低位放顶煤液压支架主要结构设计与有限元分析

摘要

放顶煤开采技术在我国厚煤层开采方面取得良好效果，具有煤层硬度适应范围大、煤层厚度适应范围大、煤层倾角适应范围大特点。作为放顶煤开采技术的核心装备之一的放顶煤液压支架，必须具备良好的支护性能、足够的强度刚度、高可靠性特点。
　　本文主要研究低位放顶煤液压支架结构设计和整架有限元分析问题。首先，根据某矿区煤层赋存条件，研究了综放开采用低位放顶煤支架选型设计和结构参数确定问题，建立了支架的三维实体模型。
　　其次，利用Pro/ENGINEER运动骨架模型方法研究了放顶煤支架四连杆优化设计问题，优化后的四连杆机构可以保证支架梁端距变化要求。
　　再次，根据已有的支架空间受力及强度校核方面资料，推导了支架空间受力公式和箱梁式结构强度校核公式，用于计算支架受力和危险截面强度校核。
　　论文还对顶梁为代表的箱梁结构截面优化设计做了探讨，建立顶梁截面尺寸优化问题下的参数化简化模型，采用中心复合实验设计方法抽取样本点，依据响应面法对样本点进行数值模拟，得出各截面参数对等效应力和质量的敏感度影响曲线，用于指导顶梁设计。
　　最后采用ANSYS Workbench软件对支架进行整架有限元分析，仿真支架加载试验时结构变形和应力分布情况，并根据应力云图对应力值较大区域产生原因进行分析和结构改进。根据应力云图合理配置使用高强度钢材，可以在保证强度的前提下降低产品重量，提高支架可靠性。进行有限元分析能够有效缩短产品设计周期，减少试验成本，是支架设计工作的重要步骤。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外液压支架的发展现状

2 液压支架总体设计

2．1 煤层地质条件

2．2 放顶煤液压支架主要结构设计

2．3 放顶煤液压支架整体结构尺寸设计

2．4 本章小结

3 四连杆机构优化设计

3．1 骨架模型优化方法步骤

3．2 四连杆机构特点

3．3 四连杆机构设计要求

3．4 四连杆机构优化过程

3．5 本章小结

4 支架受力及截面强度校核与优化

4．1 液压支架空间受力分析

4．2 箱梁式结构强度校核

4．3 箱梁式结构截面优化设计

4．4 本章小结

5 液压支架整架有限元分析

5．1 有限元计算技术条件

5．2 有限元分析模型简化处理

5．3 有限元分析前处理

5．4 有限元计算结果分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况

附录