超静定薄煤层液压支架设计（全套含CAD图纸）
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第 1页 毕业设计任务书 学院 机电学院 专业年级 学生姓名 任务下达日期： 2011 年 3月 1 日 毕业设计日期： 2011 年 3 月 1日 至 2011 年 6 月 15 日 毕业设计题目： 超静定薄煤层液压支架 毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： （ 1）完成液压支架所有部件的 结构 设计，运用 建立其三维模型，实现运动仿真 ，绘制关键点的运动轨迹 。 （ 2）利用 证结构强度。 （ 3） 工作量要求： 0#图纸不少于 明书不少于 70页 院长签字： 指导教师签字： 第 1 页 外文原文 ： 第 2 页 第 3 页 第 4 页 第 5 页 中文译 文 ： 大倾角液压支架四连杆机构的设计 摘要： 四连杆机构是液压支架起保护作用的重要组件之一。在大倾角液压支架的设计中，第一次用在了参数化模型、仿真和最优化的求解过程中，然后根据三维尺寸模型，通过 顶梁的前向扭转载荷进行有限元分析。用这种方法得到的结果验证了四连杆机构设计的可行性，而且非常好得满足了要求。这种方法提高了液压支架的设计效率，缩短了设计周期。 关键词 ： 液压支架；四连杆机构；优化设计； 限元分析 1 简介 四 连杆机构是液压支架起保护作用的重要组件之一。它主要有两方面的功能：第一，为了在立柱伸缩过程中，能保持顶梁垂直的移动，因此需要在顶梁和煤壁之间保持稳定的距离。四连杆机构被视为最能满足这种要求的。第二，它保证了支架能够承受一定的水平载荷。 在设计大倾角液压支架的过程中，四连杆机构的优化设计是一项十分重要的任务。它的结构尺寸将直接影响到支架的性能状况。在传统的设计过程中，经常使用的是 是结果经常不能满足设计的要求，也不能获得最优解。现在， 越来越广泛得应用到机械动态设计过程中。因此，本文 就是运用 四连杆机构进行建模和仿真，进而获得最优解。为了验证四连杆机构设计的可行性，用 行了有限元分析。 2 四连杆机构尺寸计算 图 1 是支架在最大支撑高度的状态下，对四连杆机构尺寸作出的假设： 2 2 11 1 1 1; ; ; ; ; ; ; ; ; ; t a n .o a A a b B c b C c d D o d E a e Se b F J o S J e L I I L 图 1：四连杆机构的参数 连杆和掩护梁尺寸的计算 如图 2，如果 定了，可得到掩护梁的尺寸： 111s i n ( ) s i n ( ) Q (1) 第 6 页 后连杆尺寸为 ： A I G (2) 前后连杆绞点之间的距离为： 1B I G (3) 前连杆最高点和掩护梁最高点之间的距离为： F G B (4) 后连杆底部和坐标原点之间的距 离是 图二所示。 图 2：四连杆机构的几何关系 连杆长度和尺寸的计算 1） 坐标 当支架处于最高位置 ， 坐标为： 11c o s ( )x F P(5) 1 1 1s i n ( )y H F P (6) 2） 坐标 当支架处于最低位置 ， 坐标为： 22c o s ( )x F P(7) 222s i n ( ) s i n ( )y B P A Q (8) 根据几何学要求，当支架处在最低位置时，必须保证 25 30，这里假设 5， 2212212 c o s ( ) o s ( )G E A Q (9) 3） 坐标 当后连杆和掩护梁处于垂直位置时， 坐标为： 第 7 页 33c o s ( )x F P(10) 333s i n ( ) s i n ( )y B P A Q (11) 13 2 2 21( a r c t a n a r c t a n )2 G A E (12) 332 (13) 4） c 点坐标 因为前连杆长度不会发生变化，所以 1 2 3c b c b c b，故而通过圆的方程可求出 c 点坐标： 2 2 2 2 2 2 2 23 1 3 1 2 3 2 3 2 3 3 13 1 2 3 3 1 2 3( ) ( ) ( ) ( )2 ( ) ( ) ( ) ( ) cx x y y y y x x y y y x y y y y x x (14) 2 2 2 2 2 2 2 22 3 2 3 3 1 3 1 3 1 2 33 1 2 3 3 1 2 3( ) ( ) ( ) ( )2 ( ) ( ) ( ) ( ) cx x y y x x x x y y x x y y y y x x (15)前连杆的长度和角度便可以通过 c 点坐标来获得。 