由高压小流量管路继续供液，直至达到预定的初撑力
2 小结
文中分析的相关掩护式液压支架的设计，只是作为设计分析应用的参考依据真正进行应用时，还需要进行更全面的参数计算与模拟，才能真正达到设计目的。
参考文献：
[1]刘鸿文主编.《材料力学》.第四版.高等教育出版社，2004
[2]《液压支架图册》