D382-超静定薄煤层液压支架设计 下载积分：50　资料编号： D382

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摘  要

随着煤炭资源的日益减少，如何更好的实现对薄煤层的开采成为了一个重要话题。在我国西南部的很多矿区，薄煤层已经成为主采煤层。液压支架作为煤矿开采的重要支护设备，在保证工人的人身安全的同时，还要提高煤矿的生产效率。因此，研制高质高效的薄煤层液压支架具有重要的意义。

传统的液压支架使用两柱或四柱支撑，工作阻力小，而且四连杆机构设计起来十分困难，最终只能用近似的双纽线实现顶梁端部的运动，顶梁仍然有倾向煤壁的趋势。本文设计的液压支架采用八根立柱支撑，支护阻力大，取消了四连杆机构，用立柱的液压力抵抗水平力，是液压支架设计方法的巨大进步。

本文设计的内容主要包括：顶梁、底座、前梁、立柱等关键部件的结构设计，建立液压支架的三维模型，实现运动仿真，最后进行有限元分析校核关键部件的强度。设计的过程中参考了现有液压支架结构设计的优点，如顶梁的箱形结构、底座的底分式结构等。

本设计的主要创新点在于：八根立柱对顶板实现密集支护，不仅提高了支护阻力，而且可以通过更换不同缸径的悬浮式立柱，实现支架的模块化设计、 集成化装配和规模化生产，大大缩短了生产和检测周期，加快了我国综采机械化生产进程。薄煤层液压支架一般采用邻架控制，为了减少管路上的压力损失，方便人员的操作，设计了一种先导控制的液压系统，对液压支架液压系统的设计具有一定的参考价值。

关键词：液压支架； 超静定结构； 运动仿真； 有限元分析

目    录

1 绪论 1

1.1薄煤层开采技术 1

1.2液压支架的用途及分类 1

1.2.1 液压支架的作用 1

1.2.2 液压支架的工作过程 1

1.2.3 液压支架的现场布置 3

1.2.4 液压支架的分类 4

1.2.5 液压支架的支护方式 5

1.2.6对液压支架的基本要求 5

1.3薄煤层液压支架的结构特点 5

1.4液压支架的国内外现状及发展趋势 6

1.5超静定结构的创新和优点 9

2 液压支架整体结构设计 10

2.1液压支架的设计参数 10

2.2支架的高度和支架的伸缩比 10

2.2.1支架高度 10

2.2.2支架的伸缩比 10

2.3支架间距 11

2.4底座长度的确定 11

2.5顶梁尺寸 11

2.5.1支架工作方式对顶梁长度的影响 11

2.5.2顶梁长度 11

2.5.3顶梁宽度 12

2.5.4顶板覆盖率 13

2.6立柱布置 13

2.6.1立柱数 13

2.6.2支撑方式 13

3 液压支架部件设计 14

3.1顶梁 14

3.1.1主要作用 14

3.1.2结构型式 14

3.1.3 顶梁结构和断面形状 15

3.2侧护板的设计 17

3.2.1 侧护板的作用 17

3.2.2 侧护板的结构型式 17

3.2.3 侧护板尺寸的确定 18

3.3 底座的设计 19

3.3.1 底座的作用 19

3.3.2底座的结构形式 19

3.4推移装置的设计 20

3.4.1 推移装置的用途 20

3.4.2 推移装置的要求 20

3.4.3 推移装置的结构 21

3.5 立柱的设计 24

3.5.1 立柱的类型 24

3.5.2 悬浮式液压支柱的优点 24

3.6 辅助装置的设计 25

3.6.1 护帮装置的设计 25

3.6.2 防倒装置的设计 26

3.7 液压支架的主要技术参数 27

3.7.1 支护面积 27

3.7.2 支护强度 27

3.7.3 支护效率 27

3.8千斤顶参数的设计 28

3.8.1推移千斤顶 28

3.8.2侧推千斤顶 28

4 立柱结构设计和强度校核 29

4.1单伸缩立柱缸径和工作阻力的确定 29

4.1.1 单伸缩立柱缸径的确定 29

4.1.2 泵站压力的确定 29

4.1.3 立柱初撑力的计算 29

4.1.4立柱工作阻力的计算 30

4.1.5 立柱缸体壁厚的计算 30

4.2 油缸稳定性验算和立柱强度校核 31

4.2.1 油缸稳定性验算 31

4.2.2 活柱强度验算 31

4.2.3 缸体与缸底焊缝强度验算 33

5 液压支架受力分析 34

5.1概述 34

5.1.1 支架工作状态 34

5.1.2计算载荷的确定 34

5.2液压支架的受力分析与计算 35

5.2.1 前梁的受力分析与计算 35

5.2.2 主顶梁的受力分析与计算 36

5.2.3 底座的受力分析与计算 37

5.3顶梁的载荷分布 37

5.4 底座接触比压 38

6 液压支架强度计算 40

6.1 强度条件 40

6.2 前梁强度校核 41

6.3 顶梁强度校核 44

6.4 底座强度校核 48

6.5销轴及耳板的强度校核 51

6.5.1前梁与顶梁联结处销轴的强度校核 52

6.5.2前梁与顶梁联结处耳板的强度校核 53

6.5.3立柱与底座处销轴的强度校核 53

6.5.4立柱销轴支座的强度校核 54

6.5.5其他地方销轴和耳板的强度校核 55

7 液压支架的液压系统设计 56

7.1液压支架的液压系统简介 56

7.1.1液压支架传动系统的基本要求 56

7.1.2液压支架的液压传动特点 56

7.1.3液压支架的控制方式 56

7.2液压支架的液压系统拟定 57

8 液压支架的运动仿真和有限元分析 59

8.1基于PRO/E的三维实体建模 59

8.1.1建模的目的与意义 59

8.1.2 PRO/E中建模方法 60

8.1.3 PRO/E中虚拟装配 62

8.1.4 PRO/E中运动仿真 63

8.1.5 PRO/E仿真结果分析 66

8.2基于ANSYS WORKBENCH 12的有限元分析 68

8.2.1虚拟压架实验 69

8.2.2 ANSYS WORKBENCH 12有限元分析 69

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