D（ E（ 度的计算 当得到 c 点坐标后， D、 E 长度为： 16) 1 x(17) 把顶梁端点的运动轨迹为斜线作为目标函数，通过程序的到的结果如下所示： 1 2 1 2 3 四连杆机构尺寸参数的优化 通过图 1 对尺寸的定义和程序计算得到的结果，便可以通过 四连杆机构进行建模。通过分析仿真结果可知，计算机程序得到的尺寸参数并不是最佳结果，所以应当通过参数化建模的方法来获得最佳结果，更好的满足设计要求。 在参数化建模的过程中，每一个绞点都被认为是变量，通过对变量结果的分析来来得到设计结果，如表 1 所示： 第 8 页 表 1. 每个变量的设计结果 设计变量 设计点 坐标 初始值（ 灵敏度 （ 优 化的意义 （ 65 78 024 0 0 表 1 中可以获得设计变量的变化范围和灵敏度。 以为调查报告提供各种变化的情况，这其中就包括了灵敏度的变化。如表 1， 灵敏度最大，说明这四个量对优化结果 的影响最大。 四个敏感点确定以后，通过对设计变量变化曲线的比较，来取得最佳的设计结果。通过运行最优化程序，四个设计变量得到了最优化。最后，通过分析和计算得到四连杆机构的最佳模型尺寸。 1 2 1 990A 260B 1125C 265D 478E 1155G 借助 件，根据计算得到的尺寸对四连杆机构进行建模，然后通过仿真轨迹对绞点进行分析，如图 3 所示。 图 分析可知，优化后的结果充分的满足了液压支架的设计要求。 4 液压支架的有限元分析 根据计算得到的四连杆结构尺寸，装配上液压支架的其他部件，便可得到液压支架的三维模型，如图 4 所示。利用 件，可得到 液压支架在正向扭转载荷下的有限元分析模型。 第 9 页 图 4. 液压支架的三维模型 限元分析结果 通过运行有限元程序， 结果以图形的形式显示出来。结果的图示可以根据需要进行修改。例如，应力、应变和应力的动态变化，总体的局部图也可以获得，如图 5 所示。 (a) 前扭转荷载位移 第 10 页 (b) 前扭转荷载应力 (c) 前扭转荷载应变 第 11 页 (d) 前扭负载局部应力 根据计算结果，液压之架的最大变形量是 效前梁的压力为 效应变为 有绞点的情况可从表 2 中看到。 表 柱销 剪切应力（ N） 轴向力（ N） 动量 (扭矩 (掩护梁与顶梁左铰接柱销 40484 0426 护梁与顶梁右铰接柱销 85616 连杆与掩护梁左铰接柱销 5 542 连杆与掩护梁右铰接柱销 5 连杆与掩护 铰接柱销 5 连杆与底座铰接柱销 5 连杆与底座左铰接柱销 5 连杆与底座右铰接柱销 5 据分析 最大的应力应变大概围绕着顶梁，特别是焊接接缝处。立柱受到的载荷也是不一样的。前后立柱靠近载荷的一侧受到的应力大于另外一侧。在载荷的作用下，顶梁前面受到的 影响十分明显。顶梁后面受到了一致的影响。如果载荷太大的话，整个支架会有一种扭转的趋势。从表二中可以看出，掩护梁和顶梁的左右铰接点受到的阻力是不一样的。前连杆和掩护梁、后连杆和掩护梁、后连杆和底座、前连杆和底座受到的阻力是比较大的。 从强度分析可以看出，最大应力的分布是部分区域的。因此，高强度的钢铁经常用到大应力的区域来提高机械强度。这种液压支架完全满足实际的使用标准，也符合大倾角的使用条件。 5 结语 应用 件不仅能进行参数建模、运动轨迹仿真和大倾角液压支架的优化设计，还可以进行动态有限元分析。通过 整 个支架的有限元分析，验证了四连杆机构优化设计的可行性，同时得出 支架的应力分布状况。这样设计出来的液压支架完全达到了煤矿的使用标准，满足了大倾角的使用要求。这种方法提高了液压支架的设计效率，缩短了设计周期。 第 1页 本科生毕业设 计 姓 名： 学 号 ： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 超静定薄煤层液压支架 专 题： 指导教师： 职 称： 二 O 年 六 月 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 of to an In as in to of to of of in or of of is of is of a of of of is a of of of s 3 d to to of of of as of of to of to of up of of in to on of a of of 第 3 页 目 录 1 绪论 错误 !未定义书签。 煤层开采技术 错误 !未定义书签。 压支架的用途及分类 错误 !未定义书签。 压支架的作用 错误 !未定义书签。 压支架的工作过程 错误 !未定义书签。 压支架的现场布置 错误 !未定义书签。 压支架的分类 错误 !未定义书签。 压支架的支护方式 错误 !未定义书签。 液压支架的基本要求 错误 !未定义书签。 煤层液压支架的结构特点 错误 !未定义书签。 