液压支架初撑力手动增压装置设计分析

摘要

液压支架初撑力是井下采煤工作面支护设备的关键参数，其大小对采煤工作面的正常支护及安全高效生产具有很大影响。但近年来，随着大采高综采技术的不断进步以及矿井开采深度的不断增加，导致支架初撑力严重不足且分布不均等问题的出现，对液压支架的支撑能力和支护性能提出了更高的要求。因此论文对液压支架初撑力手动增压装置进行设计分析研究，提高支架初撑力，防止顶板冒落，增加顶板稳定性。
　　论文首先在现有液压支架研究的基础上，对支架立柱回路系统及其承载过程进行分析，通过多种增压方式的对比分析确定利用手动增压装置进行增压，并基于增压控制回路设计分析确定了液压传动与机械设计相结合的设计方案。其次，根据设计方案对液压支架初撑力手动增压装置进行结构参数设计，完成增压缸缸体、活塞、主阀体及连接件的结构设计，并运用Solidworks建模软件完成手动增压装置的三维建模；在此基础上，根据手动增压装置的增压控制阀的结构特点建立二维流场模型进行FLUENT流场特性分析，完成不同阀芯开口度下的压力、速度及矢量云图分析，分析不同开口度下的流场变化并提出优化意见，验证增压控制阀结构设计的合理性。同时基于AMESim液压仿真平台对手动增压阀、手动增压装置控制回路及支架立柱升架系统回路进行仿真分析，模拟手动增压装置的工作性能和控制回路的动态特性。最后通过对比分析仿真曲线及手动增压装置试制和井下现场安装试验，证明手动增压装置的设计符合预期的增压要求，其结构设计合理、增压效果明显。
　　论文在传统结构设计理论的基础上，通过运用虚拟仿真与流场特性分析对液压支架初撑力手动增压装置进行设计分析和试验证明，手动增压装置能够满足大采高综采工作面的支护及安全生产要求，适应性好，通用性强，增压稳定可靠。研究成果对综采工作面下的液压支架升柱系统的稳定性和矿井采煤工作面的安全生产具有一定的参考价值，并为支架初撑力增压装置的设计与应用提供一定的理论支撑，为后续液压支架初撑力的研究提供了理论基础和宝贵经验，也为煤矿综采设备的开发提供新思路，具有广阔的应用前景和推广应用价值。

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ABSTRACT

Contents

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 发展趋势

1.3 课题研究目的与意义

1.4 主要研究内容

2 液压支架初撑力手动增压装置总体方案设计研究

2.1 液压支架立柱回路系统分析

2.2 液压支架初撑力增压方式分析及手动增压方式确定

2.3 液压支架初撑力手动增压装置具体设计方案

2.3.1 总体设计思路

2.3.2 手动增压装置关键技术研究

2.4 手动增压装置预期增压效果

2.5 本章小结

3 液压支架初撑力手动增压装置结构设计研究

3.1 手动增压装置液压系统设计

3.2 手动增压装置总体结构设计

3.2.1 设计思路分析

3.2.2 增压装置结构型式确定

3.2.3 主要技术参数确定

3.3 手动增压装置增压缸设计研究

3.3.1 增压缸基本参数确定

3.3.2 增压缸的工况分析

3.3.3 增压缸的强度校核

3.4 手动增压装置主阀体设计研究

3.4.1 增压控制阀设计研究

3.4.2 安全阀设计研究

3.4.3 单向阀设计研究

3.5 手动增压装置连接结构设计研究

3.5.1 主阀块及管路的布局设计

3.5.2 管接头及密封

3.6 本章小结

4 基于ANSYS FLUENT的增压控制阀流场特性分析

4.1 物理模型的建立及简化

4.2 数值模拟计算

4.2.1 流体基本控制方程

4.2.2 流场模型的选取

4.2.3 理想模型假设

4.3 网格划分

4.4 初始条件及边界条件设定

4.4.1 初始条件设定

4.4.2 边界条件设定

4.5 增压控制阀的仿真结果及分析

4.5.1 流动结果收敛性分析

4.5.2 不同开口度下物理模型的流场特性分析

4.5.3 阀体结构设计对流体的影响分析

4.6 本章小结

5 基于AMESim的手动增压装置动态特性仿真分析

5.1 手动增压阀的仿真分析

5.1.1 仿真建模及参数设定

5.1.2 仿真曲线对比分析

5.2 手动增压装置控制回路仿真分析

5.2.1 仿真建模

5.2.2 仿真工况与参数设定

5.2.3 仿真回路的特性分析及对比

5.3 支架升柱液压系统仿真分析

5.3.1 立柱升柱工作过程

5.3.2 液压系统仿真模型建立

5.3.3 仿真参数设定

5.3.4 系统仿真结果分析

5.4 手动增压装置现场试验

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.1.1 主要工作

6.1.2 主要结论

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况