【文章內容簡介】 ????63 PRO/E 仿真結果分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????66 基于 ANSYS WORKBENCH 12 的有限元分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????68 虛擬壓架實驗 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????69 ANSYS WORKBENCH 12 有限元分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????699 結論 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7810 參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7911 翻譯 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????80外文原文 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????80中文譯文 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8412 致謝 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????91中國礦業(yè)大學 11 屆本科生畢業(yè)設計 第 0 頁1 緒論煤炭工業(yè)是國民經濟重要的基礎產業(yè)。我國的薄煤層資源豐富，全國薄煤層的儲量占全部可采儲量的 ％，分布面廣，煤質好。但由于薄煤層采煤生產效率低，經濟效益差，部分煤礦不重視薄煤層的開采，造成許多薄煤層煤炭資源嚴重浪費。隨著厚煤層及中厚煤層煤炭資源的逐漸減少，許多煤礦開始重視對薄煤層的開采工作。液壓支架是現代化煤礦進行高效綜采和安全生產最為關鍵的設備之一。無論是采用刮板輸送機、滾筒采煤機和液壓支架的綜采技術，還是運行軌道、強力刨煤機和液壓支架的綜采技術，液壓支架都是作為煤礦井下支護關鍵設備，因此，研究高質高效的薄煤層液壓支架有著重要的意義。 薄煤層開采技術五十年代以前，我國在薄煤層中主要使用炮采工藝，以后使用了截煤機掏槽爆破落煤，并發(fā)展了薄煤層采煤機，六十年代開始采用刨煤機，并在技術上逐步得到完善。薄煤層開采應有合適的配套設備，目前，從國內外發(fā)展來看，比較理想的是刨煤機或爬底板式采煤機采煤，用液壓支架進行支護，實現采煤機械化。在現有技術條件下， 左右煤厚的煤層可用的采煤方法有：1 傳統的長壁炮采采煤法；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 綜合機械化采煤法。以上四種可行的薄煤層采煤方法中，第一、二種采煤方法由于工人勞動強度大，作業(yè)條件惡劣，生產效率低，同時不符合現代技術的發(fā)展方向，除個別開采條件過于復雜，難以使用綜采機組開采的區(qū)域以外，不應推薦其作為主要的采煤方法。第三種采煤方法具有勞動強度較小，作業(yè)環(huán)境良好的優(yōu)點，但由于其生產效率太低，難以使作為保護層開采的薄煤層開采和主采煤層的開采速度相配套，也難以作為薄煤層開采的主要采煤方法。只有薄煤層綜采開采既具有工人勞動強度小、作業(yè)環(huán)境較好的優(yōu)點，也具有安全高效的優(yōu)勢，滿足了主采煤層高強度開采的需要，更代表了薄煤層采煤方法的技術發(fā)展方向,因此，對于薄煤層的高產高效提出了更高的要求。 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備之一，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業(yè)空間，推移工作面采運設備。實踐表明，液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲刮板輸送機和采煤機組成綜采機械化采煤設備，它的應用對增加采煤工作面產量、提高勞動生產率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術上先進、經濟上合理、安全上可靠，是實現采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設備。 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 11 屆本科生畢業(yè)設計 第 1 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；10乳化液泵；11 主供液管；12 主回液管當操縱閥 8 處于升柱位置時，從乳化液泵站來的高壓液體通過操縱閥 液控單向閥6 進入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當操縱閥 8 處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。支架的前移和推移輸送機是通過操縱閥 7 和推移千斤頂 4 來進行的。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥 7 置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進入推移千斤頂 4 的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。這時，支架以輸送機為支點前移。移架結束后，在把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥 7 置于推溜位置，高壓液體進入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機以支架為支點被推向煤壁。2 支架的承載過程支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學作用的過程。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。（1）初撐階段在升架過程中，當支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥 6 立即關閉，這一過程為支架的初撐階段。初撐力的大小取決于泵站的工作壓力、立柱缸徑和立柱的數量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產的關鍵。（2）承載增阻階段支架初撐結束后，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，呈現增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。（3）恒阻階段隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。