六柱式充填液压支架动力学模型建立与仿真

目的为研究六柱式充填液压支架在不同外部激励等扰动作用下的动态特性,方法基于拉格朗日方法和广义空间坐标系原理建立六柱式充填液压支架的运动微分方程及状态空间模型。根据支架结构和相关参数,利用MATLAB对系统运动微分方程求解,分析不同扰动频率和扰动幅值对顶梁垂向振动、侧倾和俯仰振动的影响。结果结果表明,支架在外部激励等扰动频率为20 rad/s时,顶梁垂向振动最大振幅约为0.91 mm,顶梁瞬间的俯仰振动波动较大,其最大振幅约为5.5×10^(−3)rad,侧倾振动相对较小,其最大振幅约为4.3×10^(−3)rad;顶梁侧倾振幅略高于俯仰振动,但振动的程度均能保持在可控范围内。当外部激励频率为20~80 rad/s时,随着扰动频率增大,顶梁垂向振动逐渐降低,但降低的幅度趋于平缓,支架侧倾振动程度变化趋势与垂向振动类似,而俯仰振动变化随频率改变不明显。扰动为20~80 rad/s时,顶梁垂向、侧倾和俯仰振动均随着外部激励增加而愈加剧烈,外部激励的大小对顶梁垂向及侧倾振动影响较为显著,而对俯仰振动影响较小。结论研究结果可为六柱式充填液压支架的优化设计及稳定性评价提供一定参考。

固体智能充填液压支架形态表征方法研究

在矿山智能开采的理念指导下,分析了固体充填液压支架的结构特征、典型工况形态,及支架形态表征的必要性。首先提取了支架机械结构特征,建立了支架二维平面骨架模型,对比不同坐标系,建立了支架形态表征模型,形成了支架形态表征方法。并给出了形态表征方法在支架支护形态识别、干涉形态识别中的应用。最后,应用SolidWorks-MATLAB对ZC5160/30/50D型固体充填液压支架进行了仿真应用,结果表明了形态表征方法对支架的工况形态表征具有极高的准确性和可靠性。

充填液压支架关键组件力学分析

为探究充填液压支架运行质量的提升路径,以某煤矿企业自主研发的ZC8800型矸石充填液压支架为研究对象,应用有限元分析方法对该充填液压支架的顶梁、底座、掩护梁和立柱四个主要部位在典型工况下的受力情况进行有限元分析,并根据分析结果进行针对性优化.测试结果显示,优化后的各个结构在受力条件上得到明显改善,证明此次分析与优化工作取得了初步的进展.

基于有限元法的固体充填液压支架底座结构参数优化

为提高固体充填液压支架底座的强度和可靠性,以ZZC8800/20/38型六柱支撑式固体充填液压支架底座为研究对象,在满足强度要求的前提下,以减小底座质量和变形位移为优化目标,利用三维建模软件建立了底座的有限元模型,采用有限元法,在ANSYS Workbench软件中进行有限元分析,通过观察应力云图,选择液压支架底板厚度、外侧主筋板厚度、内侧主筋板I厚度、内侧主筋板II厚度为变量,对液压支架底座结构参数进行优化。结果表明,优化前后底座应力集中区的应力和变形位移变化不大,但是底座的质量明显减小,其质量减小了334.7 kg,也同时改善了底座的强度分布不均现象。

矿用固体充填液压支架控制系统

针对固体充填液压支架自动化程度低,导致煤炭充填开采效率低下的问题,设计开发了固体充填液压支架自动化控制系统。给出了充填液压支架控制方案,包括系统的整体控制框图,相关传感器的布置位置,自动充填控制流程以及系统的控制模式。该系统不仅提高了充填液压支架的稳定性和可靠性,而且也提高了充填开采的效率,具有很好的推广和应用价值。

充填液压支架后顶梁危险工况分析

为掌握外载作用情况对充填液压支架工作状态的影响,进而保证作业安全和延长支架的使用寿命,介绍了虚拟样机正交试验法,并以ZZC8800/20/38型六柱式充填液压支架为例,对支架后顶梁的外载作用点位置对其受力影响程度进行试验研究。结果表明:正交试验法可以用来分析充填液压支架后顶梁的工况,并经试验确定了扭转加载形式为支架的危险工况,起到了缩小外载样本空间的作用,减少了后续样机可靠性试验的试验次数,大幅缩短了试验时间,可为充填液压支架危险工况研究提供有效的指导方法,从而有利于充填液压支架的使用维护。

