键入文字摘 要液压支架是地下工程或隧道工程的关键设备之一，它主要用于支护顶板、防止顶板垮落，为施工人员和施工设备提供一个安全可靠的工作空间。在分析了传统液压支架架型的基础上，通过机构演化，研究了一种新架型垂直导杆型液压支架；该新型支架不仅结构简单、重量轻和调架容易，而且可极大地改善液压支架的受力状况，提高稳定性，具有广泛的应用前景。然后，用三维参数化的设计软件Pro/E，完成了垂直导杆型液压支架的三维参数化造型，实现了Pro/E与ADAMS软件之间的模型转换，并利用ADAMS软件对该液压支架进行动态分析，得到了该支架在工作状态下的承受载荷。本文系统地研究分析垂直导杆型液压支架新架型，并采用现代设计技术和方法进行设计，缩短了液压支架的研发周期，提高了产品质量，降低了成本，对今后的液压支架产品的研究与开发具有指导意义和参考价值。关键词：液压支架；垂直导杆机构；三维参数化；虚拟样机；动态特性IAbstractHydraulic power support used in the underground engineering or tunnel project is one of important equipments, it is mainly used for supporting roof, preventing the roof from collapasion, providing a safe working space for both the workers and the equipments in the underground.On the analysis of the traditional hydraulic power support types, through the institution evolution, a new frame type-vertical guide bar type hydraulic power support; The new stents not only simple structure, light weight and the frame easy, and can dramatically improve hydraulic power supports stress situation, and improve the stability, and has a broad prospect of application.Then, use three dimensional parametric design software Pro/E, the completion of the vertical guide bar type hydraulic power support 3D parametric modeling, realize the model transformation from Pro/E to the ADAMS software, and then obtain the dynamic analysis of the hydraulic support in the ADAMS software.This paper analysis the vertical guide bar type hydraulic support new frame type, and adopts the modern design techniques and methods to carry on the design, shorten the development cycle of hydraulic support, improve the product quality, reduce the cost and for future hydraulic support product research and development with the instruction meaning and reference value.Keywords: hydraulic power support; vertical guide-bar; three-dimensional parametric; Virtual Prototyping; Dynamic property目录摘 要IAbstractII第一章 概 述11.1 国内外液压支架的研究与应用现状11.1.1 国外液压支架研究水平11.1.2 国内液压支架研究水平21.1.3 国内外液压支架研究与应用中存在的问题31.2 本课题的确立及其研究意义31.2.1 本课题的确立31.2.2 本课题的研究意义41.3 本课题的研究内容、关键技术及创新点51.3.1 研究内容51.3.2 关键技术及创新点51.4 本章小结5第二章 垂直导杆型液压支架结构设计62.1 典型液压支架架型的分析与比较62.1.1 垛式液压支架62.1.2 四连杆型液压支架62.1.3 单摆杆型液压支架72.1.4 垂直导杆型液压支架82.2 支架主要结构参数的确定82.3 液压支架主体部件结构设计92.3.1 底座设计92.3.2 顶梁设计152.4 本章小结16第三章 垂直导杆型液压支架三维参数化设计173.1三维建模软件PRO/E173.2液压支架三维实体参数化建模183.2.1 建模方法简介183.2.2 液压支架各部件的三维建模193.2.3 液压支架的整机虚拟装配233.3本章小结24第四章 液压支架虚拟样机与仿真254.1 虚拟样机技术254.2 液压支架力学模型的建立264.3 支架虚拟样机模型的建立284.4支架样机工况动态仿真324.5 液压支架简易有限元分析36第五章 结论38参考文献39河北工程大学毕业设计第一章 概 述液压支架是地下工程或隧道工程的关键设备之一，它主要用于支护顶板，防止顶板垮落，为施工人员和施工设备提供一个安全可靠的工作空间。