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《中原工学院》 2017年
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矿用液压支架液压系统优化设计与验证

刘芳  
【摘要】:本课题来源于平顶山平煤机煤矿机械装备有限公司,针对国际上先进的ZY16800/32/70D型号7米大采液压支架的结构和液压系统优化而进行的研究,课题于2016年立项河南省科技攻关项目。课题对液压支架的结构及液压系统的升级与改进进行了优化设计与仿真验证。课题提出了研究方法。本文对液压支架进行了选型分析计算及主要结构件和执行件的设计,包括液压支架参数的确定、架型的确定、主体结构件的设计与校核、立柱及推移千斤顶的设计、大流量系统的设计等,并且对液压系统管路通径进行了精确的设计计算,理论上验证了液压系统设计的合理性。通过改进增加了液压管路通径,提升了液压支架移架速度。对系统建立了液压支架三维模型,应用有限元分析软件ABAQUS对液压支架进行分析,解决了液压支架上容易出现应力集中的部位缺陷,为今后液压支架的设计建立了设计基础。通过应用仿真软件AMESIM建立了液压支架液压系统的仿真模型,对立柱升降及移架过程进行了仿真,改进了现有液压系统的不足,推算出理想工况下单架支架一个动作循环需要的时间,进一步验证了液压系统设计的合理性。本文得出的研究成果以及所采用的研究方法为液压支架液压系统的相关研究提供了一定的理论和方法借鉴。
【关键词】:液压支架 液压系统 有限元分析 管路布置 仿真
【学位授予单位】:中原工学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD355.41
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-11
  • 1 绪论11-16
  • 1.1 课题背景及意义11-12
  • 1.2 国内外液压支架研究现状12-14
  • 1.2.1 国外液压支架研究现状12
  • 1.2.2 国内液压支架研究现状12-13
  • 1.2.3 国内外液压支架存在的差距13-14
  • 1.3 液压系统仿真技术存在的问题及发展趋势14
  • 1.4 主要研究内容及研究方法14-16
  • 1.4.1 主要研究内容14
  • 1.4.2 研究方法14-16
  • 2 综采工作面液压系统16-21
  • 2.1 液压支架结构简介16
  • 2.2 综采工作面液压系统的组成16-18
  • 2.2.1 乳化液泵站17
  • 2.2.2 供液回路17
  • 2.2.3 中间支架液压系统17-18
  • 2.3 液压支架的工作原理18-20
  • 2.3.1 支架升柱初撑18-19
  • 2.3.2 支架承载19
  • 2.3.3 支架降柱19
  • 2.3.4 移架和推溜19-20
  • 2.4 本章小结20-21
  • 3 液压支架结构和执行元件设计21-28
  • 3.1 液压支架结构设计21-25
  • 3.1.1 液压支架选型21-22
  • 3.1.2 主要结构件设计22-25
  • 3.2 液压支架主要执行元件设计25-27
  • 3.2.1 立柱的设计25-26
  • 3.2.2 推移千斤顶的设计26-27
  • 3.3 本章小结27-28
  • 4 主要结构件和执行元件的强度校核与有限元分析28-43
  • 4.1 主要结构件强度校核28-36
  • 4.1.1 支架力学模型28-29
  • 4.1.2 结构件用材料力学参数29-30
  • 4.1.3 顶梁强度校核30-33
  • 4.1.4 掩护梁强度校核33-34
  • 4.1.5 底座强度校核34-36
  • 4.2 液压支架结构件有限元分析验证36-41
  • 4.2.1 支架三维模型的建立及力学模型简化36
  • 4.2.2 网格的划分36-37
  • 4.2.3 液压支架结构件有限元分析结果37-41
  • 4.3 立柱有限元分析41-42
  • 4.4 本章小结42-43
  • 5 液压系统的优化设计43-63
  • 5.1 优化设计的目标43-44
  • 5.2 关键技术44-46
  • 5.2.1 高压大流量系统配置44
  • 5.2.2 立柱双进双回,旁路回液44-45
  • 5.2.3 一、二级护帮差动连接45
  • 5.2.4 升立柱与收抬底联动45
  • 5.2.5 平衡补偿双向锁实现平衡千斤顶差动连接45-46
  • 5.3 工作面进回液管路通径的设计计算46-51
  • 5.3.1 工作面顺槽管路压力损失的计算46-49
  • 5.3.2 工作面进回液管路的计算49-51
  • 5.3.3 工作面及顺槽总压力降计算51
  • 5.3.4 计算结论51
  • 5.4 架内主进回液管路的计算51-52
  • 5.5 确定主要胶管直径52-53
  • 5.6 关键元件的设计选型与分析53-59
  • 5.6.1 电液主控阀53
  • 5.6.2 双进双回立柱液控单向阀(带旁路回液)53-54
  • 5.6.3 专供液控阀54
  • 5.6.4 立柱安全阀(3000L/min+500 L/min)54-57
  • 5.6.5 推移液控单向阀57-58
  • 5.6.6 一、二级护帮联动控制双向锁58-59
  • 5.6.7 平衡补偿双向锁59
  • 5.7 单台支架一个动作循环时间计算59-62
  • 5.7.1 降架时间61
  • 5.7.2 移架时间61
  • 5.7.3 升架时间61-62
  • 5.8 本章小结62-63
  • 6 液压支架架内管路布置优化63-71
  • 6.1 管路布置优化的背景和目的63
  • 6.1.1 架内管路布置优化的背景63
  • 6.1.2 架内管路布置优化的目标63
  • 6.2 液压支架架内管路布置存在的问题63-64
  • 6.3 造成以上问题的原因分析64-65
  • 6.3.1 造成“胶管长度不合理”的原因分析64-65
  • 6.3.2 造成“架内胶管相互交错、挤压”的原因分析65
  • 6.3.3 造成“管夹规格不合理”的原因分析65
  • 6.3.4 造成“批量系统管路布置不一致”的原因分析65
  • 6.4 改进措施65-66
  • 6.5 改进成果66-70
  • 6.5.1 胶管走向66-67
  • 6.5.2 设计图纸更改67
  • 6.5.3 建立完善“液压系统布置模板库”67
  • 6.5.4 建立完善“胶管规格表”67-70
  • 6.6 本章小结70-71
  • 7 液压系统仿真分析验证71-78
  • 7.1 仿真方法71
  • 7.2 仿真分析计算过程71-77
  • 7.2.1 电液换向阀的仿真计算72-73
  • 7.2.2 立柱升降的仿真计算73-75
  • 7.2.3 移架的仿真计算75-77
  • 7.2.4 仿真结果分析77
  • 7.3 本章小结77-78
  • 8 结论与展望78-80
  • 8.1 结论78-79
  • 8.2 展望79-80
  • 参考文献80-83
  • 附录: 攻读硕士学位期间科研成果83-84
  • 致谢84

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