压支架的国内外现状及发展趋势 错误 !未定义书签。 静定结构 的创新和优点 错误 !未定义书签。 2 液压支架整体结构设计 错误 !未定义书签。 压支架的设计参数 错误 !未定义书签。 架的高度和支架的伸缩比 错误 !未定义书签。 架高度 错误 !未定义书签。 架的伸缩比 错误 !未定义书签。 架间距 错误 !未定义书签。 座长度的确定 错误 !未定义书签。 梁尺寸 错误 !未定义书签。 架工作方式对顶梁长度的影响 错误 !未定义书签。 梁长度 错误 !未定义书签。 梁宽度 错误 !未定义书签。 板覆盖率 错误 !未定义书签。 柱布置 错误 !未定义书签。 柱数 错误 !未定义书签。 撑方式 错误 !未定义书签。 3 液压支架部件设计 错误 !未定义书签。 梁 错误 !未定义书签。 要作用 错误 !未定义书签。 构型式 错误 !未定义书签。 梁结构和断面形状 错误 !未定义书签。 护板的设计 错误 !未定义书签。 护板的作用 错误 !未定义书签。 护板的结构型式 错误 !未定义书签。 护板尺寸的确定 错误 !未定义书签。 座的设计 错误 !未定义书签。 座的作用 错误 !未定义书签。 座的结构形式 错误 !未定义书签。 移装置的设计 错误 !未定义书签。 移装置的用途 错误 !未定义书签。 移装置的要求 错误 !未定义书签。 第 4 页 移装置的结构 错误 !未定义书签。 柱的设计 错误 !未定义书签。 柱的类型 错误 !未定义书签。 浮式液压支柱的优点 错误 !未定义书签。 助装置的设计 错误 !未定义书签。 帮装置的设计 错误 !未定义书签。 倒装置的设计 错误 !未定义书签。 压支架的主要技术参数 错误 !未定义书签。 护面积 错误 !未定义书签。 护强度 错误 !未定义书签。 护效率 错误 !未定义书签。 斤顶参数的设计 错误 !未定义书签。 移千斤顶 错误 !未定义书签。 推千斤顶 错误 !未定义书 签。 4 立柱结构设计和强度校核 错误 !未定义书签。 伸缩立柱缸径和工作阻力的确定 错误 !未定义书签。 伸缩立柱缸径的确定 错误 !未定义书签。 站压力的确定 错误 !未定义书签。 柱初撑力 的计算 错误 !未定义书签。 柱工作阻力的计算 错误 !未定义书签。 柱缸体壁厚的计算 错误 !未定义书签。 缸稳定性验算和立柱强度校核 错误 !未定义书签。 缸稳定性验算 错误 !未定义书签。 柱强度验算 错误 !未定义书签。 体与缸底焊缝强度验算 错误 !未定义书签。 5 液压支架受力分析 错误 !未定义书签。 述 错误 !未定义书签。 架工作状态 错误 !未定义书签。 算载荷的确定 错误 !未定义书签。 压支架的受力分析与计算 错误 !未定义书签。 梁的受力分析与计算 错误 !未定义书签。 顶梁的受力分析与计算 错误 !未定义书签。 座的受力分析与计算 错误 !未定义书签。 梁的载荷分布 错误 !未定义书签。 座接触比压 错误 !未定义书签。 6 液压支架强度计算 错误 !未定义书签。 度条件 错误 !未定义书签。 梁强度校核 错误 !未定义书签。 梁强度校核 错误 !未定义书签。 座强度校核 错误 !未定义书签。 轴及耳板的强度校核 错误 !未定义书签。 梁与顶梁联结处销轴的强度校核 错误 !未定义书签。 梁与顶梁联结处耳板的强度校核 错误 !未定义书签。 柱与底座处销轴的强度校核 错误 !未定义书签。 第 5 页 柱销轴支座的强度校核 错误 !未定义书签。 他地方销轴和耳板的强度校核 错误 !未定义书签。 7 液压支架的液压系统设计 错误 !未定义书签。 压支架的液压系统简介 错误 !未定义书签。 压支架传动系统的基本要求 错误 !未定义书签。 压支架的液压传动特点 错误 !未定义书签。 压支架的控制方式 错误 !未定义书签。 压支架的液压系统拟定 错误 !未定义书签。 8 液压支架的运动仿真和有限元分析 错误 !未定义书签。 于 的三维实体建模 错误 !未定义书签。 模的目的与意义 错误 !未定义书签。 中建模方法 错误 !未定义书签。 中虚拟装配 错误 !未定义书签。 中运动仿真 错误 !未定义书签。 仿真结果分析 错误 !未定义书签。 于 2 的有限元分析 错误 !未定义书签。 拟压架实验 错误 !未定义书签。 2 有限元分析 错误 !未定义书签。 