基于“三化”综合设计方法的液压支架研究

摘要

液压支架是机械化采煤方法中最重要的设备之一，它主要用于支护顶板、防止顶板垮落，为采煤人员和采煤设备提供一个安全可靠的工作空间。随着国家综采工作面的发展，对液压支架的支护性能提出了越来越高的要求，针对我国现行液压支架的设计和研究方法的欠缺和不足，提出了基于“三化”综合设计方法的液压支架研究思想；“三化”综合设计法是集“动态优化、智能优化、可视优化”的优点，以提高产品总体质量为目标的先进设计方法。因此利用“三化”综合设计方法，以液压支架为研究对象进行研究具有重要的理论意义及应用价值。
　　 “动态优化设计、智能优化设计与可视优化设计”的三化综合设计法，是以提高产品总体质量为目标，以非线性理论为基础，汇集动态优化设计、智能优化设计和可视优化设计为一体的设计法。本文利用“动态优化、智能优化、可视优化”的“三化”综合设计方法对液压支架进行理论研究，为液压支架的继续研究奠定了理论基础。
　　 为最大程度的模拟现实工况，节省试验费用，减少设计上的失误，解决样机试验存在的问题，本论文基于“三化”综合设计法，以掩护式液压支架为例，主要研究了以下内容：
　　 利用MATLAB软件编制《液压支架辅助设计分析系统》，对液压支架各个状态参数进行确定，对受力大的位置进行加强受力小的位置减弱，从而起到了优化重量的作用；
　　 对液压支架整机的三维实体建模采用自下向上的方法，即先依据各部件的结构形状和尺寸建立各部件的三维模型，然后再按照它们彼此之间的装配和约束关系逐个进行组装，最后形成一台完整的设备，对液压支架各部件的精确建模和正确定义各部件之间的装配关系，是完成液压支架整机建模的关键；
　　 利用智能优化设计支架的电液控制系统，可以提高支架的移架速度；
　　 将PRO/E三维模型导入到新一代CAE分析软件ANSYSWORKBENCH中，根据MT312-2000《液压支架通用技术条件》中的重要工况进行有限元分析，主要涉及到模型的简化、边界条件及载荷加载、网格划分等；
　　 将用PRO/E建立的零部件进行虚拟装配，装配时要确定运动各构件及其相互间的运动关系和运动副，然后通过选择构件及其相应的运动副组成机构，最后由各机构组成完整的液压支架模型。液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，利用PRO/E进行工作过程仿真。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题的目的和意义

1.2 液压支架设计的国内外现状及发展

1.2.1 液压支架的国外发展状况

1.2.2 液压支架的国内发展状况

1.3 课题研究的主要内容及论文结构

第二章 “三化”综合设计理论和方法

2.1 设计方法的发展历程及发展趋势

2.1.1 设计方法的发展历程

2.1.2 现代机械设计理论与方法的发展趋势

2.2 “三化”综合设计理论和方法的内容

2.3 研究与推广“三化”综合设计理论和方法的重要意义

第三章 液压支架的动态优化设计

3.1 液压支架的用途及原理

3.2 综采工作面液压支架与围岩的关系

3.2.1 综采工作面支架与围岩体系的刚度

3.2.2 液压支架工作阻力与顶板下沉量关系

3.2.3 工作面直接顶对支架与围岩关系的影响

3.3 液压支架参数的确定

3.4 掩护式液压支架的运动学分析及空间受力分析

3.4.1 支架的运动学分析

3.4.2 MATLAB液压支架辅助设计分析系统

3.4.3 液压支架的空间力学模型

3.5 掩护式液压支架结构有限元计算

3.5.1 有限元方法的基本原理及ANSYS Workbench软件

3.5.2 液压支架有限元分析的前处理

3.5.3 液压支架结构的有限元分析

3.6 本章小结

第四章 液压支架的智能优化设计

4.1 液压系统的设计

4.1.1 液压系统的功能

4.1.2 液压元件的选型设计

4.2 电液控制系统的设计

4.3 本章小结

第五章 液压支架的可视优化设计

5.1 液压支架可视化的内容及实施方案

5.2 液压支架三维建模

5.2.1 三维建模软件Pro/E

5.2.2 三维实体建模的方法

5.2.3 液压支架的三维实体建模

5.3 液压支架的虚拟装配及干涉检查

5.4 液压支架工作过程的可视化

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

附录一 ZY10000/27/56D型液压支架分析结果

附录二 ZY10000/27/56D型液压支架液压系统原理图

致谢