大傾角液壓支架穩(wěn)定性及設(shè)計優(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。無論從保持我國東部礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展層面上，還是從西部大開發(fā)戰(zhàn)略層面上，均需要大力開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，對系統(tǒng)穩(wěn)定性具有決定性作用。本文以礦壓理論和計算機仿真技術(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，模擬實際工況對液壓支架結(jié)構(gòu)件和液壓控制系統(tǒng)的特性進行了仿真研究和性能優(yōu)化，并通過實驗室檢測和現(xiàn)場試驗進行了驗證。
　　通過對大傾角綜放工作面支架與圍巖作用機理、頂板運動規(guī)律的分析，明確了大傾角煤層支架圍巖系統(tǒng)出現(xiàn)逆向傾翻、順向傾倒和錯動滑落失穩(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，通過對葛亭煤礦大傾角綜放工作面的仿真，證實了工作面頂板下沉位移量由上至下遞減的規(guī)律，進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)動平衡的大傾角液壓支架工作阻力計算公式。
　　基于液壓支架橫向力學(xué)模型，對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的支架最小殘余支撐力的計算公式；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的受力特點，驗證了防倒防滑設(shè)計的可行性；建

4、立了液壓支架系統(tǒng)的可靠性計算模型，通過實例計算，確立了減少支架平均維修時間對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軟件對液壓支架四連桿機構(gòu)進行了參數(shù)化建模和仿真優(yōu)化，將支架升降過程中梁端距變化控制到12.5mm；基于ANSYS軟件對液壓支架頂梁進行了輕量化設(shè)計，在頂梁強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，驗證了液壓支架結(jié)構(gòu)件設(shè)計的正確性。
　　基于EASY5建立了液壓支架液壓控制系統(tǒng)的仿真模型，通過對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)的動態(tài)特性，并對關(guān)鍵元件的參數(shù)進行了優(yōu)化；提出了一種基于計算機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、主進液和主回

6、液管路直徑及長度對移架速度的影響，明確了增大泵站流量與主回液管徑對于提高移架速度的關(guān)鍵作用；通過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)計了自動增壓初撐力保證裝置，并通過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)計的液壓支架樣機在國家安全生產(chǎn)北京礦山支護設(shè)備檢測檢驗中心的大傾角液壓支架試驗臺上進行了型式試驗，完全符合國家有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；液壓支架完成批量制造后，進行了2個月的現(xiàn)場試驗