摘 要

随着综合机械化采煤技术的不断发展及应用,综采液压支架的研发、设计与制造也有了巨大的进展。回采工作面常用的自移式液压支架是以高压液体作为动力,并由液压元件与金属构件组成的一种用来支撑和管理顶板的设备,它不仅能实现支撑、切顶和隔离采空区,而且还能使支架本身前移和推动输送机,是综合机械化采煤工作面的重要设备之一,因此,通过对两柱掩护式液压支架关键部位的受力分析,对其科学设计、合理应用及安全可靠都有着重要的意义。

由于液压支架结构形状复杂，运用经典力学的方法对其进行结构强度、刚度和疲劳寿命的精确分析往往比较困难，因此需釆用新的方法以满足现代产品的设计要求。

本文首先基于液压支架的结构分析，利用三维建模软件Proe建立了有限元模型，根据支架的受力状况采用线弹性有限元分析方法进行了整架的结构强度分析，在极端工况下出现了最大等效应力值超过材料强度极限的情况，支架不能满足强度要求。接着，对该液压支架进行模态分析，得到的频率和振型表明不会发生共振。

关键词：液压支架；三维建模；有限元分析；静力分析；模态分析

Analysis of structural mechanics response of hydraulic support

ABSTRACT

With the continuous development and application of the comprehensive mechanized coal mining technology, the research and development, design and manufacture of fully mechanized coal mining hydraulic support have made great progress. Mining working face common self walking type hydraulic support is the liquid with high pressure as the driving force, and is composed of hydraulic components and metal structures to support and roof management of equipment, it can not only achieve supporting, cutting the top and to isolate the goaf area, but also can make the stent itself forward and promote the conveyor is comprehensive mechanical coal mining working face is one of the important equipment, therefore, through the two column shield hydraulic support key parts of the stress analysis, for the design is scientific, rational use and safe and reliable have important significance.

Due to the complexity of the hydraulic support structural shape, using the classical mechanics method on the structure and strength, accurate analysis of stiffness and fatigue life is often more difficult. Therefore, it is necessary to use new methods to meet the requirements of modern product design.

Firstly, on the basis of the hydraulic support structure analysis, the finite element model is established by using 3D modeling software proe according to support the stress condition by using linear elastic finite element method is used to analyze the structural strength of the whole frame of analysis is made, under extreme conditions the maximum equivalent stress value exceeds the limit of the strength of the material and support can not meet the strength requirements. Then, the modal analysis of the hydraulic support is carried out, and the frequency and mode of vibration are obtained.

Key words: Hydraulic support; 3D modeling; finite element analysis; static analysis; modal analysis

目 录

第一章 前言 2

1.1 课题研究背景 2

1.2 液压支架国内外研究现状 2

1.2.1 国外液压支架的发展现状 2

1.2.2 国内液压支架的研究情况 3

1.3 本文的主要工作 4

第二章 液压支架有限元建立 5

2.1 液压支架概述 5

2.1.1液压支架的工作原理 5

2.1.2 液压支架的主要结构 5

2.2 建立实体模型 7

2.3 有限元分析 12

2.3.1 ANSYS的简介 12

2.3.2 定义材料属性 13

2.3.3 有限元网格的划分 14

2.3.4 ANSYS Workbench分析的基本过程 16

第三章 液压支架的结构强度分析 18

3.1 液压支架整体强度的有限元分析 18

3.1.1 液压支架载荷工况的确定 18

3.1.2 外载荷的设置 18

3.2 顶梁前端加载工况 19

3.3 顶梁两端加载工况 23

3.4 本章小结 26

第四章 液压支架的模态分析 28

4.1 液压支架模态分析的意义 28

4.2 模态分析理论 28

4.3 模态分析结果 30

4.4 本章小结 32

第五章 结论与展望 33

5.1 全文总结 33

5.2 展望 34

第六章 致谢 35

参考文献 36

第一章 前言

1.1 课题研究背景

液压支架是以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。它能实现支撑、切顶、自移和推溜等工序，与大功率采煤机、大运量的可弯曲刮板输送机组成回采工作面的综合机械化设备。由于液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等优点，所以它的使用能增加采煤工作量的产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证生产的安全^[5]。因此液压支架是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。本课题所参考的文献包括优秀硕士学位论文及各类期刊中关于对支架进行有限元分析的文献，所研究的支架各式各样，建立各种支架三维模型，运用ANSYS对支架进行有限元分析，提出优化设计方法。

液压支架是用来控制采煤工作面矿山压力的结构物。采面矿压以外载的形式作用在液压支架上。在液压支架和采面围岩相互作用的力学系统中，若液压支架的各支承件合力与顶板作用在液压支架上的外载合力正好同一直线，则该液压支架对此采面围岩十分适应。论文将通过液压支架零件的模型与工作过程相结合形象而直观地展现其应力分析和应变分析情况，更便于读者去理解掌握。

1.2 液压支架国内外研究现状