与其他支护设备相比，液压支架具有支护、移架、调架、推溜等多种功能。由于其自动化程度高，工作安全可靠，可极大地降低操作人员的劳动强度、提高生产效率，故在一些大中型地下工程或隧道工程中被广泛使用。然而，随着国家建设的飞速发展，工程施工规模不断扩大、施工进程不断加快、自动化程度也越来越高，而地下岩层的物理性质复杂多变，客观上对液压支架提出了越来越高的要求1。为了满足现代地下工程施工要求，多年来，国内外的同行及专家对液压支架的研究从未间断，并不断取得新的研究成果。为此，研制并开发新型的液压支架就具有非常重要的实际意义。液压支架能实现支撑、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，所以它的使用可极大地降低操作人员的劳动强度、提高生产效率和保证生产的安全，故在一些大中型地下工程或隧道工程中被广泛使用。因此液压支架是实现采现代工程机械化和自动化不可缺少的主要设备。液压支架的设计过程正从传统的平面绘图设计阶段，逐渐的转向现代化的三 维设计与虚拟样机设计阶段。在新的设计方法中，三维设计与虚拟样机技术检验设计修改设计变得简单易行，在计算机里做出虚拟的样机，模拟其性能参数，而不需要做出实际的样机。PROE软件和ADAMS正是三维设计和虚拟样机软件的代表。本设计以此展开。1.1 国内外液压支架的研究与应用现状1.1.1 国外液压支架研究水平20世纪80年代以来，世界主要施工机械生产商积极开发和应用新技术，着眼于高性能、高可靠性的新的重型液压支架的研制。国外液压支架的总体发展趋势是：向两柱掩护式和四柱支撑掩护式架型发展，架型结构进一步完善，设计方法更先进，参数向高工作阻力、大中心距（1.75m、2m）发展，结构件材料越来越多地采用高强度钢材，支架的寿命和可靠性大大提高，有些公司要求支架的耐久性试验循环次数达50000次，支架的寿命达14年以上。液压支架技术的另一重大突破是控制系统2。应用电液控制技术，采用电磁控制的先导阀，先进可靠的压力和位移传感器，灵活自由编程的微处理机技术，红外遥感技术等现代科技成果，使液压支架的动作自动连续进行，移架速度大大提高。美国早在1990年就已采用额定压力50MPa、额定流量478L/min的乳化液泵站，以实现液压支架快速推进，移架速度达68s/架，使用寿命810年，可用率高达95%98%，支架平均工作阻力6470kN（最大为9800kN)，支架宽度普遍增大，中心距达到1.75m，并向2m发展。增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。澳大利亚使用的液压支架平均工作阻力已达到7640kN3。1.1.2 国内液压支架研究水平我国从20世纪60年代末70年代初开始液压支架的研制工作，由科研单位和使用单位充分合作，在引进吸收国外先进技术的基础上，一同开发研制，使我国液压支架的设计制造水平有了很大提高。由最初引进单一的垛式支架发展成能生产重型、轻型、大倾角和无人操作等多品种的支架，支架的型式、结构及主要参数更加趋于合理和完善。目前，国内液压支架正朝着重型、高强、快移和电液控制的方向发展。主要表现为：（1）液压支架对不同的地质条件表现出良好的适应性，很好地解决了硬顶板、硬底板、软顶板、软底板等难题。（2）支架的立柱缸径由最初的140mm增大到360mm，立柱的工作阻力由600kN/柱（p=39MPa）增加到3970kN/柱，立柱的型式由单伸缩加机械加高立柱发展到双伸缩和三伸缩立柱，相应的支架工作阻力也有较大幅度的提高，两柱式支架的工作阻力由最初的2000kN/架增大到现在的6000kN/架，四柱式支架的工作阻力由2800kN/架增大到10000kN/架。（3）支架的支护高度也有大幅度提高，最高支架的支撑高度达到2.55.0m。（4）以前国内绝大部分支架所用板材为屈服极限强度为350MPa的16Mn钢板，这种板材焊接性能好，但强度低，导致支架较重。国内从20世纪90年代中期开始研究高强度板材的焊接工艺，经过几年的努力，屈服极限强度450MPa和550MPa的钢板焊接工艺已经成熟，在国内液压支架上普遍应用。而屈服极限强度为700MPa的高强钢板焊接工艺也已经解决，并成功应用于部分国产支架。1.1.3 国内外液压支架研究与应用中存在的问题近年来由于种种原因，国内外一些研究开发机构大都把研究重心放在了重型、高强、智能化的液压支架上，却忽略了量大面广的轻型液压支架的开发与研制，从而曾一度出现了产品类型与市场需求不相适应的矛盾。目前，工程施工中最常用的几种典型架型主要有：垛式液压支架、四连杆型液压支架、单摆杆型液压支架等，这些都属于比较大型的液压支架。大型液压支架重量大，投入资金多，价格昂贵，一般中小客户经济上难以承受；对于中小型隧道或工作面，大型支架根本运不下去，即使运下去，也难以充分发挥其生产效率。近年来，尽管在一些地方使用了滑移顶梁液压支架或悬移顶梁液压支架，但由于这两种架型均存在着头重脚轻，插底严重，自身稳定性差，移架和调架困难，使用技术不易掌握等问题，致使其实际应用受到很大限制。在这种情况下，研究开发一种安全性高，整体性好，操作方便，适应性强，体积小，重量轻，便于运输安装的轻型液压支架，自然就成了摆在专业人士面前的一个突出的现实问题。