液压支架四连杆机构的三维建模和运动仿真
关于液压支架四连杆建模及设计方案
四连杆机构的建模及优化设计关键词：四连杆，SolidWorks，COSMOSMotion，运动仿真FOUR-BARLINKAGEDESIGNOFTHEMODELINGANDOPTIMIZATIONABSTRACTFour-link is the shield support bracket and support shield one of the most important components, its role can be summarized as two. First, when the support changes from high to low, with four-bar linkage so that the front support beam trajectory point approximation lemniscates. So that the front support beam points away from the wall of the changes with the coal greatly reduced, improving the management performance of the roof。
Second, the level of support to withstand greater force. This article is to discuss four hydraulic linkage mechanisms.In the article, we study the four-bar linkage hydraulic problems, and can be considered from several aspects of the solution. This paper studies the four hydraulic linkage, hydraulic four-bar linkage is mine machinery - the key hydraulic components. Article on the four-bar linkage and hydraulic support the overall studied.Paper also the dynamic characteristics of four-bar linkage analysis, in the process of the Application of the SolidWorks COSMOSMotion in modeling and motion simulation.KEYWARDS：Four-link,SolidWorks,COSMOSMotion, motion simulation.目录摘要IABSTRACTII1.1引言11.2 SolidWorks软件简介11.2.1 SolidWorks功能描述11.2.2 CAD技术概述31.2.3 CAD系统41.2.4 CAD技术的应用41.2.5 COSMOSmotion简介62四连杆机构建模72.1四连杆机构的作用72.2四连杆机构的几何作图法82.3 四连杆机构优选方法122.3.1 目标函索的确定122.3.2 四连杆机构的几何特征122.4运用SolidWorks建立四连杆机构模型122.5 本章小结153 对四连杆机构进行COSMOSMotion运动分析163.1COSMOSMotion软件的应用163.2四连杆机构的运动仿真过程173.2.1选择马达和设置马达参数183.2.2仿真机构的运动设置193.2.3 仿真机构的参数设置193.3 仿真数据处理20结论33参考文献34致谢351绪论1.1引言液压传动时一项新兴技术，他被引用到工业领域只有很短的时间，液压支架已广泛应用于我国煤矿井下支护，它具有初撑力大、恒阻、安全和高效等特性，是适合我国国情的一种有效的工作面支护设备。
矿用液压支架四连杆机构运动过程的分析
317现有的先进计算机科学技术已普遍应用于煤矿设备的设计、制造、监测中，例如可视化编程技术、数据库技术在液压支架连杆结构参数的设计上已得到了较好的运用。
由于井下作业工况复杂多变，液压支架作为采煤作业时的主要受载设备，其结构参数是否合理决定着采煤作业的效率和安全，因此文章基于 C++ 可视化编程语言，对液压支架的四连杆机构参数进行了运动学仿真和设计，获取连杆机构的运动规律，并得到了参数设计结果。