當升高到安全閥 5 的調定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當降到安全閥的調定壓力時，安全閥關閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復這一過程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數值上，這是支架的恒阻階段。此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調定壓力決定的。對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。支架的支撐力和時間的關系曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖 所示。中國礦業(yè)大學 11 屆本科生畢業(yè)設計 第 2 頁 支架的工作特性曲線t0—初撐階段；t 1—增阻階段；t 2—恒阻階段；p 1—初撐力；p 2—工作阻力 液壓支架的現場布置 液壓支架在工作面布置示意圖1－采煤機 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機 4－轉載機 5－刮板輸送機 6－主進液管 7－主回液管 8－乳化液泵 9－乳化液箱 10－端頭支架 11－單體液壓支柱圖 所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。每個工作面一般由滾筒、采煤機、液壓支架、刮板輸送機、裝載機、乳化液壓站和油管等主要設備組成。為了實現頂板及時支護，常采用先移架后推溜的方式。采煤機每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個主要動作過程。AA 截面是采煤機割煤前支架的工作狀態(tài)。此時，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機緊靠煤壁。采煤機割煤后，支架尚未前移時（BB 截面），端面距最大（等于采煤機截深）；當支架降柱卸載前移，然后升柱支護新裸露頂板時，端面距又達到最?。–C 截面）。支架支撐頂板后，以其為支點操作推溜千斤頂。將輸送機推向煤壁，實現推溜。此時，推溜千斤頂的活塞桿又處于伸出狀態(tài)（DD 截面），以便完成下一個動作過程。隨著采煤機割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復上述四個主要動作過程。從而對中國礦業(yè)大學 11 屆本科生畢業(yè)設計 第 3 頁頂板進行及時支護，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備的安全，實現頂板管理及采煤作業(yè)過程機械化，提高采煤工作效率。 液壓支架的分類 1 按架型結構及與圍巖關系分 （1）掩護式 1）支掩掩護式支架分插底式和不插底式； 2）支頂掩護式分為支架平衡千斤頂設在頂梁與掩護梁之間和支架平衡千斤頂設在底座與掩護梁之間。 （2）支撐掩護式 1）支頂支撐掩護式支架； 2）支頂支掩支撐掩護式，其中一排立柱支撐在掩護梁上。 （3）支撐式支架 1）節(jié)式支架分兩框架式、三框架及四框架組合式兩類； 2）垛式支架。 2 按適用煤層傾角分 （1）一般工作面支架； （2）大傾角支架。 3 按適用采高分 （1）薄煤層支架； （2）中厚煤層支架； （3）大采高支架。 4 按適用采煤方法 （1）一次采全高支架； （2）放頂煤支架；（3）鋪網支架； （4）充填支架。 5 按在工作面中的位置分 （1）工作面支架； （2）過渡支架（排頭支架）； （3）端頭支架。 6 按穩(wěn)定機構分（1）四連桿機構支架； （2）單鉸點機構支架； （3）反四連桿機構支架； （4）單擺桿式支架； （5）機械限位支架（橡膠限位、彈簧鋼板限位、千斤頂限位）。7 按組合方式（1）單架式支架； （2）組合式支架。8 按控制方式分中國礦業(yè)大學 11 屆本科生畢業(yè)設計 第 4 頁（1）本架控制方式； （2）鄰架控制方式； （3）成組控制方式。9 按控制原理分（1）液壓直接控制支架； （2）液壓先導控制支架； （3）電液控制支架。 液壓支架的支護方式 綜采工作面的主要生產工序有采煤、移架和推溜。3 個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護方式，從而決定工作面“三機 ”的不同配套關系。 1 即時支護 一般循環(huán)方式為：割煤—移架—推溜。 即時支護的特點是：頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應用最廣泛的支護方式。 2 滯后方式 一般循環(huán)方式為：割煤—推溜—移架。 滯后支護的特點是：支護滯后時間較長，梁端距大，支護頂梁較短。適用于穩(wěn)定、完整的頂板。 3 復合支護 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。 復合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加的反復支撐的次數?？捎糜诟鞣N頂板條件，但支架操作次數增加，不能適應高產高效要求，目前應用較少。 對液壓支架的基本要求1 為了滿足采煤工藝及地質條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。2 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100kN 左右；移架力按煤層厚度而定，對中厚煤層一般為 150～250kN。3 防矸性能要好。4 排矸性能要好。5 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。6 為了操作和生產的需要，要有足夠寬的人行道。7 調高范圍要大，照明和通訊方便。8 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。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。10 在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。11 要易于拆卸，結構要簡單。12 液壓元件要可靠。 薄煤層液壓支架的結構特點中國礦業(yè)大學 11 屆本科生畢業(yè)設計 第 5 頁根據煤層厚度劃分，薄煤層截高一般小于 。我國不少礦區(qū)薄煤層是主采煤層。薄煤層支架的結構特點是：1 伸縮比大立柱大多采用雙伸縮立柱，薄煤層支架高度低，操作不太方便，立柱很少采用帶機械加長段結構。為滿足大伸縮比的要求，特別是掩護式液壓支架，立柱傾角較大，在低位狀態(tài)工作時，支護效率較低。2 人行通道困難對于薄煤層支架，如何設置人行通道是十分重要的。在瓦斯含量大、對通風有特殊要求的綜采工作面，大多設計成雙人行通道。支撐掩護式支架的前立柱前留有人行通道，在前、后柱間再設計一個人行通道