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1、本科毕业设计（论文）超前支护装备实验模型设计中文题目：超前支护装备实验模型设计副 标 题：外文题目：THE DESIGN OF THE ADVANCE SUPPORT EQUIPMENTS EXPERIMENTAL MODEL 摘要液压迈步式超前支护设备是一种用于掘进工作面的新型临时支护设备，它能保证掘进机的连续作业，实现掘进和支护同时进行，加快临时支护的速度，提高工作安全性。本文对该辅助支护设备的实验样机的机械结构进行了研究设计。首先阐述了超前支护设备的研究背景及意义，而后根据支护设备的结构和工作原理对其相应的实验样机的结构组成进行了设计分析，并绘制了整机装配图。然后根据支护设备的特点情况，
2、对实验样机的各个主要参数进行计算并确定，而后对顶板及各支撑梁进行了力学特性分析和校核。最后根据确定的参数和建立的数学模型，应用ANSYS仿真分析软件，对设备的主要支撑部件进行了仿真分析。本论文的研究意义在于对这种新型的临时支护设备的实验样机进行研究分析，通过对超前支护设备的实验样机进行实验，来验证支护设备的合理性和可行性，为实现掘进工作面临时支护的自动化及智能化创造可能。关键词：超前支护；力学分析；ANSYS仿真分析 AbstractMoving ahead type hydraulic support equipment is a temporary support for new devi
3、ces heading face , it can ensure continuous operation roadheader , excavation and support to achieve the same time , accelerate the speed of temporary support , improve work safety paper prototype of the mechanical structure of the auxiliary support equipment were studied design . First describes th
4、e background and significance of advance support equipment , then the composition according to the structure and working principle of support equipment for its corresponding experimental prototype structure was designed to analyze and draw the whole assembly drawing. Then according to the characteri
5、stics of the case support equipment , the main parameters of the various experimental prototype will be calculated and determined , and then the support beams of the roof and its mechanical properties were analyzed and checked. Finally, according to certain parameters and mathematical model , simula
6、tion analysis using ANSYS software, the main action were simulated. The significance of this paper is to study this new prototype for temporary support equipment research and analysis , through to prototype advance support equipment experiment to verify the rationality and feasibility of supporting
7、equipment , excavation work for the realization of when faced with supporting automation and intelligence to create a possibility.Keywords：forepoling；mechanical analysis；ANSYS simulation analysis 目录1绪论61.1选题背景及意义61.2国内外研究现状71.3发展趋势111.4研究内容112实验样机总体方案设计122.1实验样机概述122.3整体结构设计122.3.1支撑部件设计132.3.2动力元件设
8、计142.4工作原理142.5基本参数确定153力学特性分析163.1顶板受力分析163.2支撑梁受力分析173.2.1纵向支撑梁受力分析173.2.2横向支撑梁受力分析244支撑梁强度校核304.1纵向支撑梁强度校核304.1.1主支撑组304.1.2副支撑组324.2横向支撑梁强度校核334.2.1主支撑组334.2.2副支撑组365 ANSYS仿真分析385.1纵向支撑梁385.1.1主支撑组385.1.2副支撑组395.2横向支撑梁405.2.1主支撑组405.2.2副支撑组411绪论1.1选题背景及意义超前支护设备是为了防止掘进过程中由于工作面超前压力过大而引起的巷道围岩变形、移动和