该方法具有的优点是：程序编写和测试完成后，再进行同类型的连杆设计时，只需修改相应的约束参数即可获得设计结果，计算成本小且计算速度快，也对其他煤矿设备的结构参数设计具备一定的借鉴意义。
1 液压支架四连杆机构的运动学简析目前通常采用两个参数为前提来进行运动学分析：以液压支架的工作高度为基础、以后连杆与水平方向夹角大小的改变量为基础。
根据现有研究的结果表明，液压支架的工作高度对整个结构系统影响尤为重大，一般来说液压支架的工作高度发生改变后，四连杆机构的运动学参数会产生较大幅度的变化，同时各连杆的受力状态也会发生大幅改变。
因此，要对液压支架进行运动学分析。
2 四连杆机构运动仿真模型的建立图 1 所示为四连杆机构的运动仿真几何模型。
图1 四连杆机构运动仿真几何模型图1中：a 为后连杆长；b 为前连杆、后连杆分别与掩护梁 E’ 点的距离差；c 为前连杆长；d 为两连杆间在竖直方向上的距离；e 为两连杆间在水平方向上的距离；e1 为后连杆、掩护梁在水平方向上的距离；f 为前连杆与顶梁的距离；t 为掩护梁长。
运动仿真模型的建立主要分为三部分，分别是：设计变量的确定；目标函数的建立；约束条件的设定。
1）设计变量的确定。
如图 1所示，四连杆机构的运动仿真包含 8 个结构几何参量：a、b、c、d、e、f、g、e1，其中 t 为 b 与 f 之和，将其作为次计算的优化变量，则有 X=[a b c d e f]=[X1 X2 X3 X4 X5 X6]。
液压支架四连杆机构设计及运动学分析
01 引言
03 参考内容
目录
02 机构设计
引言
液压支架是煤矿井下综采工作面的重要设备之一，用于支撑顶板和护帮，以 保证作业安全。四连杆机构是液压支架的重要组成部分，对支架的支撑力和稳定 性有着重要影响。本次演示将介绍液压支架四连杆机构的设计及运动学分析，旨 在为优化支架性能提供理论支持。
在仿生机器人的研究领域中，四足仿生马机器人是一种非常经典的案例。四 足动物，尤其是马，具有非常优异的运动性能和适应能力，因此模仿其运动特征 的机器人具有广泛的应用前景。本次演示将介绍一种凸轮连杆组合机构驱动的四 足仿生马机器人的构型设计与运动学建模分析。
该仿生马机器人主要由凸轮连杆组合机构、驱动装置和四肢关节等组成。其 中，凸轮连杆组合机构是机器人的核心组成部分，其作用是模拟马腿部的运动特 征，包括马腿的伸展和收缩。驱动装置则是控制凸轮连杆组合机构运动的关键部 件，其作用是提供动力，使机器人可以自主运动。四肢关节则是连接凸轮连杆组 合机构和驱动装置的枢纽，其作用是传递运动和动力。
1、降低摩擦损失：减少活塞、连杆和曲轴之间的摩擦是提高内燃机效率的 重要途径。我们可以采用低摩擦材料和润滑技术来降低摩擦损失。
2、优化结构布局：通过改变活塞、连杆和曲轴的结构布局，可以改善力的 传递路径，提高机构的稳定性和效率。例如，可以改变活塞形状、连杆长度和曲 轴半径等参数来优化结构布局。
3、精确控制燃烧过程：燃烧过程是内燃机工作的核心过程之一。通过精确 控制燃烧过程，可以优化燃烧效率，减少废气排放。例如，可以通过精确控制燃 油喷射、点火时间和进气流量等参数来优化燃烧过程。
4、优化冷却系统：内燃机的冷却系统对于保证其正常运行和延长使用寿命 具有重要意义。通过优化冷却系统的设计，可以降低内燃机的温度，减少热损失， 提高效率。例如，可以通过优化散热器、冷却风扇和循环管道等部件的设计来优 化冷却系统。
基于Modelica的液压支架多领域运动仿真分析朱凌云
0引言目前，国内对液压支架的研究颇多，但是利用系统建模语言Modelica开展的研究很少见。
因此，本文针对型号为ZY3800/15/30掩护式液压支架，利用Dymola对其四连杆部分进行建模仿真分析，并建立直流电机模型驱动连杆的运动，推算液压支架运动过程中顶梁前端轨迹的运动特性。
1系统建模利用Dymola软件中的Modelica模块库的2个子库：机械领域库和电气库分别建立液压支架的四连杆模型和直流电机模型。
创建两者之间的接口，实现不同系统之间的连接。
本文的研究对象是型号为ZY3800/15/30的掩护式液压支架，其结构图如图1。
构件的主要结构参数：支架的支护高度/mm1500~3000前连杆长度l1/mm1190后连杆长度l2/mm1005掩护梁长度l3/mm1552底座与后连杆下铰链铰接处与底面的垂直距离l4/mm400掩护梁上铰链与顶梁上表面的垂直距离l5/mm240图1掩护式液压支架结构模型（1）机械部分模型创建多体库是专门用于建立机械系统三维模型的元件库。