9 结论 78 10 参考文献 79 11 翻译 80 外文原文 80 中文译文 84 12 致谢 91 本科生毕业设 计 姓 名： 学 号 ： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 超静定薄煤层液压支架 专 题： 指导教师： 职 称： 二 O 年 六 月 毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语 （基础理论及基本技能的掌握； 独立解决实际问题的能力； 研究内容的 理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点； 工作态度 及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩； 存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 毕业设计评阅教 师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩； 存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 毕业设计任务书 学院 机电学院 专业年级 学生姓名 任务下达日期： 2011 年 3 月 1 日 毕业设计日期： 2011 年 3 月 1 日 至 2011 年 6 月 15 日 毕业设计题目： 超静定薄煤层液压支架 毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： （ 1）完成液压支架所有部件的 结构 设计， 运用 建立其三维模型， 实现运动仿真 ，绘制关键点的运动轨迹 。 （ 2）利用 液压支架的主要部件进行有限元分析，验证结构强 度。 （ 3） 工作量要求： 0#图纸不少于 ，说明书不少于 70 页 院长签字： 指导教师签字： 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 of to an In as in to of to of of in or of of is of is of a of of of is a of of of s 3 d to to of of of as of of to of to of up of of in to on of a of of 目 录 1 绪论 1 煤层开采技术 1 压支架的用途及分类 1 压支架的作用 1 压支架的工作过程 1 压支架的现场布置 3 压支架的分类 4 压支架的支护方式 5 液压支架的基本要求 5 煤层液压支架的结构特点 5 压支架的国内外现状及发展趋势 6 静定结构的创新和优点 9 2 液压支架整体结构设计 10 压 支架的设计参数 10 架的高度和支架的伸缩比 10 架高度 10 架的伸缩比 10 架间距 10 座长度的确定 11 梁尺寸 11 架工作方式对顶梁长度的影响 11 梁长度 11 梁宽度 12 板覆盖率 13 柱布置 13 柱数 13 撑方式 13 3 液压支架部件设计 14 梁 14 要作用 14 构型式 14 梁结构和断面形状 15 护板的设计 17 护板的作用 17 护板的结构型式 17 护板尺寸的确定 18 座的设计 19 座的作用 19 座的结构形式 19 移装置的设计 20 移装置的用途 20 移装置的要求 20 移装置的结构 21 柱的设计 23 柱的类型 23 浮式液压支柱的优点 24 助装置的设计 25 帮装置的设计 25 倒装置的设计 26 压支架的主要技术参数 27 护面积 27 护强度 27 护效率 27 斤顶参数的设计 28 移千斤顶 28 推千斤顶 28 4 立柱结构设计和强度校核 29 伸缩立柱缸径和工作阻力的确定 29 伸缩立柱缸径的确定 29 站压力的确定 29 柱初撑力的计算 29 柱工作阻力的计算 30 柱缸体壁厚的计算 30 缸稳定性验算和立柱强度校核 31 缸稳定性验算 31 柱强度验算 31 体与缸底焊缝强度验算 33 5 液压支架受力分析 34 述 34 架工作状态 34 算载荷的确定 34 压支架的受力分析与计算 35 梁的受力分析与计算 35 顶梁的受力分析与计算 36 座的受力分析与计算 37 梁的载荷分布 37 座接触比压 38 6 液压支架强度计算 40 度条件 40 梁强度校核 41 梁强度校核 44 座强度校核 48 轴及耳板的强度校核 51 梁与顶梁联结处销轴的强度校核 52 梁与顶梁联结处耳板的强度校核 53 柱与底座处销轴的强度校核 53 柱销轴支座的强度校核 54 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 压支架的液压系统简介 56 压支架传动系统的基本要求 56 压支架的液压传动特点 56 压支架的控制方式 56 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 于 的三维实体建模 59 模的目的与意义 59 中建模方法 60 中虚拟装配 62 中运动仿真 63 仿真结果分析 66 于 2 的有限元分析 68 拟压架实验 69 2 有限元分析 69 9 结论 78 10 参考文献 79 11 翻译 80 外文原文 80 中文译文 84 12 致谢 91 第 1 页 1 绪论 煤炭工业是国民经济重要的基础产业。