综掘用超前支护液压支架系统的设计.pdf

分类号分类号TD355 TD355 密密 级级公公 开开 U D C 单位代码单位代码10424 10424 工工 程程 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 综掘用超前支护液压支架系统的设计综掘用超前支护液压支架系统的设计 赵赵 倩倩 申请学位级别申请学位级别工程硕士工程硕士 领域领域名名称称机械工程机械工程 指导教师姓名指导教师姓名崔崔 希希 海海 职职 称称教教 授授 副指导教师姓副指导教师姓名名 任任 希希 春春 职职 称称高级工程师高级工程师 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一七年五月二零一七年五月 万方数据 论文题目论文题目 综掘用超前支护液压支架系统的设计综掘用超前支护液压支架系统的设计 作者姓名作者姓名 赵赵 倩倩 入学时间入学时间2014 年年 9 月月 领域名称领域名称机械工程机械工程 研究方向研究方向先进设计与制造技术先进设计与制造技术 指导教师指导教师崔崔 希希 海海 职职 称称 教教 授授 副指导教师副指导教师任任 希希 春春 职职 称称 高级工程师高级工程师 论文提交日期论文提交日期2017 年年 5 月月 日日 论文答辩日期论文答辩日期2017 年年 6 月月 1 日日 授予学位日期授予学位日期2017 年年 6 月月 日日 万方数据 DESIGN OF ADVANCED TEMPORARY HYDRAULIC SUPPORT SYSTEM FOR FULLY MECHANIZED MINING A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF BUSINESS ADMINISTRATION from Shandong University of Science and Technology by Zhao Qian Supervisor Professor Cui Xihai College of Economics and Management May 2017 万方数据 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公认本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公认 的文献外，全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。除文中已经标明的文献外，全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。除文中已经标明 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完标明。本人完 全意识到本声明的法律结果由本人承担。全意识到本声明的法律结果由本人承担。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 硕士生签名硕士生签名 日日 期期 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰本人完全了解山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰 写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理。写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理。 作为申请学位的条件之一，作为申请学位的条件之一，学校有权保留学位论文并向国家有关部门或学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其指其指 定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入有关定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学校档案数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学校档案 馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开 的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏 览。览。 （保密的学位论文在解密后适用本授权）（保密的学位论文在解密后适用本授权） 硕士生签名硕士生签名 导师签名导师签名 日日 期期 日日 期期 万方数据 学位论文审查认定书学位论文审查认定书 研究生研究生 在规定的学习年限内，按照培养方案及个人培养计划，在规定的学习年限内，按照培养方案及个人培养计划， 完成了课程学习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文，论完成了课程学习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文，论 文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定， 同意将本论文作为申请学位论文。同意将本论文作为申请学位论文。 导师签名导师签名 日日 期期 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 I 摘摘 要要 针对目前国内煤矿综掘巷道超前支护存在工人劳动强度大、安全性能差、效 率低等问题，基于工程实际需要，设计一种巷道掘进用超前支护液压支架系统， 用于防止顶板冒落并维持掘进的工作空间，从而保证工人和机械设备安全及各项 工作正常进行，实现巷道安全高效的掘进。 本课题根据工作条件和要求提出新型液压支架的总体设计方案和设计目标， 综掘用超前支护液压支架系统主要由顶梁和角梁及侧帮油缸所组成的支撑钢架、 液压控制系统以及泵站系统三个基本部分组成。根据设计方案和设计目标设计出 人字型液压支架机构的运动方案并绘制机构运动简图、确定人字型液压支架承载 和搬运两极限位置，并对其运动和传力特性进行分析；对人字型液压支架的主要 结构件顶梁、角梁、侧护帮在不同载荷的情况下进行强度计算和材料选型并确定 截面尺寸；绘制出人字型液压支架的装配图和主要零件的结构图及设计人字型液 压支架整体运动过程；建立人字型液压支架的三维模型，并在不同工况下对其顶 梁运用 Abaqus 软件进行有限元分析；根据使用要求，拟定液压系统并绘制出液 压原理图，同时进行液压元件的选型和主要参数的确定及压力损失和机械效率的 计算；根据液压系统的要求，对乳化液泵站进行选型计算；最后对人字型液压支 架运动的稳定性进行分析，并提出相应的稳定性措施。本文设计的综掘用超前支 护液压支架采用六杆开链承载机构，升降架速度快、安全可靠；采用液压系统驱 动，机械化程度高，操作方便；运用两对支撑油缸支撑顶板，支护性能好、强度 高、实用性强。此设备主要适用于煤矿综掘巷道，与掘进机配套使用实现巷道的 超前支护，以获得安全高效的掘进。 关键词关键词液压支架，顶梁，角梁，侧护帮，液压系统 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 II Abstract In view of the fact that there are many problems such as labor intensity, poor safety perance and low efficiency, the advanced support hydraulic support system for roadway excavation is designed to prevent the roof from falling and the roof To maintain the working space of the tunnel, so as to ensure the safety of workers and machinery and equipment and the normal work to achieve safe and efficient roadway tunneling. In this paper, the overall design scheme and design goal of the new hydraulic support are put forward according to the working conditions and requirements. The advanced support hydraulic support system is mainly composed of roof beam and angle beam and side support cylinder, hydraulic control system and Pump station system composed of three basic parts. According to the design scheme and the design goal, the motion scheme of the chevron hydraulic support mechanism is designed and the motion diagram of the mechanism is drawn to determine the two positions of the load bearing and handling of the chevron hydraulic support, and the movement and force transmission characteristics are analyzed; The main structural parts of the chevron hydraulic support frame beam, angle beam, side protection in different load conditions, the strength of the calculation and material selection and determine the cross-sectional size; Drawing the assembly diagram of the chevron hydraulic support and the structural diagram of the main parts and designing the whole movement process of the human font hydraulic support; establishing the 3D model of the hydraulic support of the chevron and applying Abaqus software to the top