针对口孜东矿121302工作面使用的四柱支撑掩护式液压支架适应性较差的问题,统计分析了121302工作面的矿压和支架受力特点,基于平面杆系建立了四柱支撑掩护式支架的力学模型,推导出支架极限外载荷大小和分布区间的解析表达式,得出支架外载荷与顶梁合力和底座合力是一一对应关系,支架能够平衡的外载荷必须满足其对应的顶梁合力和底座合力均在其长度范围内,否则,支架将不能保持稳定状态;支架极限外载荷区间不是完全覆盖顶梁长度,依据前后排立柱的最大工作阻力和最大拉力分为5个区域前排立柱达到最大拉力区、后排立柱达到最大工作阻力区、前排立柱达到最大工作阻力区、后排立柱达到最大拉力区、无承载能力区,其中,无承载能力区的区间取决于支架高度、摩擦因数以及顶梁前端至底座前端的水平距离。通过实例分析了支架前后排立柱不同...

在对固体充填采矿技术中四柱液压支架的主要类型、基本结构特性及现场应用进行总结分析的基础上,提出了四柱液压支架优化设计的基本原则,并给出了四杆连杆机构等关键结构部件的优化设计方法。进一步阐述了通过改变上杆铰接位置来优化四杆机构,通过加长或缩短顶盖来优化顶盖比的方法;并通过改变捣实结构的长度、铰接位置以及四柱刮板输送机的悬挂高度来实现捣实结构的优化。在此基础上,建立了四柱式液压支架的优化设计过程。实例表明,通过优化四杆机构,充填体的水平顶板间隙、垂直水平间隙、捣固角和捣固头间隙等性能得到了明显改善。根据本工作提出的优化设计方法,确定了顶盖长度,夯实了结构。

惯性力对液压支架这种重型机械的稳定性的影响不容忽视。基于达朗贝尔原理建立了液压支架稳定性力学模型,采用数值计算分析了支架静态稳定性和动态稳定性的影响因素,给出了增加支架稳定性的方案,对优化方案进行了验证。结果表明:顶梁质心位置对支架稳定性的影响最为明显,其他因素依次为掩护梁质心位置、前连杆质心位置、后连杆质心位置、支架高度;顶梁和掩护梁质心位置越靠近顶掩铰接点方向,越有利于支架的稳定性,但应兼顾支架的整体质心位置;前、后排立柱同时升降,且两者的加速度达到合理的匹配有助于提高支架的稳定性;采取滞后支护方式以缩短顶梁长度、立柱上腔加装单向锁和安全阀、保证系统稳压供液都能改善支架的稳定性。该研究为四柱液压支架的优化设计提供理论指导。