底座结构的特殊性决定了底座扭转时力的传递方式具有特殊性。将底座看成平面空间系统的刚架体,并认为掩护梁、前后连杆和底座组成的系统为三点扭转的完整分析模型。以该系统为基础进行有限元分析,用电测法进行应力测量,辅以验证。结果表明,底座柱窝处主肋上沿应力较大;三点扭转时前后连杆力较小,因此可将底座独立出来建立简化的刚架分析模型。为后续建立理论的底座扭转分析模型奠定基础。

对液压支架四连杆机构工作原理进行分析,简化四连杆机构,建立四连杆机构模型。研究基于ANSYS的仿真优化计算工作流程,建立液压支架三维模型,导入ANSYS对四连杆机构进行仿真,得到后连杆受力曲线图和顶梁前端运动轨迹。为了降低后连杆的受力,提高后连杆的稳定性,将液压支架的前、后连杆长度均减少30 mm,重新建立模型进行仿真。仿真结果显示,优化后后连杆的受力明显减小,而且顶梁前端的运动轨迹未超出允许值,由此可知优化后的液压支架性能更佳。

通过逻辑分析构建了采煤机液压盘式制动器故障与基本事件的故障树模型;采用二元决策图分析故障树模型,得到了导致制动器故障发生的最小割集,并通过状态枚举法计算了基本事件的结构重要度。结果表明,所列举的任一基本事件的失效均会导致制动器故障。为采煤机液压盘式制动器的故障诊断提供了理论依据。

为确保掘进巷道施工的合理性,对恒阻大变形锚索和单体液压支架的力学特性进行了现场测试,并对综合支护效果进行了数值模拟。研究结果表明恒阻大变形锚索与单体液压支架的支护效果良好,在施工成本允许的前提下,增大切顶高度和切顶角度、加固锚索,可有效降低巷道的应力峰值,改善应力集中现象。

液压支架是煤矿井下开采和安全支护的主要设备,液压支架的姿态决定了生产过程能否顺利进行。首先针对影响液压支架姿态的关键参数进行解析,并对其进行数学建模,为支架的姿态调整提供了依据,提出了一种基于马尔科夫理论的支架姿态预测方法。该方法可以实现液压支架移架过程中对下一个支护状态相关姿态参数的预测。仿真结果显示,该方法可以提供误差较小的预测结果,为对支架姿态异常的判断提供了参考依据,同时也为液压支架的自适应调整、自动化控制提供了新的方向和启发。

针对液压支架布局分散、协同作业和远程监控管理效率低等问题,设计了一种基于S7-1200 PLC和CAN的液压支架远程监控系统。采用主从交互式CAN通信网络,S7-1200 PLC为通信中继和现场主控制器,通过CAN报文实时监控支架电液系统运行状态;带CAN控制器的STM32为从控制器,利用中断响应控制CAN通信、信号采样和电磁阀动作。该系统可实现液压支架的远程监控管理,对提高综采面机电设备协同作业效率具有一定的参考价值。

为改善液压支架在工作过程中的运动和受力情况,设计过程中对支架的结构和受力进行分析。首先构建四连杆结构运动方程,并在Python程序中设置多变量多条件求解得到多组四连杆结构参数,选取3组参数进行支架建模并运用ADAMS软件进行运动受力仿真分析。在此基础上,对最优四连杆结构支架的立柱倾角进行调节再建模和受力仿真分析。结果表明液压支架的运动取决于四连杆结构,但受力取决于立柱倾角和四连杆结构等多个因素。为提高支架的使用安全性和顶板支护能力,设计时应综合考虑四连杆结构参数和立柱倾角。

为更好地了解ZY8640/2550/5500型液压支架立柱在受载时各点处的应变情况,建立了该立柱的受载模型,并利用SolidWorks建立其三维模型,利用Workbench软件进行模拟仿真,得到立柱在1.5倍额定载荷下各缸体的应变值。在液压立柱试验台上进行试验,验证仿真结果的正确性。由仿真和试验得出立柱在受载时二级缸的形变量大于一级缸,形变百分比达到0.0121%。因此在立柱设计中,二级缸应采用硬度更高、材质更好的材料。

为选择合理的锚杆钻机液压驱动系统,对锚杆钻机的运行原理进行了分析,锚杆钻机的液压驱动系统主要分为3个类型。通过对各类型液压驱动系统的优缺点分析。可知负载敏感液压系统能够契合掘锚机快速掘进、一次成巷锚固的特点,该驱动系统能够有效地提高井下生产的效率和安全。

为解决掩护式液压支架在抬头及低头姿态下平衡千斤顶损坏的问题,根据平衡千斤顶的容腔压力特性,对原有的平衡千斤顶控制回路进行改进。改进后的回路可控制液压补液系统启闭和进行一定程度的内泄漏自动补液,在保证平衡千斤顶安全作业的同时,可大大减少两腔高压液体的流失,避免支护效率下降。采用AMESim验证改进后的平衡回路的可靠性,仿真结果表明,与原平衡千斤顶液压控制回路相比,改进后的液压回路补液效率和稳定性明显提高。