煤礦液壓支架結構設計與受力分析

左玉堂

（開灤（集團）有限責任公司荊各莊礦業分公司，河北唐山063000）

煤礦機械在我國的煤礦開采使用領域中是一個廣泛的概念，它是專門用于煤礦開采的一種特殊機械。它的生產在我國有著很重要的作用。根據筆者多年的工作體會知道，煤礦機械是為煤礦企業提供裝備的設備，而且屬于專用設備。就目前來看，煤礦的機械設備主要有以下幾種：液壓支架、采煤機、采掘機、挖掘機、刨煤機、卷揚機等。本文根據筆者自己在這方面的心得體會闡述煤礦液壓支架的結構設計及受力分析。

1 煤礦液壓支架的概念及認識

就目前來說，現在的煤礦液壓支架主要是由支柱、底座、頂梁、掩護梁、前后連桿及擋矸板等組成的，并且是由鋼板焊接成箱體的整體結構。它主要用于水平面和小于等于10度的緩傾斜厚煤層沿底板一次放頂煤采全高開采的長壁綜采工作面，也適用于急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤綜采工作面。

在這里，一方面筆者認為煤礦液壓支架是煤礦領域中綜采設備的重要組成部分。它能可靠而有效地支撐和控制工作面的頂板，隔離采空區，防止矸石進入回采工作面和推進輸送機。它與采煤機配套使用，實現采煤綜合機械化，解決機械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作的矛盾，進一步改善和提高采煤和運輸設備的效能，減輕煤礦工人的勞動強度，最大限度保障煤礦工人的生命安全。

另一方面，煤礦液壓支架是外來物，也就是說我國開始是沒有液壓支架的，國外發明了這樣一個煤炭生產的設備叫“hydraulic supportt”or“powered suppor”，然后才在我國興起，并被礦山企業稱為液壓支架。

從液壓支架的原文單詞我們可以看出，這主要是做支護作用的，是利用液壓傳動的原理，實現各種運動來做頂板支護作用的一種設備。它主要作用是支護頂板，維護安全作業的空間等等。

2 煤礦液壓支架的結構

上面已對煤礦液壓支架的概念和認識做了闡述，下面對它的結構做一說明。如果按其組成部分，即其結構為其概念的話，那么我們可以這樣說：煤礦液壓支架是一種以液壓為動力，由液壓缸和液壓閥等液壓元件和其他金屬構件組成的一種支護設備。

如果按照概念意義來說，液壓支架是由以下幾個部分組成：承載構件、執行元件、控制、操縱元件和輔助裝置。下面筆者對每個組成部分做一一概述。

承載構件：頂梁、掩護梁等。頂梁與頂板直接接觸，承受頂板上作業面巖石的壓力；掩護梁，阻擋冒落的巖石進入工作面，并承受其壓力，從而承受頂板水平推力的部件；底座與底板接觸，傳遞并承受頂板壓力。

控制、操縱元件：操縱閥、隔離閥等各種油缸的控制閥。操縱閥是用來操縱支架各種動作的閥，是液壓支架的指揮元件。

執行元件：各種千斤頂和立柱。立柱是支撐在頂梁和底座之間或者間接承受頂板負載的油缸，是液壓支架主要的動力習性元件，它的結構強度和形式決定了支架的支撐力大小和支撐范圍。

輔助裝置：除了以上三種構件，剩下的都是輔助裝置。包括推移裝置、復制裝置、護幫裝置、防倒（滑）裝置、噴霧照明等等。

但不管怎么來說，煤礦液壓支架是用來控制采煤工作面礦山壓力的結構物。采面礦壓以外載的形式作用在液壓支架上。在液壓支架和采面圍巖相互作用的力學系統中，若液壓支架的各支承件合力與頂板作用在液壓支架上的外載合力正好同一直線，則該液壓支架對此采面圍巖十分適應。

3 煤礦液壓支架結構設計與受力分析

這一部分主要從四連桿機構設計計算；液壓支架平面受力分析；液壓支架空間受力分析等方面加以說明。供同行參考。

3.1 四連桿機構設計計算。在這首先是輸入數據。這包括支架的最大高度和最小高度；掩護梁上L4、L18段的長度。其次是輸出數據。這主要包括計算出四連桿機構的前連桿、后連桿、掩護梁的長度尺寸及前連桿的的位置坐標X3、Y3。

3.2 液壓支架平面受力分析。為了更形象于說明其情況，筆者在此用文字和圖形的方法來加以說明，具體如（圖1）。

從圖1我們不難看出，通過每一個四連桿機構所構成的液壓支架在給定的工作阻力下的受力情況，即能夠計算給出前后連桿、立柱千斤頂、平衡千斤頂在任意位置的受力情況及底座所承受的比壓。從而可以對比優選。

3.3 在AutoCAD下模擬整體支架升降運動。筆者按照支架參數切換到“CAD下模擬整體支架升降運動”程序。點擊“生成圖形”按鈕：自動生成支架各運動部件的圖塊。或者自己動手在CAD下繪制出頂梁、掩護梁、前、后連桿、底座的圖塊。點擊“運行”按鈕：按程序提示可在CAD下組裝成整體支架，并在CAD下自動模擬整體支架的升降運動。可以看到支架的整體設計效果。

圖1

4 煤礦液壓支架的未來發展

根據筆者的不完全分析，目前我國大型采掘設備面臨激烈的市場競爭，預計到2015年我國煤炭行業將達到3.5萬億元左右的產業銷售規模。受我國煤炭開采行業快速機械化的推動，筆者認為煤炭開采機械設備的需求規模到2015年將會達到301億元。

這樣來看，我國煤機成套的競爭才剛剛開始，裝備成套化的發展前景十分廣闊。通過政策調整和市場導向，國內煤炭生產逐步朝高產、高效、安全方向發展，煤礦技術設備正在向重型化、大型化、強力化、大功率和機電一體化發展，市場需求不斷增加。由此可見煤礦液壓支架增長率將越來越大，高端化已成為液壓支架行業的發展方向。

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