利用多体库建立的机构模型，其运动过程在仿真后可以实现三维显示。
建模时需要用到的组件有铰链、连杆、机架以及位移传感器等。
在建模过程中，既可以用文本格式进行程序化建模，也可以利用元件的图标进行建模，而且2种结果形式都是同时生成的。
根据图1和参数确定各组建的空间位置和结构参数。
（2）直流电机模型创建电气库也即电子元器件库，提供了模拟电子、数字电子、多相电路领域库及电机元器件库，支持模拟数字与多相电路系统的建模与仿真。
利用电气库建立模型所需的直流电模型，并且设置外部信号输入的接口和机械能输出的接口，其模型如图2。
图2中，组件signalvoltage是用于驱动电机的外部电压源，其提供的电压值由输入的外部信号决定。
组件emf相当于电机的功能，将由signalvoltage 提供的电能转化为旋转机械能。
并且，电压信号V 与转动角速度w之间有关系式：kw=V。
液压支架四连杆建模及优化设计
本科毕业设计说明书四连杆机构的建模及优化设计FOUR-BAR LINKAGE DESIGN OF THE MODELING AND OPTIMIZATION学院（部）：专业班级：学生姓名：指导教师：2010年 5 月31 日四连杆机构的建模及优化设计摘要四连杆是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一，其作用概括起来主要有两。
一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹近似双纽线。
从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；二是使支架承受较大的水平力。
这篇文章就是讨论液压支架四连杆机构的。
在文章里，我们研究了液压支架四连杆机构所面临的问题，及可以从几个方面考虑解决的方法。
文章研究的是液压支架四连杆机构，液压支架四连杆机构是矿上机械——液压支架的关键部件。
文章对四连杆机构和液压支架整体进行了研究。
文章还对四连杆机构的动态特性进行分析，在此过程中运用了SolidWorks中的COSMOSMotion进行建模和运动仿真。
关键词：四连杆，SolidWorks，COSMOSMotion，运动仿真FOUR-BAR LINKAGE DESIGN OF THEMODELING AND OPTIMIZATIONABSTRACTFour-link is the shield support bracket and support shield one of the most important components, its role can be summarized as two. First, when the support changes from high to low, with four-bar linkage so that the front support beam trajectory point approximation lemniscates. So that the front support beam points away from the wall of the changes with the coal greatly reduced, improving the management performance of the roof; Second, the level of support to withstand greater force. This article is to discuss four hydraulic linkage mechanisms.In the article, we study the four-bar linkage hydraulic problems, and can be considered from several aspects of the solution. This paper studies the four hydraulic linkage, hydraulic four-bar linkage is mine machinery - the key hydraulic components. Article on the four-bar linkage and hydraulic support the overall studied.Paper also the dynamic characteristics of four-bar linkage analysis, in the process of the Application of the SolidWorks COSMOSMotion in modeling and motion simulation.KEYWARDS：Four-link, SolidWorks, COSMOSMotion, motion simulation.。
