浅析充填液压支架的设计

鲁 超 曹从磊

（卡特彼勒（郑州）有限公司，河南 郑州 450103）

1 充填液压支架

充填液压支架属于采煤工作面支护设备，其动力来源主要以高压液体为主，由若干液压元件及金属结构连接而成。结构件主要有前梁组体、顶梁组体、底座、尾梁及推杆等，属于支架承载元件。在液压支架支护过程中，主要承载部件为立柱千斤顶，在充填液压支架中立柱采用的是大缸径机械加长杆千斤顶。由于充填液压支架对工作阻力具有较高的要求，而且需要立柱伸缩比较大，但采用大缸径立柱时，由于其伸缩比较小，这就导致与立柱伸缩比大之间存在一定的矛盾，所以在设计上具有较大的难度。

2 充填液压支架结构的特点

2.1 充填液压支架顶梁铰接而且能够上下摆动，要能够与顶板良好的进行接触。伸缩梁属于滑移部件，需要套装在前梁上，其最大伸缩量宜以70cm 为宜。由于护帮板需要与伸缩梁铰接，动作控制由护帮千斤顶来完成。

2.2 顶梁前部和后部分别与前梁和尾梁组件进行铰接，在顶梁箱体内需要进行套筒的焊接，以三处为宜，并将侧推弹簧装在其内部，将侧推千斤顶装设在外侧两套筒内，利用侧推导杆与左右侧护板进行连接。将阀架焊接在顶梁两前柱窝中间，并设置一组主操纵阀组。在顶梁的后端装设有后伸缩梁，这样充填空间较大，而伸缩量则由设在顶梁后端的限位块和千斤顶来进行控制。

2.3 掩护梁属于箱形结构，由钢板焊接而成，掩护梁的上端与顶梁的后端进行铰接，下部则与前后连杆进行铰接，将固定和活动侧护板装置在掩护梁的两侧。

2.4 四连杆机构由前连杆、后连杆、后连杆侧护板和侧护千斤顶组成。四连杆机构承受全部水平力和抗扭力，改善了支架受力条件。后连杆为整体焊接部件，承受拉力和很大的扭矩，可阻挡采空区的研石窜入支架内部。后连杆侧护板的作用是密封采空区，防止窜歼，在工作面倾角大时对支架起调节和导向作用。

2.5 底座为整体箱形结构，前端做成滑撬形，以减少移架阻力，前后设有四个柱窝以设置立柱，中部和后部与前连杆和后连杆连接，前部设置一桥板，上面设有连接推移千斤顶的耳板，并在中部设置空槽，用来设置推移装置。

2.6 侧护板分为固定和活动两种，保证支架之间具有良好的接触，调节架间距离，防止架间漏煤漏歼，并起防倒作用。活动侧护板最大伸缩量为170。侧护板收拢后的支架宽度小于1450。

2.7 需要选择正拉式短移推杆，通过推移千斤顶的伸缩来带动推杆的移动，实现推溜和移架。

3 充填液压支架设计时主要参数的确定

3.1 支架高度。采煤工作面机采高度以满足作业人员操作和设备对空间进行维护来人为进行确定。为了实现资金的节约，及避免工作量重量过大，则在确定工作面机采高度时不宜过大。一旦工作面采高过大，则会导致煤壁片帮问题的产生，同时也会加大架关漏顶的可能性。所以在充填液压支架设计时，为了能够有效的发挥出支架的作用，则需要根据煤矿的自然条件及支架所应有的通用性来选取支架的最大结构高度。

3.2 支架宽度。在充填式液压支架宽度确定时，由于各矿井的具体情况都会有所差异，所以在设计时可以利用弹簧套筒与侧推千斤顶合二为一，这样支架的宽度就能够实现有效的调整，而且在支架宽度确定时还要充分的考虑到正常运输和安装的要求。

3.3 侧挡板装置。对于充填支架在设计时，侧档板与支架的连接是设计上的一大难点，通常在侧档板装置设计时，会采用插接式定位销与千斤顶共存的连接方式，这样不仅有利于安装、运输和使用，而且确保了支架的通用性，能够满足用户的使用性要求。

3.4 底座。在底座设计时，通常会采用开底式，在底座上增加导向方箱，确保支架顶梁具有较强的稳定性，而且导向方箱与底座合为一体，可以为侧档案板装置安装的固定点，为侧档板装置的安装提供了较好的便利性。

3.5 安全过机空间。在进行充填液压支架设计时，尽量确保支架结构具有较好的紧凑性，而且在顶梁箱形断面的设计上，采用高强度的钢材，尽量控制其厚度，从而确保具有较大的安全过机空间。

3.6 立柱千斤顶。在液压支架系统中，立柱千斤顶作相符合同粸 支护的重要核心所在，在对其进行选择时，需要选择大缸径和长伸缩比结构的立柱千斤顶，需要选择单进回液口的结构形式，这样可以确保结构具有较好的紧凑性，同时在增大立柱的伸缩比时宜采用机械加长杆来进行，还可以进一步减小立柱的外部尺寸，优化立柱各零件的受力情况，从而有效的确保千斤顶的强度和可靠性能够进一步提升。

3.7 液压阀。由于充填液压支架在使用上具有特殊性，所以为了便于安装及简化结构，设计带有通道的阀接板，并将外缸上下腔的进液口集中在一个阀板上，利用板式液控单向阀，使其与立柱的上下腔连接，进一步对结构和管路系统进行简化，确保其可靠性的提升。

3.8 液压支架液压系统。在充填液压支架液压系统的设计中，一个阀组、一条胶管的布置都变得非常困难，优化充填液压支架液压系统尤为重要。液压系统采用配以板式连接液控单向阀的单进口伸缩立柱后，立柱的进回液仅需2 根高压胶管即可；侧护挡板采用浮动活塞千斤顶；液压系统经过一系列优化措施后，管路系统变得尤为简洁。

结语

充填液压支架由于结构较为简单，整体性和充填性较好，具有较好的经济性和安全性，目前充填液压支架的市场前景非常广阔。在具体煤层开采过程中应用，有效的提高了煤炭资源的回收率，而且有效的控制了地表的变形，有效的实现了对煤矿周边环境及地下水资源的保护，可以实现矿区资源的有效保护，有利于矿井服务年限的延长，对矿区的可持续性发展具有极为重要的意义。

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