【正文】 ????????????????56 液壓支架的液壓傳動(dòng)特點(diǎn) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????56 液壓支架的控制方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????56 液壓支架的液壓系統(tǒng)擬定 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????578 液壓支架的運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????59 基于 PRO/E 的三維實(shí)體建模 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????59 建模的目的與意義 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????59 PRO/E 中建模方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????60 PRO/E 中虛擬裝配 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62 PRO/E 中運(yùn)動(dòng)仿真 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????63 PRO/E 仿真結(jié)果分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????66 基于 ANSYS WORKBENCH 12 的有限元分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????68 虛擬壓架實(shí)驗(yàn) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????69 ANSYS WORKBENCH 12 有限元分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????699 結(jié)論 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7810 參考文獻(xiàn) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7911 翻譯 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????80外文原文 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????80中文譯文 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8412 致謝 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????91中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁1 緒論煤炭工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。液壓支架是現(xiàn)代化煤礦進(jìn)行高效綜采和安全生產(chǎn)最為關(guān)鍵的設(shè)備之一。在現(xiàn)有技術(shù)條件下， 左右煤厚的煤層可用的采煤方法有：1 傳統(tǒng)的長壁炮采采煤法；2 單體液壓支柱高檔普采采煤法；3 薄煤層螺旋鉆采煤法；4 綜合機(jī)械化采煤法。 液壓支架的用途及分類 液壓支架的作用液壓支架是綜采工作面的主要設(shè)備之一，它的主要作用是支護(hù)采場頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。 液壓支架的工作過程1 支架的升降和推移中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 液壓支架工作原理圖1頂梁；2 立柱；3 底座；4推移千斤頂；5安全閥；6液控單向閥；8操縱閥；9輸送機(jī)；10乳化液泵；11 主供液管；12 主回液管當(dāng)操縱閥 8 處于升柱位置時(shí)，從乳化液泵站來的高壓液體通過操縱閥 液控單向閥6 進(jìn)入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。這時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。（2）承載增阻階段支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。支架的支撐力和時(shí)間的關(guān)系曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖 所示。采煤機(jī)每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^程。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。從而對中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁頂板進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，防止頂板冒落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設(shè)備的安全，實(shí)現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過程機(jī)械化，提高采煤工作效率。 2 按適用煤層傾角分 （1）一般工作面支架； （2）大傾角支架。 6 按穩(wěn)定機(jī)構(gòu)分（1）四連桿機(jī)構(gòu)支架； （2）單鉸點(diǎn)機(jī)構(gòu)支架； （3）反四連桿機(jī)構(gòu)支架； （4）單擺桿式支架； （5）機(jī)械限位支架（橡膠限位、彈簧鋼板限位、千斤頂限位）。 液壓支架的支護(hù)方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。 3 復(fù)合支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤—支架伸出伸縮梁—推溜—收伸縮梁—移架。2 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。5 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。9 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。 薄煤層液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁根據(jù)煤層厚度劃分，薄煤層截高一般小于 。2 人行通道困難對于薄煤層支架，如何設(shè)置人行通道是十分重要的。