放顶煤液压支架进行三维建模与运动仿真分析毕业设计
放顶煤液压支架进行三维建模与运动仿真分析毕业设计第1章绪论1.1 本课题的研究目的和意义课题提出：目前,许多国内外的大型辅助设计软件都包含了机械虚拟装配和运动仿真的模块，如国外PTC公司的Pro/ENGINEER，EDS的UG，SDRC的I - DEAS，MATRA的EUCLID和国内的CAXA等。
这些软件都给设计人员提供了更完善的机械设计途径。
本文主要基于美国PTC 公司的Pro/ ENGINEER WILDFIRE软件，对ZF3700/16/26型放顶煤液压支架进行三维建模与运动仿真分析。
目的和意义：1、采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。
综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。
液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一,加大对液压支架的设计与研究力度，对实现我国煤炭工业高产高效科学发展具有重要意义。
2、随着全球经济的一体化，工程机械产品市场的竞争日益激烈。
为了提高市场竞争力，各企业必须不断缩短新产品的研发周期，提高产品质量、性能，降低开发成本。
在这种需求下，以虚拟现实技术为代表的计算机技术不断发展，使虚拟设计逐步成为工程领域一种新的现代化设计手段。
运用虚拟设计的方法，可以在产品设计初期，设计、分析和评估产品的性能，确定和优化物理样机参数，从而降低新产品的开发风险，缩短开发周期，提高产品性能。
Pro/E软件是目前国内外最为先进的基于特征的三维参数化设计系统之一，易学易用、功能强大。
利用Pro/E软件实现放顶煤液压支架的三维参数化造型与运动仿真，简捷方便、形象直观、效果逼真，能显著提高提高液压支架的设计效率、降低研发周期。
1.2 相关技术研究现状1.2.1 放顶煤液压支架的技术现状（1）支架设计随着计算机技术的发展和应用，支架CAD理论的发展已相对成熟，借助Pro/ ENGINEER或其他实体设计软件，可以实现支架的总体设计、部件设计及零件设计，并可根据参数变化，实现总装图、部件图和零件图的自动生成、打印；为了验证支架结构设计的合理性，可进行支架的运动模拟分析，实现支架的可视化。
液压支架的三维建模及整架有限元分析
液压支架的三维建模及整架有限元分析作者：李玲辉郭文骏巫泽睿郑晓雯黄良海来源：《科技创新导报》 2012年第25期李玲辉郭文骏巫泽睿郑晓雯黄良海(中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083)摘要:利用Pro/E软件建立ZY6000/25/50型两柱掩护式液压支架的三维模型,并把模型导入有限元软件ABAQUS中进行分析,得出在顶梁偏载、底座扭转工况下支架的应力和位移分布情况,研究的结果可以为液压支架的设计和结构优化提供参考依据。
关键词:液压支架三维建模有限元分析强度分析中图分类号:TD355 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)09(a)-0083-02液压支架是综合机械化回采工作面的支护设备,起支撑和保护的作用。
液压支架的寿命和质量,与它在承载情况下的应力应变有很大的关系。
在传统的液压支架设计过程中,一般是制造出一台样机,在反复的试验中得到液压支架各部位的应力应变的分布情况,但是这种结果误差比较大。
本文采用Pro/E软件建立液压支架的三维模型,将模型导入到ABAQUS软件进行有限元分析,能够更好地模拟各种工况,得到支架在各种工况下的应力应变情况,大大缩短了支架的设计周期,节省了液压支架的设计成本。
1 液压支架的三维建模1.1 液压支架的简化在建模过程中,考虑到有限元分析过程中的网格划分、相互作用的设定和载荷的加载,要对液压支架进行简化。
因为立柱和千斤顶与支架的接触比较复杂,在建模过程中进行简化处理,用载荷代替。
为节省建模时间,对顶梁、掩护梁和底座上的小孔和对支架受力影响不大的小块或小环进行简化处理。