9、破坏，而在掘进机前方进行支护的一种设备。目前我国的采矿工艺水平在不断提高和完善，但同时也凸显出了很多的问题，如掘进效率低，采掘比例失调等。根据调查资料显示，造成掘进效率低的主要原因是掘进和支护之间的不平衡，掘进的时间短而用于支护的时间长，通常工作面截煤时间只占17%34%，而支护时间却要占50%66%，使掘锚工序交替频繁，严重影响了掘进效率。目前我国的综合机械化开采方式普遍存在着超前压力较大的问题，工作面超前压力和沿倾斜方向支撑压力的叠加作用会引起巷道围岩的变形、移动和破坏，如果不能进行有效的支护，不仅影响工作面掘进效率，还可能导致很大的安全隐患。例如使工人在空顶条件下进行主要的工序，如打眼、
10、支护、装煤等，极易造成冒顶伤亡事故。根据调查显示，在掘进事故中顶板事故约占80%，由于掘进工作面顶板事故造成的死亡人数约占全国顶板事故死亡总人数的20%。1为了防止这种由于空顶作业而产生的危险工况，我们研制了巷道超前支护设备。超前支护是保证隧道工程开挖工作面稳定而采取的超前于掌子面开挖的辅助措施的一种，可对巷道进行临时支护，改善顶板的管理，保证正规循环作业，保证人和掘进机的安全，有助于改善掘进效率低、作业安全性差的技术难题。因此，研制一种适应快速推进的巷道超前支护设备显得尤为重要，对提高煤矿经济效益和社会效益有着重要意义。因为任何设计完成的机器在进行生产和工作之前，都需要进行多次的实验和模拟，
11、所以研究巷道超前支护设备时，必须先研制超前支护设备的实验样机。设计时使实验样机在设定工况下工作，模拟超前支护设备实际的工作情况，以此来确定所设计的超前支护设备的合理性和可行性。实验样机是整个设计过程的开端和基础，很多设计时没有考虑到的因素和问题都是在实验样机上发现并解决的，所以实验样机对成功研制机械设备有着重要的作用和意义。1.2国内外研究现状在我国煤矿生产的主要灾害之一便是顶板意外冒落事故，顶板事故易造成作业人员伤亡，设备损坏，生产终止。煤矿顶板事故受顶板岩性、巷道断面形状和参数确定、支护形式等因素制约。在实际煤矿巷道断面设计、施工过程中，如何选择支护设备是确保安全生产重点考虑的问题。目前我
12、国的煤矿巷道超前支护技术长期滞后，初撑力低下，安全隐患大，对于巷道断面面积大、巷道变形量大的复杂情况还难以应对。国际上，现有的超前支护技术其支护效果也不太理想。以下介绍几种我国现行的超前支护设备：(1) 机载式超前支护机载式超前支护可架设在掘进机上方与其配合使用，由于结构简单、操作方便，使得许多专家学者对其进行研究和探索。2008年徐锁庚对综掘工作面机载式临时护顶机进行了研究，阐述了机载式临时护顶机的主要结构、工作原理及其主要的技术参数，并介绍了该设备在煤矿井下的使用情况。2010年沈阳三一重型装备公司的王士伟、齐占波对掘进机机载临时支护机的应用背景进行了研究，给出了机载临时支护机设计原则，并
13、分析了3种典型机载临时支护机的结构、动作过程及每种结构各自的优缺点，最后对机载临时支护机的技术发展进行了探究。2010年，山西潞安公司的李明发，李秀伟结合机载临时支护和人工临时支护在使用过程中出现的问题，总结了这两种临时支护方式各自的优缺点，通过对比分析，给出了选用临时支护方式应注意的问题，为临时支护方式的合理运用提供了建议，为机载临时支护装置的合理改进及广泛应用提供了宝贵的经验。2011年，张祖恒针对煤矿开拓掘进使用传统临时前探梁支护存在的诸多弊端，开发研制了一种机载快速支护装置，主要对机载快速支护装置的主要结构，工作原理，技术参数进行了设计，并阐述了机载快速支护装置的结构特点，技术关键及推
14、广应用情况。2013年，山西唐安煤矿公司的李红勇对机载式超前支护的实际应用进行了研究，对目前所采用的巷道支护理论进行分析，着重介绍了机载式超前支护的结构原理、应用优点以及维护使用管理事项。2014年，中国煤炭科工集团太原研究院的王帅针对目前煤矿综掘巷道锚杆临时支护速度较慢的现状，结合悬臂式掘进机的结构和工作特点，研究了一种适合悬臂式掘进机的机载临时支护，该支护设备具有结构简单、操作灵活方便、支护面积大、支护强度高等特点，其液压操作系统与掘进机液压操作系统相互独立，不能同时工作，避免了掘进机误动作。该支护系统采用全液压驱动，与掘进机液压系统集成，可以支护矩形巷道、拱形巷道和梯形巷道等临时支护系统
15、，且所有动作均可实现无线遥控操作，安全高效，提高了综掘巷道的支护效率和支护的安全性。机载式超前支护由底座、横梁、翻转梁、顶梁机构及配套的液压系统组成。机载式超前支护的工作原理是通过操纵操作阀使高压油液从掘进机自身的泵站中泵出，经液压分流阀对高压油液进行分流，使得超前支护在液压油缸的作用下实现提升，当顶梁接触顶板并起到支撑作用时，操纵阀换向，高压油液停止向液压油缸输送油液，完成超前支护的支护动作。机载式超前支护的液压系统通常与综掘机共用泵站，少数自备泵站，这就需要对泵站油路进行改造，通过安装二位三通阀使掘进机和支护设备互锁，使掘进机和支护设备液压系统互不干扰。掘进机液压系统中均装有多路阀液压元件，能够使得多路阀的中位机能起到阀组卸荷的作用，从而使超前支护的油缸工作压力直接由多路阀中的溢流阀调定，起到安全保护作用。2 机载式超前支护能够随掘进机一起行走，改变了传统的临时支护形式，提升了生产工艺和掘进效率，加快了掘进速度。且操作阀及管路都较少，操作简单，易于维护。但机载式超前支护液压系统
