大傾角液壓支架穩(wěn)定性及設(shè)計(jì)優(yōu)化研究.pdf

1、煤炭的高效集約化生產(chǎn)是世界煤炭工業(yè)發(fā)展的潮流，但大傾角煤層由于工作面礦壓顯現(xiàn)和圍巖破斷活動(dòng)的復(fù)雜性使得液壓支架等裝備極易傾倒、下滑，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、安全性差。無(wú)論從保持我國(guó)東部礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展層面上，還是從西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略層面上，均需要大力開(kāi)展大傾角煤層綜采技術(shù)與裝備的研究。在大傾角煤層支架與圍巖構(gòu)成的系統(tǒng)中，液壓支架是可控要素，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有決定性作用。本文以礦壓理論和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為支撐，深入研究了大傾角煤層液壓支架穩(wěn)定性及其與圍巖作

2、用關(guān)系，模擬實(shí)際工況對(duì)液壓支架結(jié)構(gòu)件和液壓控制系統(tǒng)的特性進(jìn)行了仿真研究和性能優(yōu)化，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　通過(guò)對(duì)大傾角綜放工作面支架與圍巖作用機(jī)理、頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，明確了大傾角煤層支架?chē)鷰r系統(tǒng)出現(xiàn)逆向傾翻、順向傾倒和錯(cuò)動(dòng)滑落失穩(wěn)的原因；建立了大傾角綜放工作面液壓支架與圍巖相互作用關(guān)系模型，通過(guò)對(duì)葛亭煤礦大傾角綜放工作面的仿真，證實(shí)了工作面頂板下沉位移量由上至下遞減的規(guī)律，進(jìn)而提出了增大液壓支架初撐力與工作阻

3、力的頂板控制策略；采用理論分析法，推導(dǎo)出了基于穩(wěn)定性與保持系統(tǒng)動(dòng)平衡的大傾角液壓支架工作阻力計(jì)算公式。
　　基于液壓支架橫向力學(xué)模型，對(duì)頂板冒空和帶壓移架兩種極限情況下液壓支架的傾倒和下滑現(xiàn)象進(jìn)行了力學(xué)分析，推導(dǎo)出在不采取防倒防滑措施情況下，液壓支架不發(fā)生倒架和下滑的最大煤層傾角和帶壓移架操作時(shí)的支架最小殘余支撐力的計(jì)算公式；建立了工作面支架的防倒防滑分析模型，獲得了液壓支架在傾倒及下滑時(shí)的受力特點(diǎn)，驗(yàn)證了防倒防滑設(shè)計(jì)的可行性；建

4、立了液壓支架系統(tǒng)的可靠性計(jì)算模型，通過(guò)實(shí)例計(jì)算，確立了減少支架平均維修時(shí)間對(duì)于提高液壓支架系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵作用。
　　考慮了惡劣工況對(duì)大傾角液壓支架的性能要求，提出了基于多領(lǐng)域仿真的液壓支架結(jié)構(gòu)件優(yōu)化方法，基于ADAMS軟件對(duì)液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化建模和仿真優(yōu)化，將支架升降過(guò)程中梁端距變化控制到12.5mm；基于ANSYS軟件對(duì)液壓支架頂梁進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，在頂梁強(qiáng)度不變的約束條件下，頂梁質(zhì)量減輕15％；根據(jù)支架與圍巖關(guān)系

5、研究結(jié)果，模擬出5種載荷施加到液壓支架上，通過(guò)整架有限元分析，得到了變形、位移、應(yīng)力和應(yīng)變規(guī)律及受力特點(diǎn)，驗(yàn)證了液壓支架結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)的正確性。
　　基于EASY5建立了液壓支架液壓控制系統(tǒng)的仿真模型，通過(guò)對(duì)液壓支架升柱與降柱、推溜與移架、溢流承載以及卸載沖擊工況的仿真，獲得了不同工況下液壓控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，并對(duì)關(guān)鍵元件的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；提出了一種基于計(jì)算機(jī)仿真的液壓支架移架速度定量化研究方法，分析了泵站流量、泵站壓力、主進(jìn)液和主回

6、液管路直徑及長(zhǎng)度對(duì)移架速度的影響，明確了增大泵站流量與主回液管徑對(duì)于提高移架速度的關(guān)鍵作用；通過(guò)仿真立柱下腔壓力變化及活柱位移變化，找到了液壓支架初撐力不足的原因，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了自動(dòng)增壓初撐力保證裝置，并通過(guò)仿真證明了其原理的可行性。
　　根據(jù)本文理論研究成果所設(shè)計(jì)的液壓支架樣機(jī)在國(guó)家安全生產(chǎn)北京礦山支護(hù)設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)中心的大傾角液壓支架試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了型式試驗(yàn)，完全符合國(guó)家有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；液壓支架完成批量制造后，進(jìn)行了2個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)