支架模型中不能出现小边或小缝,否则会影响后续有限元分析中的网格划分,影响到支架应力应变的分析结果,所以对这些小边或小缝也要进行简化处理。
1.2 液压支架各部构件的建模液压支架包括顶梁、掩护梁、前后连杆、底座这几部分,分别对其进行建模。
在建模过程中,前后连杆和底座是关于中心对称的,因此在拉伸和旋转过程中,充分利用软件中的镜像模块,可以大大缩短建模时间,提高支架的建模效率。
液压支架四连杆建模及优化设计方案资料
四连杆机构的建模及优化设计四连杆机构的建模及优化设计摘要四连杆是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一，其作用概括起来主要有两。
一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹近似双纽线。
从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；二是使支架承受较大的水平力。
这篇文章就是讨论液压支架四连杆机构的。
在文章里，我们研究了液压支架四连杆机构所面临的问题，及可以从几个方面考虑解决的方法。
文章研究的是液压支架四连杆机构，液压支架四连杆机构是矿上机械——液压支架的关键部件。
文章对四连杆机构和液压支架整体进行了研究。
文章还对四连杆机构的动态特性进行分析，在此过程中运用了SolidWorks中的COSMOSMotion 进行建模和运动仿真。
关键词：四连杆，SolidWorks，COSMOSMotion，运动仿真FOUR-BARLINKAGEDESIGNOFTHEMODELINGANDOPTIMIZATIONABSTRACTFour-link is the shield support bracket and support shield one of the most important components, its role can be summarized as two. First, when the support changes from high to low, with four-bar linkage so that the front support beam trajectory point approximation lemniscates. So that the front support beam points away from the wall of the changes with the coal greatly reduced, improving the management performance of the roof。
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液压支架四连杆机构的三维建模和运动仿真摘要:利用UG的建模模块(model)对液压支架四连杆机构进行快速整体建模,然后应用UG的运动仿真模块(animation)对支架升架、降架的运动过程进行模拟分析,同时利用标记点对顶梁端点的运动轨迹进行跟踪,来验证端点最大水平变动量是否满足设计要求。
关键词:液压支架;四连杆机构;三维建模;运动仿真0引言三维建模彻底改变了传统设计理念,使设计者头脑中产生的三维实体图形可以直接仿真到屏幕上,既形象又直观。
使设计人员从想象各种视图的困境中解放出来,对于复杂的模型更可避免传统设计方式难以避免的错误。
而在建造物理样机之前,通过建立的三维数字化模型进行运动仿真可以对运动特性及干涉情况进行检验,从而预知设计的机构是否满足要求。
本文以ZTA6500型液压支架为例,应用UG软件探索一种三维整体简化、快速建模和运动仿真的方法。
1UG软件简介Unigraphics(简称UG)是美UGS公司的拳头产品。
该软件不仅具有强大的实体模型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能,而且在设计过程中可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟,从而提高设计的可靠性。
同时可用建立的三维模型直接生成数控代码,用于产品的加工,其后处理程序支持多种类型数控机床。
另外它所提供的二次开发语言UG/open GRIP,UG/open API简单易学,实现功能多,便于用户开发专用CAD系统。
2液压支架及其四连杆机构液压支架的主要功能是支撑工作面顶板,阻止顶板冒落的岩石窜入作业空间,以保证工作面内机器和人员的安全生产。
