ZC20000/34/68超静定液压支架设计研究

摘要

液压支架是不可或缺的综采工作面设备，其主要作用有支撑顶板、保护矿工和采煤机、刮板输送机等设备安全。大采高液压支架是随着大采高综采技术出现而发展起来，历经多年发展，产品虽然比较成熟，但仍存在着抗冲击地压能力差、稳定性差、护帮能力弱等问题。针对此类情况，中国矿业大学矿山机械研究所设计研发了大采高超静定液压支架，该支架改变传统支架中四连杆结构架型，采用超静定结构，八根立柱呈X型密集支护，稳定性好，生产周期短，安全系数高。
　　本文根据大采高液压支架工作环境，推导出其主要的设计要求和结构特点，对液压支架进行了总体结构设计与部件设计，完成对液压支架结构参数的选择，利用Pro/E自底向上的建模方法，完成对液压支架顶梁、底座等部件的三维建模，并在虚拟的环境中进行装配，完成液压支架设计。
　　按照《煤矿用液压支架第1部分：通用技术条件》，在ANSYS Workbench中，采用内加载方式，对液压支架在多种组合工况下进行有限元强度校核，通过仿真分析得到液压支架顶梁、底座等部件的应力与变形分布规律，基于应力分布云图，对液压支架提出相应的改进设计方案。销轴是顶梁、底座、掩护梁等部件之间连接的关键部件，对其进行有限元强度校核，验证连接的可靠性。
　　在有限元分析的基础之上，将支架承受的静载荷改为动载荷，对液压支架进行疲劳寿命分析，分析顶梁、底座、掩护梁和连杆中的危险部位，基于分析结果改进设计危险部位，确保液压支架能够满足耐久性试验要求，为液压支架正常工作提供可靠保障。
　　分析研究液压支架在静态下横向与纵向受力情况，进行稳定性分析，得到支架在工作面倾倒和滑移的临界条件，对摩擦系数、工作面倾角等因素对液压支架稳定性的影响情况进行具体分析，确定支架在两个方向稳定性与上述因素的对应关系。
　　利用 MATLAB中优化工具箱对支架重量进行优化设计。设计变量为顶梁板材的尺寸，设计目标为液压支架顶梁重量最小，限制约束条件为液压支架的结构强度、板材厚度合理的尺寸范围等。经过最优设计，最终确定液压支架顶梁重量最小时各板材厚度，降低液压支架生产成本。
　　论文共有图48幅，表13个，参考文献82篇。

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变量注释表

1绪论

1.1课题背景

1.2课题意义

1.3 课题主要研究内容及方法

1.4本章小结

2液压支架结构设计

2.1液压支架结构参数设计

2.2液压支架三维设计

2.3本章小结

3液压支架静力学分析

3.1有限元理论

3.2 液压支架有限元分析

3.3本章小结

4液压支架疲劳分析

4.1疲劳分析理论

4.2 基于 AWB 液压支架结构件疲劳寿命分析

4.3本章小结

5液压支架稳定性分析

5.1液压支架模型简化

5.2液压支架横向稳定性分析

5.3 液压支架纵向稳定性分析

5.4 液压支架稳定性影响因素

5.4本章小结

6关键部件重量优化

6.1优化软件及流程

6.2 优化数学模型建立

6.3优化程序设计及结果

6.4本章小结

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

附录

作者简介

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