淺析充填液壓支架的設計

魯 超 曹從磊

（卡特彼勒（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450103）

1 充填液壓支架

充填液壓支架屬于采煤工作面支護設備，其動力來源主要以高壓液體為主，由若干液壓元件及金屬結構連接而成。結構件主要有前梁組體、頂梁組體、底座、尾梁及推桿等，屬于支架承載元件。在液壓支架支護過程中，主要承載部件為立柱千斤頂，在充填液壓支架中立柱采用的是大缸徑機械加長桿千斤頂。由于充填液壓支架對工作阻力具有較高的要求，而且需要立柱伸縮比較大，但采用大缸徑立柱時，由于其伸縮比較小，這就導致與立柱伸縮比大之間存在一定的矛盾，所以在設計上具有較大的難度。

2 充填液壓支架結構的特點

2.1 充填液壓支架頂梁鉸接而且能夠上下擺動，要能夠與頂板良好的進行接觸。伸縮梁屬于滑移部件，需要套裝在前梁上，其最大伸縮量宜以70cm 為宜。由于護幫板需要與伸縮梁鉸接，動作控制由護幫千斤頂來完成。

2.2 頂梁前部和后部分別與前梁和尾梁組件進行鉸接，在頂梁箱體內需要進行套筒的焊接，以三處為宜，并將側推彈簧裝在其內部，將側推千斤頂裝設在外側兩套筒內，利用側推導桿與左右側護板進行連接。將閥架焊接在頂梁兩前柱窩中間，并設置一組主操縱閥組。在頂梁的后端裝設有后伸縮梁，這樣充填空間較大，而伸縮量則由設在頂梁后端的限位塊和千斤頂來進行控制。

2.3 掩護梁屬于箱形結構，由鋼板焊接而成，掩護梁的上端與頂梁的后端進行鉸接，下部則與前后連桿進行鉸接，將固定和活動側護板裝置在掩護梁的兩側。

2.4 四連桿機構由前連桿、后連桿、后連桿側護板和側護千斤頂組成。四連桿機構承受全部水平力和抗扭力，改善了支架受力條件。后連桿為整體焊接部件，承受拉力和很大的扭矩，可阻擋采空區的研石竄入支架內部。后連桿側護板的作用是密封采空區，防止竄殲，在工作面傾角大時對支架起調節和導向作用。

2.5 底座為整體箱形結構，前端做成滑撬形，以減少移架阻力，前后設有四個柱窩以設置立柱，中部和后部與前連桿和后連桿連接，前部設置一橋板，上面設有連接推移千斤頂的耳板，并在中部設置空槽，用來設置推移裝置。

2.6 側護板分為固定和活動兩種，保證支架之間具有良好的接觸，調節架間距離，防止架間漏煤漏殲，并起防倒作用。活動側護板最大伸縮量為170。側護板收攏后的支架寬度小于1450。

2.7 需要選擇正拉式短移推桿，通過推移千斤頂的伸縮來帶動推桿的移動，實現推溜和移架。

3 充填液壓支架設計時主要參數的確定

3.1 支架高度。采煤工作面機采高度以滿足作業人員操作和設備對空間進行維護來人為進行確定。為了實現資金的節約，及避免工作量重量過大，則在確定工作面機采高度時不宜過大。一旦工作面采高過大，則會導致煤壁片幫問題的產生，同時也會加大架關漏頂的可能性。所以在充填液壓支架設計時，為了能夠有效的發揮出支架的作用，則需要根據煤礦的自然條件及支架所應有的通用性來選取支架的最大結構高度。

3.2 支架寬度。在充填式液壓支架寬度確定時，由于各礦井的具體情況都會有所差異，所以在設計時可以利用彈簧套筒與側推千斤頂合二為一，這樣支架的寬度就能夠實現有效的調整，而且在支架寬度確定時還要充分的考慮到正常運輸和安裝的要求。

3.3 側擋板裝置。對于充填支架在設計時，側檔板與支架的連接是設計上的一大難點，通常在側檔板裝置設計時，會采用插接式定位銷與千斤頂共存的連接方式，這樣不僅有利于安裝、運輸和使用，而且確保了支架的通用性，能夠滿足用戶的使用性要求。

3.4 底座。在底座設計時，通常會采用開底式，在底座上增加導向方箱，確保支架頂梁具有較強的穩定性，而且導向方箱與底座合為一體，可以為側檔案板裝置安裝的固定點，為側檔板裝置的安裝提供了較好的便利性。

3.5 安全過機空間。在進行充填液壓支架設計時，盡量確保支架結構具有較好的緊湊性，而且在頂梁箱形斷面的設計上，采用高強度的鋼材，盡量控制其厚度，從而確保具有較大的安全過機空間。

3.6 立柱千斤頂。在液壓支架系統中，立柱千斤頂作相符合同粸 支護的重要核心所在，在對其進行選擇時，需要選擇大缸徑和長伸縮比結構的立柱千斤頂，需要選擇單進回液口的結構形式，這樣可以確保結構具有較好的緊湊性，同時在增大立柱的伸縮比時宜采用機械加長桿來進行，還可以進一步減小立柱的外部尺寸，優化立柱各零件的受力情況，從而有效的確保千斤頂的強度和可靠性能夠進一步提升。

3.7 液壓閥。由于充填液壓支架在使用上具有特殊性，所以為了便于安裝及簡化結構，設計帶有通道的閥接板，并將外缸上下腔的進液口集中在一個閥板上，利用板式液控單向閥，使其與立柱的上下腔連接，進一步對結構和管路系統進行簡化，確保其可靠性的提升。

3.8 液壓支架液壓系統。在充填液壓支架液壓系統的設計中，一個閥組、一條膠管的布置都變得非常困難，優化充填液壓支架液壓系統尤為重要。液壓系統采用配以板式連接液控單向閥的單進口伸縮立柱后，立柱的進回液僅需2 根高壓膠管即可；側護擋板采用浮動活塞千斤頂；液壓系統經過一系列優化措施后，管路系統變得尤為簡潔。

結語

充填液壓支架由于結構較為簡單，整體性和充填性較好，具有較好的經濟性和安全性，目前充填液壓支架的市場前景非常廣闊。在具體煤層開采過程中應用，有效的提高了煤炭資源的回收率，而且有效的控制了地表的變形，有效的實現了對煤礦周邊環境及地下水資源的保護，可以實現礦區資源的有效保護，有利于礦井服務年限的延長，對礦區的可持續性發展具有極為重要的意義。

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