三自由度双并联液压支架的设计与研究

发布时间：2018-05-28 07:56

  本文选题：液压支架 + 并联机构　； 参考：《安徽理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：液压支架是煤矿综采机械化设备的重要部分之一,是采煤工作面重要的支护设备,必须保证采煤工作面下工作人员和各项作业的安全进行。我国煤炭资源丰富,但煤层条件复杂多变,倾角变化大,导致支护采煤工作面顶板的液压支架会受到因围岩运动产生的空间各方向作用载荷,而现有液压支架的主体支撑立柱为平面前后对称布置,其不具备抵抗侧方向分力的能力,掩护梁下的四连杆机构为平面超静定机构,具有较大自内力,也不具备抵抗侧方向分力的能力。论文针对上述问题,设计了一种以3-RPC并联机构为主体支撑机构的三自由度双并联液压支架,基于机构拓扑结构理论、D-H矩阵、"TRIZ"理论、ADAMS软件和ANSYS Workbench软件,对主体支撑机构进行结构、工作空间分析,以及在液压支架的运动学、动力学和关键零部件优化等方面进行了研究。具体研究工作如下:基于国内外学者对顶底板运动规律的研究,将围岩与液压支架设为关联系统,分析液压支架的受力情况,并表示出工作阻力与围岩压力、掩护梁压力以及连杆作用力等之间的关系,为三自由度双并联液压支架的研究给出了理论依据。基于机构拓扑结构理论、D-H矩阵分别对3-RPC并联支撑机构进行结构、工作空间分析,得出其动平台具有X、Y和Z三个方向的运动特征,并通过"TRIZ"理论对传统液压支架优化设计,最终得出三自由双并联液压支架的设计方案,并对其进行受力分析,证明其在受力方面具有侧向抗压性。通过ADAMS建立新型液压支架的虚拟样机,设置其工作参数,进行运动学、动力学仿真,分析得出并联液压支架具有空间三个方向让压运动能力,并且在液压支架五种通用工况下,具有良好的大倾角和顶板不平整适应性。基于ANSYS Workbench对新型液压支架的主体结构件进行静力学分析,得出整体变形和应力分布情况;利用"Design Exploration"模块对关键零部件进行结构尺寸优化设计,改进了耳座的结构尺寸,大大降低了其最大应力值,同时也减小了质量和空间占用体积,改进后新型并联液压支架满足使用要求,性能更好,为日后产品的研发提供理论的参考。
[Abstract]:Hydraulic support is one of the important parts of mechanization equipment in fully mechanized coal mining. It is also an important supporting equipment in coal mining face. It is necessary to ensure the safety of the workers and all kinds of operations under the coal mining face. China is rich in coal resources, but the coal seam conditions are complex and changeable, and the inclined angle changes greatly, which results in the hydraulic support of the roof of the supporting coal face being subjected to the action load of various directions in space caused by the movement of surrounding rock. However, the main supporting column of the existing hydraulic support is laid out symmetrically before and after the plane, and it does not have the ability to resist the lateral direction force. The four-bar linkage mechanism under the shield beam is a plane statically indeterminate mechanism, which has a large internal force. Also does not have the ability to resist the lateral direction of the force. In order to solve the above problems, this paper designs a three degree-of-freedom double parallel hydraulic support with 3-RPC parallel mechanism as the main supporting mechanism. Based on the topological structure theory of the mechanism, D-H matrix, "TRIZ" theory, Adams software and ANSYS Workbench software, the main support mechanism is constructed. Workspace analysis, kinematics, dynamics and key parts optimization of hydraulic support were studied. The specific research work is as follows: based on the research of the law of roof and floor motion, the surrounding rock and hydraulic support are set up as the related system, and the stress of the hydraulic support is analyzed, and the working resistance and the surrounding rock pressure are expressed. The relationship between cover beam pressure and connecting rod force provides a theoretical basis for the study of three degrees of freedom double parallel hydraulic support. Based on the topological structure theory of mechanism and D-H matrix, the structure and workspace of 3-RPC parallel support mechanism are analyzed, and the motion characteristics of the moving platform in three directions, XY and Z, are obtained, and the traditional hydraulic support is optimized by "TRIZ" theory. Finally, the design scheme of three free double parallel hydraulic support is obtained, and the force analysis is carried out to prove that it has lateral compression resistance. The virtual prototype of the new hydraulic support is built by ADAMS, and its working parameters are set up, and the kinematics and dynamics simulation are carried out. It is concluded that the parallel hydraulic support has the capability of three directions of space and pressure, and under five general working conditions, the parallel hydraulic support has the ability to move in three directions. It has good adaptability of large dip angle and uneven roof. Based on the static analysis of the main structure of the new hydraulic support based on ANSYS Workbench, the overall deformation and stress distribution are obtained, and the structural dimension of the key parts is optimized by using "Design Exploration" module, which improves the structure size of the ear seat. The maximum stress value is greatly reduced, and the mass and space occupied volume are also reduced. The improved parallel hydraulic support meets the requirements of operation and the performance is better, which provides a theoretical reference for future product research and development.
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD355.41

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本文编号：1945919