我国的薄煤层资源丰富，全国薄煤层的储量占全部可采储量的 分布面广，煤质好。但由于薄煤层采煤生产效率低，经济效益差，部分煤矿不重视薄煤层的开采，造成许多薄煤层煤炭资源严重浪费。随着厚煤层及中厚煤层煤炭资源的逐渐减少，许多煤矿开始重视对薄煤层的开采工作。 液压支架是现代化煤矿进行高效综采和安全生产最为关键的设备之一。 无论是采用刮板输送机、滚筒采煤机和液压支架的综采技术 ， 还是运行轨道、强力刨煤机和液压支架的综采技术 ， 液压支架都是作为煤矿井下支护关键设备，因此，研究高质高效的薄煤层液压支架有着重要的意义。 煤层开采技术 五十年代以前， 我国在薄煤层中主要使用炮采工艺 ， 以后使用了截煤机掏槽爆破落煤 ， 并发展了薄煤层采煤机 ，六十 年代开始采用刨煤机 ， 并在技术上逐步得到 完善。 薄煤层开采应有合适的配套设备 ， 目前 ， 从国内外发展来看 ， 比较理想 的 是刨煤机 或爬底板式采煤机 采煤 ， 用液压支架进行支护 ，实现采煤机械化。 在现有技术条件下， 右煤厚的煤层可用的采煤方法有： 1 传统的长壁炮采采煤法； 2 单体液压支柱高档普采采煤法； 3 薄煤层螺旋钻采煤法； 4 综合机械化采煤法。 以上四种可行的薄煤层采煤方法中，第一、二种采煤方法由于工人劳动强度大，作业条件恶劣，生产效率低，同时不符合现代技术的发展方向，除个别开采条件过于复杂，难以使用综采机组开采的区域以外，不应推荐其作为主要的采煤方法。第三种采煤方法具有劳动强度较小，作业环境良好的优点，但由于其生产效率太低，难以使作为保护层开采的薄煤层开采和主采煤层的开采速度相配套，也难以作为薄煤层开采的主 要采煤方法。只有薄煤层综采开采既具有工人劳动强度小、作业环境较好的优点，也具有安全高效的优势，满足了主采煤层高强度开采的需要，更代表了薄煤层采煤方法的技术发展方向 ,因此，对于薄煤层的高产高效提出了更高的要求。 压支架的用途及分类 压支架的作用 液压支架是综采工作面的主要设备之一，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。 实践表明 ，液压支架具有支护性能好、强度高、 移架速度快、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲刮板输送机和采煤机组成综采机械化采煤设备，它的应用对增加采 煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少 的有效措施。因此，液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠， 是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。 压支架的工作过程 1 支架的升降和推移 第 2 页 图 压支架工作原理图 123456 7、 89101112当操纵阀 8 处于升柱位置时，从乳化液泵站来的高压液体通过操纵阀 8、液控单向阀6 进入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀 8 处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。 支架的前移和推移输送机是通过操纵阀 7 和推移千斤顶 4 来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀 7 置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶 4的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，在把支架升起，使支架撑紧顶板。若将操纵阀 7 置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆腔回液，这时 输送机以支架为支点被推向煤壁。 