beam under different working conditions Carry out finite element analysis; According to the requirements, the hydraulic system is drawn and the hydraulic schematic is drawn. At the same time, the selection of the hydraulic components and the determination of the main parameters and the calculation of the pressure loss and the mechanical efficiency are carried out. According to the requirements of the hydraulic system, Finally, the stability of the hydraulic support is analyzed, and the corresponding stability measures are put forward. In this paper, the design of the advanced excavation hydraulic support with six-bar linkage structure, lifting frame speed, safe and reliable; the use of hydraulic system drive, high degree of mechanization, easy to operate; use two pairs of support cylinder support roof, support perance Good, high strength, practical and strong. This equipment is mainly applied to coal mine fully excavated roadway, and 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 III boring machine supporting the use of roadway to achieve the advanced support to obtain safe and efficient excavation. Keywords herringbone hydraulic support, top beam, angle beam, side guard, the hydraulic system 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 IV 目目 录录 1 1 绪绪 论论 .................................................................................... 1 1 1.1 研究背景和课题的提出 ..........................................................................................1 1.2 研究目的与意义 ......................................................................................................2 1.3 液压支架国内外发展现状 ......................................................................................2 1.4 主要存在问题 ..........................................................................................................3 1.5 本文主要研究工作 ..................................................................................................4 2 2 人字型液压支架的设计人字型液压支架的设计 ............................................................ 5 5 2.1 人字型液压支架的设计任务书 ..............................................................................5 2.2 人字型液压支架工作方案的确定 ..........................................................................6 2.3 人字型液压支架主要零部件强度计算和断面尺寸设计 ......................................9 2.4 人字型液压支架主要零部件的设计 ....................................................................34 2.5 人字型液压支架的整体运动过程的设计 ............................................................37 2.6 本章小结 ................................................................................................................37 3 3 人字型液压支架三维建模及关键部件的有限元分析人字型液压支架三维建模及关键部件的有限元分析 ................ 3939 3.1 人字型液压支架的三维建模 ................................................................................39 3.2 基于 SolidWorks 的虚拟装配及干涉检查............................................................41 3.3 人字型液压支架顶梁有限元分析 ........................................................................44 3.4 本章小结 ................................................................................................................52 4 4 人字型液压支架液压系统的设计人字型液压支架液压系统的设计 ............................................ 5353 4.1 液压系统的设计参数和要求 ................................................................................53 4.2 液压系统原理图的设计 ........................................................................................53 4.3 液压系统元件的选型 ............................................................................................55 4.4 液压系统压力损失和机械效率的计算 ................................................................57 4.5 制定液压泵站系统基本方案 ................................................................................60 4.6 乳化液泵站的选型计算 ........................................................................................62 4.7 本章小结 ................................................................................................................66 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 V 5 5 人字型液压支架运动人字型液压支架运动稳定性分析稳定性分析 ............................................ 6767 5.1 现有液压支架不稳定因素和防护措施 ................................................................67 5.2 人字型液压支架不稳定性问题和预防措施 ........................................................68 5.3 本章小结 ................................................................................................................69 6 6 总结与展望总结与展望 .......................................................................... 7070 6.1 总结 ........................................................................................................................70 6.2 展望 ........................................................................................................................71 参考文献参考文献 ............................................................................................. 7272 致致 谢谢 ................................................................................................. 