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加辅助梁式轻型液压支架的结构设计及有限元分析

作　者: 潘宇鹏
导　师: 王春华
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 辅助梁液压支架四连杆机构有限元分析
分类号: TD355.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

液压支架是综合机械化采煤的主要设备之一,工作中通过液压力对顶板进行安全支护,被广泛的应用在煤矿生产中。在中小型煤矿企业中,为节约成本,支架类型主要采用轻型支架。使用中,普通轻型支架结构尺寸小使得支护阻力小、支护面积小、支护稳定性差;容易出现散架、压死、零部件损坏现象。针对煤炭生产中支架反映的问题,提出一种加辅助梁式轻型液压支架架型。以ZZ1600/12/17型液压支架为设计母机,对顶梁和掩护梁分别设计辅助梁结构。论文通过对支架各支撑结构进行选型设计,给出新型支架结构方案;利用Matlab软件分析支架四连杆结构参数对支架强度的影响,得出支架各结构参数范围;运用Pro/E软件建立了新型支架的三维实体模型;以ANSYS软件为工具,对支架主要结构进行有限元分析,得出不同试验加载条件下的位移云图和应力云图,判断支架强度是否满足工作要求,依据有限元分析结果给出提高支架强度方法。新型支架可以通过控制梁的宽度改变支架的支护面积;多立柱结构增加了支架的支护阻力、增强了支架工作中的稳定性和对复杂地质条件的适应性,减少支架工作中损坏现象;并且减少了支架投入成本。加辅助梁式支架的设计对支架结构提出了一种新的设计方案,并对轻型液压支架的研制与开发提供参考。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-16
  1.1 液压支架的作用分类及特点  11-12
  1.2 液压支架的研究现状  12-13
    1.2.1 国外液压支架的发展概况  12
    1.2.2 我国液压支架发展的现状  12-13
  1.3 轻型液压支架的使用背景  13-14
  1.4 轻型液压支架存在的问题  14
  1.5 新型液压支架特点及设计思路  14-15
  1.6 本论文研究的内容  15
  1.7 本章小结  15-16
2 液压支架的结构设计及强度检测方法  16-31
  2.1 新型液压支架的结构组成  16-24
    2.1.1 顶梁的结构及其断面形状  16-18
    2.1.2 掩护梁及其辅助结构设计  18-19
    2.1.3 四连杆机构设计  19-20
    2.1.4 底座结构设计  20-22
    2.1.5 辅助结构的设计  22-23
    2.1.6 新型支架辅助梁柱窝数量确定及结构的合理性  23
    2.1.7 普通支架与加辅助梁式液压支架比较  23-24
  2.2 液压支架架型试验  24-29
    2.2.1 液压支架强度试验  24-25
    2.2.2 液压支架试验加载垫块和尺寸确定  25-27
    2.2.3 支架在不同试验条件下力学公式推导  27-29
    2.2.4 传统设计与虚拟样机设计的比较  29
  2.3 本章小节  29-31
3 液压支架的结构参数对支架强度的影响  31-43
  3.1 新型液压支架的支护性能与支架的外载荷  31
  3.2 液压支架平面结构受力假设简化  31-32
  3.3 液压支架主要技术参数  32-35
    3.3.1 老顶级别的确定  32
    3.3.2 支架结构参数确定方法  32-33
    3.3.3 支架间距与底座长度确定  33
    3.3.4 支护面积与支护强度的确定  33-35
  3.4 四连杆机构的作用和四连杆机构分析  35-42
    3.4.1 四连杆机构的作用  36-37
    3.4.2 四连杆机构与附加力的影响  37-39
    3.4.3 四连杆机构的数学模型  39-40
    3.4.4 几何尺寸对附加力的影响  40-42
  3.5 本章小节  42-43
4 新型液压支架的虚拟建模及有限元分析  43-68
  4.1 液压支架强度分析方法  43-44
  4.2 软件的选择  44-45
    4.2.1 三维建模软件的选择  44
    4.2.2 有限元分析软件的选择  44-45
  4.3 三维建模的建立和输出  45-50
    4.3.1 模型的简化  45-46
    4.3.2 模型的建立  46-49
    4.3.3 模型的输出  49-50
  4.4 支架的有限元结构分析  50-67
    4.4.1 有限元结构分析理论介绍  50-51
    4.4.2 模型单元类型及材料属性的选择  51-53
    4.4.3 新型液压支架的网格模型划分  53-55
    4.4.4 支架有限元分析的边界条件的确定  55-57
    4.4.5 新型液压支架试验载荷的确定  57-58
    4.4.6 液压支架结构强度分析及结果讨论  58-67
  4.5 本章小节  67-68
结论  68-69
参考文献  69-72
作者简历  72-73
学位论文数据集  73-74

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