ZF15000/28/52型放顶煤液压支架放煤过程及围岩耦合特性仿真分析

摘要

放顶煤液压支架是综采关键技术之一，其架型有四柱正四连杆式低位放顶煤液压支架和四柱反四连杆式低位放顶煤液压支架，放顶煤液压支架与围岩的耦合力学关系一直是大家研究的重点。本文以863计划项目“四柱式超强力放顶煤液压支架研制”（课题号:2012AA06AA407）为支撑，研究ZF15000/28/52型四柱正四连杆式低位放顶煤液压支架与围岩耦合关系及放煤过程仿真。
　　采用EDEM仿真软件建立煤岩的破碎模型，对放顶煤液压支架放煤过程中煤岩颗粒的运动趋势进行仿真分析，得到放顶煤破碎规律以及直接顶和基本顶的破断规律。
　　建立综采放顶煤支架-围岩力学系统模型，根据力学模型及工矿参数，利用Pro/E软件建立ZF15000/28/52型放顶煤液压支架与围岩耦合虚拟模型，并导入动力学仿真软件中模拟一个工作循环的动力学仿真，得到放顶煤液压支架顶梁、立柱一级、二级油缸质心受力变化及位移、速度、加速度变化规律。
　　结合ANSYS软件对放顶煤液压支架进行网格划分、利用RecurDyn软件对围岩进行网格划分，而后模拟柔性化后放顶煤液压支架-围岩刚柔耦合在一个工作循环过程中顶梁、立柱油缸质心受力变化及位移、速度、加速度变化规律，并与多刚体耦合仿真结果进行对比分析。
　　最后利用有限元分析软件ANSYS/Workbench对放顶煤液压支架进行疲劳强度分析，根据得到的分析结果对顶梁、底座、尾梁、立柱进行寿命预测。
　　本文得出的研究成果可为放顶煤液压支架强度分析、结构优化及放顶煤时间控制提供依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 选题的背景及研究的意义

1．2 放顶煤液压支架国内外研究现状与发展

1．2．1 国外放顶煤液压支架发展历程

1．2．2 国内放顶煤液压支架技术现状

1．3 本文的研究内容

2 放顶煤液压支架放煤过程EDEM仿真分析

2．1 EDEM软件简介

2．2 顶煤破碎规律

2．3 EDEM仿真模型的建立及参数设定

2．3．1 离散元法概述

2．3．2 接触模型

2．3．3 时间步长的确定

2．3．4 颗粒模型及参数的设定

2．4 仿真结果分析

2．5 本章小结

3．综放采场支架-围岩多刚体耦合动力学建模与仿真分析

3．1 耦合动力学定义

3．3 综放采场支架-围岩虚拟模型的建立

3．3．1 RecurDyn动力学仿真软件简介

3．3．2 综放采场支架-围岩耦合模型建立

3．3．3 虚拟模型约束条件

3．3．4 模型载荷与驱动施加

3．4 综放采场支架-围岩动力学模型求解

3．4．1 支架顶梁受力分析

3．4．2 立柱受力分析

3．5 本章小结

4 综放采场支架-围岩刚柔耦合动力学分析

4．1 部件柔性化处理

4．1．1 RecurDyn刚柔混合建模技术

4．1．2 放顶煤液压支架柔性化处理

4．1．3 直接顶柔性化处理

4．2．支架-围岩刚柔耦合动力学模型建立

4．3．支架-围岩刚柔耦合动力学仿真结果分析

4．3．1．支架顶梁受力分析

4．3．2．立柱受力分析

4．4 本章小结

5 放顶煤液压支架疲劳强度分析及关键部件寿命预测

5．1 放顶煤液压支架顶梁强度分析

5．1．1 顶梁的结构特点

5．1．2 顶梁有限元模型建立

5．1．3 顶梁有限元仿真及分析

5．1．4 顶梁疲劳寿命分析

5．2 放顶煤液压支架底座强度分析

5．2．1 底座的结构特点

5．2．2 底座有限元模型建立

5．2．3 底座有限元仿真及分析

5．2．4 底座疲劳寿命分析

5．3 放顶煤液压支架尾梁强度分析

5．3．1 尾梁的结构特点

5．3．2 尾梁有限元模型建立

5．3．3 尾梁有限元仿真及分析

5．3．4 尾梁疲劳寿命分析

5．4 放顶煤液压支架立柱强度分析

5．4．1 立柱的结构特点

5．4．2 立柱有限元模型建立

5．4．3 立柱有限元仿真及分析

5．4．4 立柱疲劳寿命分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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