2 支架的承载过程 支架的承载过程是指支架与顶板之间 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 本科生毕业设 计 姓 名： 学 号 ： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 超静定薄煤层液压支架 专 题： 指导教师： 职 称： 二 O 年 六 月 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语 （基础理论及基本技能的掌握； 独立解决实际问题的能力； 研究内容的 理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点； 工作态度 及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩； 存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 毕业设计评阅教 师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩； 存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 毕业设计任务书 学院 机电学院 专业年级 学生姓名 任务下达日期： 2011 年 3 月 1 日 毕业设计日期： 2011 年 3 月 1 日 至 2011 年 6 月 15 日 毕业设计题目： 超静定薄煤层液压支架 毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： （ 1）完成液压支架所有部件的结构设计，运用 建立其三维模型，实现运动仿真，绘制关键点的运动轨迹。 （ 2）利用 液压支架的主要部件进行有限元分析，验证结构强 度。 （ 3） 工作量要求： 0#图纸不少于 ，说明书不少于 70 页 院长签字： 指导教师签字： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 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 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 of to an In as in to of to of of in or of of is of is of a of of of is a of of of s 3 d to to of of of as of of to of to of up of of in to on of a of of 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 目 录 1 绪论 1 煤层开采技术 1 压支架的用途及分类 1 压支架的作用 1 压支架的工作过程 1 压支架的现场布置 3 压支架的分类 4 压支架的支护方式 5 液压支架的基本要求 5 煤层液压支架的结构特点 5 压支架的国内外现状及发展趋势 6 静定结构的创新和优点 9 2 液压支架整体结构设计 10 压支架的设计参数 10 架的高度和支架的伸缩比 10 架高度 10 架的伸缩比 10 架间距 10 座长度的确定 11 梁尺寸 11 架工作方式对顶梁长度的影响 11 梁长度 11 梁宽度 12 板覆盖率 13 柱布置 13 柱数 13 撑方式 13 3 液压支架部件设计 14 梁 14 要作用 14 构型式 14 梁结构和断面形状 15 护板的设计 17 护板的作用 17 护板的结构型式 17 护板尺寸的确定 18 座的设计 19 座的作用 19 座的结构形式 19 移装置的设计 20 移装置的用途 20 移装置的要求 20 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 移装置的结构 21 柱的设计 23 柱的类型 23 浮式液压支柱的优点 24 助装置的设计 25 帮装置的设计 25 倒装置的设计 26 压支架的主要技术参数 27 护面积 27 护强度 27 护效率 27 斤顶参数的设计 28 移千斤顶 28 推千斤顶 28 4 立柱结构设计和强度校核 29 伸缩立柱缸径和工作阻力的确定 29 伸缩立柱缸径的确定 29 站压力的确定 29 柱初撑力的计算 29 柱工作阻力的计算 30 柱缸体壁厚的计算 30 缸稳定性验算和立柱强度校核 30 缸稳定性验算 30 柱强度验算 31 体与缸底焊缝强度验算 33 5 液压支架受力分析 34 述 34 架工作状态 34 算载荷的确定 34 压支架的受力分析与计算 35 梁的受力分析与计算 35 顶梁的受力分析与计算 36 座的受力分析与计算 37 梁的载荷分布 37 座接触比压 38 6 液压支架强度计算 40 度条件 40 梁强度校 核 41 梁强度校核 44 座强度校核 48 轴及耳板的强度校核 51 梁与顶梁
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