3 梁體薄薄煤層支架由于其伸縮比大，且最低高度很低，所以結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)既要滿足強(qiáng)度要求，又要截面高度尺寸盡可能小。人行通道最小要求寬 ，凈高 。 從液壓支架的形式來看，有掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架。從用途來看，有端頭液壓支架和中間液壓支架。 中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁新型液壓支架普遍具有微型電機(jī)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)的電液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機(jī)裝有紅外線傳感器裝置，立柱缸徑超過 400MPa。美國是世界上最先進(jìn)的采煤國家，早在 1990 年就己采用額定壓力 50MPa，額定流量478L/ mi n 的乳化液泵站，以實(shí)現(xiàn)支架快速推進(jìn)，移架速度達(dá) 6~8s/架。美國綜采工作面最高日產(chǎn)超 7 萬噸，工效為 1336 噸/工。液壓支架的發(fā)展不斷完善，未來的發(fā)展趨勢主要有以下幾種：1 前連桿加油缸的液壓支架 在掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架中的四連桿機(jī)構(gòu)，克服了頂板作用在支架上的水平力，但當(dāng)水平力過大時(shí)，不能讓壓，為了安全起見，所以掩護(hù)梁和前、后連桿的強(qiáng)度計(jì)算中安全系數(shù)比其他構(gòu)件增加 20%，為了解決此問題，目前國外正在設(shè)計(jì)一種前連桿帶油缸的液壓支架。（2）新型放頂煤液壓支架可設(shè)計(jì)一種回收率高、夾矸少的放頂煤液壓支架。（6）大傾角工作面液壓支架為適應(yīng)煤層傾角小于或等于 45176。 （3）材質(zhì)強(qiáng)化 提高結(jié)構(gòu)件鋼材的強(qiáng)度，采用優(yōu)質(zhì)鋼材，減輕液壓支架的質(zhì)量，設(shè)計(jì)時(shí)可進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，選用合理的材質(zhì)。但總體水平與世界先進(jìn)采煤國家仍存在一定差距。具體條件，開發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)將設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面。 超靜定結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和優(yōu)點(diǎn)1 頂梁和底座通過 8 根懸浮式液壓立柱鉸接連接,，立柱均為二力桿， 所以支架頂梁無論承受哪個(gè)方向上的壓力都不會(huì)對底座產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。同時(shí)，頂梁成為具有多點(diǎn)支撐的柔性頂梁，受力合理，可靠性高。下擺 42176。立柱一旦泄漏，肉眼便可發(fā)現(xiàn)。 支架的高度和支架的伸縮比 支架高度支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定， 其最大與最小高度為： （21）1mHhS?? （22）2na???式中： ——支架最大高度（ mm）； mH——支架最小高度（mm）；n——煤層最大厚度（mm）；h——煤層最小厚度（mm）；n——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度1S——頂板最大下沉量，一般取 100～200mm；2——移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取 50mm；a——浮矸石、浮煤厚度，一般取 50mm；?由設(shè)計(jì)參數(shù) = 及液壓缸的活塞行程 L=400mm，可得出液壓支架的最小高度約mH為 =，所以液壓支架的高度范圍為：～ 。但是考慮盡量減輕支架重量，降低造價(jià)，可搞系列化，加強(qiáng)支架對頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長桿來增加調(diào)高范圍。支架間距 b 要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定，我國刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度為 ,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。在設(shè)計(jì)支架的底座長度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。 支架工作方式對頂梁長度的影響支架工作方式對支架頂梁長度有很大影響。 頂梁長度頂梁長度的確定應(yīng)根據(jù)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)的配套尺寸來確定，薄煤層“三機(jī)”配套除了從生產(chǎn)能力、性能、壽命考慮外，由于薄煤層的復(fù)雜賦存條件，它還必須結(jié)合煤礦的實(shí)際情況，更多地考慮機(jī)械設(shè)備工作機(jī)構(gòu)的最大結(jié)構(gòu)高度、調(diào)高范圍、機(jī)身高度及過機(jī)空間等問題，否則會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)能力和設(shè)備性能的發(fā)揮，降低設(shè)備的使用壽命。（3）采煤機(jī)的最大可能工作牽引速度應(yīng)與支架的移架速度相適應(yīng)。（5）梁端距一般取 150～400mm。事實(shí)上一些掩護(hù)式支架在初撐時(shí)都有頂梁移向煤壁、使梁端距減小的趨勢，所以在確定梁端距時(shí)應(yīng)考慮以上因素。（2）與支架推移機(jī)構(gòu)相聯(lián)結(jié)的位置、配合尺寸和強(qiáng)度等應(yīng)與支架推移機(jī)構(gòu)的位置、結(jié)構(gòu)尺寸和推拉力等相適應(yīng)，并保證推溜時(shí)不致于上飄或下扎。一般，中厚及厚煤層的強(qiáng)力支架應(yīng)配以大運(yùn)輸量的輸送機(jī)，而薄煤層則可適當(dāng)降低要求。其中寬面頂梁一般為 1200mm～1500mm，節(jié)式支架一般為 400mm～600mm。支架控頂距 L 為支架頂梁長度加頂梁前端與煤壁之間的距離。 支撐方式 支撐式支架立柱為垂直布置。同時(shí)由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增大。中國礦業(yè)大學(xué) 11 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁3 液壓支架部件設(shè)計(jì) 頂梁頂梁是支架的直接承載部件，并為立柱、前梁、側(cè)護(hù)板、上連板等提供連接