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1、 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
2、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
3、真； 有限元分析 ABSTRACT With the decrease of the coal resources, how to mine the thin coal seam better became an important topic. In the southwest of China, the thin coal seam has been the mainly mining area. Hydraulic support as the important supporting equipment in coal mining, not only to ensure the sa
4、fety of workers, but also to improve production efficiency of coal mine. Therefore, the development of the high quality and high efficient hydraulic support in thin coal seam has vital significance. The traditional hydraulic support using two or four hydraulic pillars support the roof of coal seam,
5、the force of the support is small, and the design of four bar linkage is very difficult. Because the movement of the top beam can only realize with approximate Double new line, there are still a tendency of coal wall trend. This paper introduces the design of hydraulic support adopted eight hydrauli
6、c pillars, cancelled four bar linkage, using the hydraulic pressure resist level force. The design method of hydraulic support is a great progress. The main of this paper introduce: The structure of top beam, base beam, front beam and hydraulic pillars and other key parts of the hydraulic support, b
7、uild hydraulic supports 3 d model to realize the movement simulation, use finite element analysis to analyse the structure strength of key parts. The design process of the hydraulic support reference the structure design of the existing hydraulic support, such as the box structure of the top beam. T
8、he main innovation of this design is: eight hydraulic pillars to realize intensive supporting, not only improve support resistance, but also can through replacing different diameter of the hydraulic pillars to realize the modular design , integrated assembly and large-scale production, which greatly
9、 reduce the cycle of production and testing, and also speed up the mechanization of manufacturing process. Thin coal seam hydraulic support general use of the neighboring support control, in order to reduce the pressure loss on the pipeline, the design of the hydraulic system introduce a method of p
10、ilot control , which has some reference value for the design of the hydraulic system. Key words: Hydraulic support； Super static set structure； Movement simulation； Finite element analysis 目 录 1 绪论绪论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.
11、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
12、 2.6.2 支撑方式13 3 液压支架部件设计液压支架部件设计 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
13、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
14、 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.
15、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