由于其工作性质所致,较为关心的是端面距的尺寸,而梁端摆动幅度会对端面距的尺寸造成直接影响。
液压支架四连杆机构的设计是掩护式和支撑掩护式液压支架整体设计的核心和基础,四连杆机构是由顶梁,掩护梁,前、后连杆和底座五大构件组成。
四连杆机构的主要作用是保证支架的纵向和横向稳定性,承受和传递外载,并能够实现移架,设计的好坏决定着顶梁端点的运动轨迹。
顶梁端点运动轨迹成双纽线形,其最大的水平偏摆量应小于或等于70 mm,最好为30 mm以下。
3液压支架四连杆机构三维实体建模出于理论研究和快速建模的目的,本文将不采用实际的液压支架模型,而是采用其简化的整体建模形式,其简化原则如下:顶梁,前、后连杆,掩护梁和底座分别进行整体建模,而不是由许多小零部件组装成的装配体。
实际的液压支架四连杆机构应该是由钢板焊接成的箱体结构,而本文在创建三维模型时为了快速成型都建成了实体结构。
但四连杆机构各杆长度严格按照图纸的尺寸进行三维建模,其中一些对运动仿真没有直接影响的小部件进行了简化处理,例如:肋板,侧护板等。
在UG的建模(modeling)模块中分别建立顶梁,前、后连杆,掩护梁,立柱和底座整体简化模型,在完成三维模型后,进入装配(assembly)模块完成液压支架整体的虚拟装配。
以ZTA6500型液压支架为例整体建模如图1所示4液压支架四连杆机构运动仿真液压支架的主要运动形式表现为升架和降架。
本文在对升、降架进行运动仿真的同时,通过在顶梁端点处设置标志点,对顶梁的运动轨迹进行跟踪,跟踪点的坐标值以电子图表的形式输出。
经过处理后,绘制成顶梁端点的运动轨迹图。
运动仿真(Animation)是基于时间的一种运动形式。
即在指定的时间段中运动。
UG的仿真分析依赖于ADAMS解算器,仿真过程分3个阶段进行:前处理(创建连杆、运动副和定义运动驱动);求解(生成内部数据文件);后处理(分析处理数据,并转化成动画、MPEG电影文件、图表和报表文件)。
(1)创建连杆、运动副和定义运动驱动进入UG/motion模块,创建新的运动分析方案(newScenario)。
在此方案中创建四连杆机构的各构件为连杆(links),其中底座设置为整个系统的机架,即为与地固定连杆。
前、后连杆和底座与顶梁的连接处都设置为旋转副(Revolute Joint),4根立柱和液压缸之间的连接设置成滑动副(Slider Joint)。
液压支架运动的驱动力是来自液压缸处的伸缩力,本运动方案中运动驱动设定为加载在立柱上的矢量力(Vector Force)。
(2)设置标记和跟踪选择工具栏上标记图标(makers),在顶梁的端点处设置标记点。
然后选择封装选项(packing op-tions)中的跟踪(trace)功能,通过跟踪选项对话框中的分类选择(class selection)设置标记点为跟踪点。
(3)运动仿真在分析工具条中选择运动仿真图标(Animation)即启动运动仿真过程,在分析选项对话框(AnalysisOptions)中选择机构运动学/机构动力学选项,设时间为5 s,步数为500步,单击OK启动ADAMS解算器进程,分析完成后,运动仿真对话框自动弹出,此时其中的跟踪(Trace)选项为可选项,可以选择全程方式(full Range)来进行运动仿真,即可以观看升、降架的运动过程。
可以把运动仿真的过程制成MPEG电影文件。
标记点的跟踪坐标可以直接以电子图表来表示。
输出的数值经处理后,绘制成图表如图2所示。
由图2可见顶梁端点的运动轨迹的最大水平摆动量在小于70 mm范围内变化。
符合液压支架四连杆机构设计要求。
5结语(1)以ZTA6500型液压支架为例介绍了支架整体建模的原则和方法,为液压支架快速建模提供了一种思路。
通过设置标记点,对顶梁的端点运动轨迹进行跟踪。
可以在设计阶段检测顶梁端点的最大水平变动量是否在规定的范围内。
为液压支架四连杆机构的设计提供参考依据,从而保证设计的合理性。
(2)利用UG/motion模块可以获得精确的仿真结果。
在进行产品设计或机构开发设计时,应综合应用UG各个模块的优势,把零件建模、装配和运动仿真有机结合起来,发挥软件最大功能。
