放顶煤超静定液压支架设计研究

摘要

放顶煤超静定液压支架是一种应用于放顶煤工作面的新型支护设备,对于提高放顶煤采煤法的高产高效具有重要意义。该型支架去掉了传统放顶煤液压支架的四连杆机构,引入了超静定的结构理论,具有结构简单、工作阻力大、抗冲击能力强等优点。
　　根据放顶煤超静定液压支架的结构特点和设计要求,对支架进行了总体设计,并确定了主要性能参数。在完成支架关键部件选型的基础上,利用Pro/E建立了液压支架的三维模型,并利用ANSYS Workbench进行了静力学分析,结果表明支架能够满足强度和刚度要求。
　　液压支架的主要部件均为箱型结构,本次优化选取顶梁作为研究的对象。通过建立顶梁优化的数学模型和设置合理的遗传算法控制参数,利用 Matlab遗传算法工具箱对顶梁箱型断面进行了结构优化,分析了顶梁结构参数对顶梁截面积的影响,并对顶梁的结构设计提出了降低重量的方法。
　　为了得到液压支架在工作面推进过程中老顶初次来压的大小,建立了适合本支架工作的采场围岩系统,并利用FLAC3D对综采围岩系统模型进行了数值模拟,最后确定了老顶初次垮落步距的大小和老顶初次来压时冲击载荷的大小,同时,仿真结果还得到了放顶煤采场的破坏状态和应力大小。
　　老顶初次来压产生的冲击载荷对液压支架的使用安全性有重要影响,本文利用ANSYS Workbench的瞬态动力学模块对顶梁受到冲击时进行动力学分析,结果表明顶梁强度满足要求,并对应力较大的位置提出了改进措施。

目录

封面

声明

论文审阅认定书

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

Contents

图清单

表清单

变量注释表

1 绪论

1.1 课题的背景（Background of Thesis）

1.2 课题的意义（Significance of Thesis）

1.3 课题的主要研究内容及方法（Main Contents and Approaches of Thesis）

1.4 本章小结（Summary）

2 放顶煤超静定液压支架的结构设计

2.1 总体设计（Overall Design）

2.2 关键部件的结构设计（Structural Design of Critical Components）

2.3 液压支架三维模型的建立（3D Model Construction of Hydraulic

2.4 本章小结（Summary）

3 液压支架静力学分析

3.1 有限单元法原理（Theory of Finite Element Method）

3.2 制定分析方案（Making Analysis Program）

3.3 液压支架有限元分析（ Finite Element Analysis of Hydraulic Support）

3.4本章小结（Summary）

4 液压支架顶梁的结构优化

4.1 Matlab 遗传算法工具箱概述（Summary of Genetic Algorithm Toolbox）

4.2 顶梁优化设计的数学模型（Optimization Mathematical Model of Canopy）

4.3 顶梁优化过程及结果分析（ Optimization Process and Results Analysis of Canopy）

4.4 本章小结（Summary）

5 放顶煤开采过程数值模拟

5.1 模拟软件介绍（Introduction of Simulation Software）

5.2 模型设计及数值模拟（Model Design and Numerical Simulation）

5.3 冲击载荷大小的确定（Determination of impact load）

5.4 本章小结（Summary）

6 冲击载荷下顶梁的动态响应分析

6.1 冲击动力学理论（Theory of Impact Dynamics）

6.2 顶梁动态响应分析（Dynamics Analysis of Canopy）

6.3 本章小结（Summary）

7 结论与展望

7.1 结论（Conclusions）

7.2 展望（Prospects）

参考文献

作者简历

学位论文数据集