煤矿液压支架结构设计与受力分析

摘要：煤矿液压支架是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动移设进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。文章根据笔者多年来在这一方面的心得体会，简述了它的概念及对这方面的认识，在此基础上论述了它的结构设计及受力分析。

关键词：煤矿设备；液压支架；结构设计；受力分析

中图分类号：U416 文献标识码：A

煤矿机械在我国的煤矿开采使用领域中是一个广泛的概念，它是专门用于煤矿开采的一种特殊机械。它的生产在我国有着很重要的作用。根据笔者多年的工作体会知道，煤矿机械是为煤矿企业提供装备的设备，而且属于专用设备。就目前来看，煤矿的机械设备主要有以下几种：液压支架、采煤机、采掘机、挖掘机、刨煤机、卷扬机等。本文根据笔者自己在这方面的心得体会阐述煤矿液压支架的结构设计及受力分析。

1煤矿液压支架的概念及认识

就目前来说，现在的煤矿液压支架主要是由支柱、底座、顶梁、掩护梁、前后连杆及挡矸板等组成的，并且是由钢板焊接成箱体的整体结构。它主要用于水平面和小于等于10度的缓倾斜厚煤层沿底板一次放顶煤采全高开采的长壁综采工作面，也适用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤综采工作面。

在这里，一方面笔者认为煤矿液压支架是煤矿领域中综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。

另一方面，煤矿液压支架是外来物，也就是说我国开始是没有液压支架的，国外发明了这样一个煤炭生产的设备叫“hydraulic supportt” or “powered suppor”，然后才在我国兴起，并被矿山企业称为液压支架。

从液压支架的原文单词我们可以看出，这主要是做支护作用的，是利用液压传动的原理，实现各种运动来做顶板支护作用的一种设备。它主要作用是支护顶板，维护安全作业的空间等等。

2煤矿液压支架的结构

上面已对煤矿液压支架的概念和认识做了阐述，下面对它的结构做一说明。如果按其组成部分，即其结构为其概念的话，那么我们可以这样说：煤矿液压支架是一种以液压为动力，由液压缸和液压阀等液压元件和其他金属构件组成的一种支护设备。

如果按照概念意义来说，液压支架是由以下几个部分组成：承载构件、执行元件、控制、操纵元件和辅助装置。下面笔者对每个组成部分做一一概述。

承载构件：顶梁、掩护梁等。顶梁与顶板直接接触，承受顶板上作业面岩石的压力；掩护梁，阻挡冒落的岩石进入工作面，并承受其压力，从而承受顶板水平推力的部件；底座与底板接触，传递并承受顶板压力。

控制、操纵元件：操纵阀、隔离阀等各种油缸的控制阀。操纵阀是用来操纵支架各种动作的阀，是液压支架的指挥元件。

执行元件：各种千斤顶和立柱。立柱是支撑在顶梁和底座之间或者间接承受顶板负载的油缸，是液压支架主要的动力习性元件，它的结构强度和形式决定了支架的支撑力大小和支撑范围。

辅助装置：除了以上三种构件，剩下的都是辅助装置。包括推移装置、复制装置、护帮装置、防倒（滑）装置、喷雾照明等等。

但不管怎么来说，煤矿液压支架是用来控制采煤工作面矿山压力的结构物。采面矿压以外载的形式作用在液压支架上。在液压支架和采面围岩相互作用的力学系统中，若液压支架的各支承件合力与顶板作用在液压支架上的外载合力正好同一直线，则该液压支架对此采面围岩十分适应。

3煤矿液压支架结构设计与受力分析

这一部分主要从四连杆机构设计计算；液压支架平面受力分析；液压支架空间受力分析等方面加以说明。供同行参考。

3.1四连杆机构设计计算。在这首先是输入数据。这包括支架的最大高度和最小高度；掩护梁上L4、L18段的长度。其次是输出数据。这主要包括计算出四连杆机构的前连杆、后连杆、掩护梁的长度尺寸及前连杆的的位置坐标X3、Y3。

3.2液压支架平面受力分析。为了更形象于说明其情况，笔者在此用文字和图形的方法来加以说明，具体如（图1）。

从图1我们不难看出，通过每一个四连杆机构所构成的液压支架在给定的工作阻力下的受力情况，即能够计算给出前后连杆、立柱千斤顶、平衡千斤顶在任意位置的受力情况及底座所承受的比压。从而可以对比优选。

3.3 在AutoCAD下模拟整体支架升降运动。笔者按照支架参数切换到“CAD下模拟整体支架升降运动”程序。点击“生成图形”按钮：自动生成支架各运动部件的图块。或者自己动手在CAD下绘制出顶梁、掩护梁、前、后连杆、底座的图块。点击“运行”按钮：按程序提示可在CAD下组装成整体支架，并在CAD下自动模拟整体支架的升降运动。可以看到支架的整体设计效果。

4煤矿液压支架的未来发展

根据笔者的不完全分析，目前我国大型采掘设备面临激烈的市场竞争，预计到2015年我国煤炭行业将达到3.5万亿元左右的产业销售规模。受我国煤炭开采行业快速机械化的推动，笔者认为煤炭开采机械设备的需求规模到2015年将会达到301亿元。

这样来看，我国煤机成套的竞争才刚刚开始，装备成套化的发展前景十分广阔。通过政策调整和市场导向，国内煤炭生产逐步朝高产、高效、安全方向发展，煤矿技术设备正在向重型化、大型化、强力化、大功率和机电一体化发展，市场需求不断增加。由此可见煤矿液压支架增长率将越来越大，高端化已成为液压支架行业的发展方向。

参考文献

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