参考文献:[1]胡小康,陈焱. UG NX2运动分析培训教程[M].北京:清华大学出版社,2005.[2]王国法,等.液压支架技术[M].北京:煤炭工业出版社,1999.[3]丁绍南.采煤工作面液压支架设计[M].北京:世界图书出版社,1992.[4]王国彪,饶明杰.液压支架优化设计与计算机模拟分析[M].北京:机械工业出版社,1994.[5]高悦.综采放顶煤液压支架四连杆机构CAD的研究与开发[D].徐州:中国矿业大学,2002,5.[6]徐新国,梁卫民.液压支架顶梁运动轨迹的计算方法[J].煤矿机电,2004(4):6-8,11.[7]王国彪,高荣.液压支架四连杆机构运动学的优化分析[J].阜新矿业学院学报,1991,10(3):49-53.Three-dimension Model and Dynamic Animation of Four-barMechanism of Hydraulic SupportAbstract:UsingUG/motion rapidlysets up thewhole model ofthe hydraulic support, then simulatingthe risingand declining process with the UG/animation, at the same time to assure whether the maximal horizontal dis-placement movement is accordwith the design requirementor not, utilizingthe markerto trace the end pointofthe roof beam.Key words:hydraulic support; four-bar mechanism; three-dimension model; dynamic animation大采高强力液压支架的参数确定及结构设计摘要:大采高强力液压支架是针对神东煤田浅埋深、薄基岩、厚风积沙等特定地质条件而研制的一种高性能综采液压支架。
本文对该类支架的工作阻力、初撑力、支护高度等主要参数进行了分析计算,并对其主要结构进行了设计。
关键词液压支架工作阻力结构设计1 前言神东煤田煤层埋深浅、基岩薄、上覆厚松散沙层,顶板岩层破断运动具有明显的特殊性,这种类型的浅埋煤田在世界上较为少见,因而对该类型煤层顶板岩层的控制几乎没有可借鉴的成熟理论和适用的支护设备。
从1991年起,神东煤炭公司相继对多个普采工作面和综采工作面进行了矿压观测,研究浅埋深煤层顶板的矿压显现规律,在建立了一整套厚风积沙、浅埋深煤层矿压理论,充分掌握“支架-围岩”相互作用关系后,分别与德国DBT公司和英国JOY公司合作,研制出了适应神东煤田采场矿压特点,满足高产高效型综采工作面煤层顶板支护要求的高性能综采液压支架。
2 支架主要技术参数确定2.1 工作阻力浅埋煤层工作面在初次来压和周期来压期间,顶板结构都将出现滑落失稳,老顶难以形成自身稳定的岩梁结构,支架主要承受结构失稳形成的压力,最危险状态的载荷是“给定失稳载荷”状态。
支架工作阻力根据该矿压理论计算确定。
(1)老顶初次来压期间的支护阻力计算支架必须提供的支护阻力Pm0由直接顶岩柱重量W和老顶结构滑落失稳所传递的压力RD0组成,即Pm0=W+RD0作用于支架的直接顶岩柱重量为W=LkbΣhρg式中Lk——控顶距长度;b——支架宽度;Σh——直接顶厚度;ρg——岩石视密度。
老顶结构滑落失稳传递压力为RD0≥b(l01ρg+KG0h1l01ρ1g) 0.54 -0.24i- sinθ1式中KG0——初次来压时载荷传递系数,KG0=l01/(2h1λtanΦ)Kt0;Φ——载荷层内摩擦角;λ——载荷层侧应力系数;Kt0——载荷传递的时间因子;l01——老顶岩块长度;ρg——老顶关键层视密度;h1——载荷层厚度;ρ1g——载荷层平均视密度;θ1——断裂岩块回转角;i——块度(岩块厚度与长度之比)。
所以,初次来压期间控制顶板所需要的支护阻力Pm0≥lkbΣhρg+b(hl01ρg+KG0h1l01ρ1g) [0.54 - 0.24/(i- sinθ1)] (1)(2)老顶周期来压期间的支护阻力计算顶板在"台阶岩梁"结构形式下,支架必须提供的支护阻力Pm由直接顶岩柱重量W和老顶结构滑落失稳所传递的压力RD组成,即Pm=W+RD=LkbΣhρg+RD老顶结构滑落失稳作用到支架上的压力为RD≥bP1(i- sinθ1max+ sinθ1- 0.5)i- 2sinθ1max+ sinθ1式中P1——老顶关键块载荷。
则周期来压期间控制顶板所需的支护阻力为Pm≥lkbΣhρg+bP1(i- sinθ1max+ sinθ1- 0.5)i- 2sinθ1max+ sinθ1 (2)支护阻力Pm0和Pm是指为了维持工作面顶板稳定,支架必须提供给顶板的有效支撑力,支架工作阻力必须考虑支架的支护效率。