7575 攻读硕士期间主要研究成果攻读硕士期间主要研究成果 ........................................................ 7676 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VI Contents 1 Introduction................................................................................................................1 1.1 Background of the research and subject of the proposed............................................... 1 1.2 Purpose and meaning of the research ......................................................................... 2 1.3 Development status of hydraulic support at home and abroad ....................................... 2 1.4 Main existing problems ........................................................................................... 3 1.5 Main research contents of this article......................................................................... 4 2 Design of the herringbone hydraulic support .........................................................5 2.1 Design task of the herringbone hydraulic support ........................................................ 5 2.2 Determination of work plan for herringbone hydraulic suppor ...................................... 6 2.3 Strength calculation and section size design of main parts for herringbone hydraulic support ............................................................................................................... 10 2.4 Design of the main components for herringbone hydraulic support.............................. 34 2.5 Design of the whole motion processfor herringbone hydraulic support......................... 37 2.6 Summary ............................................................................................................. 37 3 Three dimensional modeling of hydraulic support and Finite Element Analysis of key components .................................................................................................39 3.1 Three-dimensional modeling of hydraulic support..................................................... 39 3.2 Virtual assembly and interference inspection based on SolidWorks.............................. 41 3.3 Finite Element Analysis of hydraulic support top beam .............................................. 44 3.4 Summary ............................................................................................................. 52 4 Design of hydraulic system for herringbone hydraulic suppor ...........................53 4.1 Design parameters and requirements of hydraulic system ........................................... 53 4.2 Design of hydraulic system schematic diagram ......................................................... 53 4.3 Model selection of hydraulic system components...................................................... 56 4.4 Calculation of pressure loss and mechanical efficiencyforHydraulic system ................. 59 4.5 ulate the basic scheme of hydraulic pump station system .................................... 60 4.6 Selection calculation of emulsion pump station......................................................... 62 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VII 4.7 Summary ............................................................................................................. 66 5 Motion stability analysis of herringbone hydraulic support ...............................67 5.1 Unstable factors and protective measures of existing hydraulic support........................ 67 5.2 Instability problem and preventive measures of herringbone hydraulic support ............. 68 5.3 Summary ............................................................................................................. 69 6 Conclusion and Prospect .........................................................................................70 6.1 Conclusion........................................................................................................... 70 6.2 Prospect .............................................................................................................. 71 References .............................................................................................. 72 Acknowledgement .................................................................................... 75 Main Research Achievement ...................................................................... 76 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 1 1 绪绪 论论 1.1 研究背景和课题的提出研究背景和课题的提出 我国是世界上煤炭资源丰富的国家之一，国土资源部重大项目全国煤炭资 源潜力评价中提到，我国煤炭资源总量达到 5.9 万亿吨，保有储量约为 2299 亿 吨，与世界探明可采储量相比，居世界第三位[1]。煤炭是工业的粮食，也是我国 的主要能源，在未来新能源大规模利用之前，煤炭始终是我国供应的主要资源。 据国际能源署最新预测，2020 年我国煤炭需求量将超过 25 亿吨，煤炭工业将有 一个很大的发展[2]。但我国煤矿安全生产的现状却仍然不容乐观。 据分析 2012 年我国发生近 500 例顶板事故，共造成约 700 人死亡，在 2012 占本年煤矿事故中 47的比重[3]，这很大程度上是由于我国综掘工作面一直没有 十分可靠的超前支护设施造成的（掘进工作面超前