为保证工作面液压支架与采煤方法及工作面地质、煤层等条件相匹配,达到大幅度提升工作面采煤效率和安全性的目的,以放煤采煤工艺为例完成对其液压支架的选型设计。对所选型液压支架四连杆机构的尺寸以及顶梁尺寸进行适用性设计,并对液压支架的支护效果进行验证,为后续进一步保证不同采煤工艺下的支护效果和生产效率奠定基础。

以ZY3400/17/39液压支架顶梁为研究对象,分析了扭转工况下应力分布情况,基于ABAQUS拓扑优化模块对顶梁进行分析,得到结构拓扑优化结果,并根据拓扑优化结果和液压支架的实际使用中出现的问题对顶梁的结构进行优化。优化后结构应力计算结果表明相较于原结构在扭转工况下最大应力值为442.9 MPa,减小了65.8 MPa。由此可得,优化方案更加安全可靠,对提高压夜支架实际使用寿命具有重要意义,对于液压支架的改进设计具有重要参考意义。

依据现有某型号掩护梁液压支架,以顶梁为研究对象。利用Croe软件建立顶梁三维模型,所有尺寸包括连接顶梁的各个加筋板之间连接所形成的角焊缝均严格按照图纸要求来绘制。然后将模型导入ANSYS workbench中,依据真实结构设置了焊缝位置,最后分析得到模型在不同焊缝处理条件下的应力分布结果,为液压支架的使用提供理论参考。

巷道超前支护液压支架顶梁对于煤矿生产安全有重要影响。以辛置煤矿ZT 2×3200/18/35型超前支护液压支架为例,介绍了液压支架顶梁结构形式的选择和设计,并通过有限元方法对顶梁开展了静力学分析和模态分析,验证了顶梁结构的可靠性和安全性.

为了提高液压支架关键部件设计的效率,在对其结构选择分析的基础上,确定变量参数,利用SolidWorks的函数接口对其进行二次开发,建立能用变量参数驱动的液压支架部件三维模型,直接应用SolidWorks的有限元分析功能对三维模型进行分析,依据分析结果判断设计是否合理,如不合理,无需重新建立三维模型,只需用参数驱动三维模型,然后重复有限元分析过程,最终达到设计要求。

为探究工作阻力在18000 kN以上的四柱放顶煤液压支架顶梁后柱窝后部结构形式与顶梁后柱窝点到顶掩铰接孔距离的关系,分析了顶梁后柱窝所受弯矩与顶梁后柱窝点到顶掩铰接点距离的关系。根据后柱窝点到顶掩铰接点距离大小,从结构设计角度,将顶梁后柱窝后部结构归纳整理为全箱形结构、半箱形结构及无箱形结构。针对每种结构,经有限元分析、局部参数优化及适用性分析后,给出具体应用案例,为大工作阻力放顶煤液压支架顶梁后部的结构设计提供参考,为提高液压支架的使用寿命及可靠性提供支持。

利用有限元分析软件ANSYS对大采高液压支架在顶梁受扭转载荷且底座两端受载的工况进行分析发现在该载荷下大采高液压支架顶梁和底座应力分布较为严重其中最大应力发生在大采高液压支架顶梁与垫块连接处.因此对该处进行结构优化再次分析后发现大采高液压支架应力分布基本不变但是最大应力却得到显著降低这为后续大采高液压支架的设计奠定了基础.

以掩护式支架顶梁为研究对象对其在5种工况条件下的虚拟强度进行了分析由分析结果确定以筋板及盖板的结构参数为设计变量进行顶梁结构的优化设计进而建立了顶梁的优化函数并以优化设计变量为变化参数建立顶梁的参数化模型利用ANSYS Workbench的DesignXplorer模块进行了多工况条件下的顶梁优化设计。

对WS1．7型液压支架的顶梁进行了应力测试，通过12000多次的耐久性试验。得出各种试验工况下各测点的最大应力值，并对试验现象及测试结果进行了分析。