充填液压支架顶梁结构有限元分析及优化

参照传统支架的设计原则设计充填采煤液压支架的顶梁,采用Pro/E三维制图软件建立顶梁的模型,然后通过IGS中间文件将支架的三维实体模型导入ANSYS软件,对偏载工况下的充填采煤液压支架的顶梁梁体进行了有限元分析,得到了顶梁梁体结构的应力分布和位移变化规律。并在此基础上以液压支架顶梁截面的面积作为最小目标函数,顶梁厚度和肋板厚度作为设计变量,并以弯曲强度、剪切强度及顶梁厚度作为约束条件,应用MATLAB软件对液压支架顶梁箱式结构进行优化设计,得到了较理想的优化结果。

沿空留巷充填液压支架工作性能分析及其工程实践

以阳泉矿区高瓦斯、破碎顶板复杂条件工作面沿空留巷为工程背景,针对充填液压支架控制顶板、掩护截煤、掩护充填等功能,提出其工作性能的概念,分别从单次充填长度、抗偏载性能、挡矸性能、地质条件适应性等方面具体阐述其工作性能。架型结构、地质条件、充填工艺是影响工作性能的主要因素。工程实践中通过合理选型、设计及空间布置优化、工作面矿压实时在线监测等措施,充分发挥充填液压支架工作性能。

基于有限元法的固体充填液压支架底座结构优化

为提高固体充填液压支架底座的强度和可靠性,以ZZC8800/20/38型六柱支撑式固体充填液压支架底座为研究对象,根据其结构和工作特点,建立了顶梁和底座的受力模型,并对底座进行工况分析,确定了其危险工况和对应的加载方式,利用Pro/E软件建立了底座的有限元模型,采用有限元法,在ANSYS Workbench软件中对其进行了有限元强度分析,根据分析结果对底座进行结构优化改进,通过优化前后有限元结果对比,结果表明,优化后底座的强度得到了明显的提高,特别提高了底座的抗弯抗扭能力,最大等效应力下降了79.1%,最大变形位移减小了35%。

新型高水充填液压支架的研究

随着充填开采技术的进步,充填支架作为充填开采的主要设备,应用范围越来越广。针对充填材料、充填开采技术及充填支架研究面临的问题做了充分分析,提出了高水作为充填材料的优势,阐述了ZC6000/21/42新型高水充填支架的工作原理和结构特点,为高水充填开采和充填工艺提供了有利条件。

邢东矿ZC5160/30/50型复合型充填液压支架的研究与应用

针对邢东矿12216高水充填工作面新购置的37架高水充填支架在1、2年后将不再使用,造成巨大浪费的问题,经反复研究论证,决定将原ZC5160/30/50型矸石充填支架改造成为一种复合型充填支架。实践表明,改造后的复合型充填支架既能实现矸石充填又能实现高水充填,达到了预期目的,经济效益和社会效益显著。

多功能充填液压支架的研究与应用

我国长期的高强度煤炭开采也带来一系列严重的环境问题,开采过程中造成了地下水流失和采空区塌陷,矸石风化雨淋等危害,造成了了生态环境破坏。为了解决这些问题,充填采煤技术得到快速发展,同时带来对充填装备、充填材料和充填方法的研究,实现高效智能绿色开采。本文主要探讨了多功能充填液压支架的研究与应用,从多功能充填液压支架结构设计、支架材料选择、支架稳定性分析、液压系统设计、研发制造成本分析、充填工艺研究、抗冲击性能优化、多功能充填液压支架性能测试、现场应用与评估、环境影响及安全措施、经济性与可行性分析等方面进行了深入的分析和讨论。通过对这些方面的系统研究,成功地设计出一种高效、环保、安全的多功能充填液压支架,并在实际应用中取得了良好的效果。通过对这些方面的系统研究和探讨,旨在优化充填式液压支架的设计,提高其综合性能和适应性,同时优化生产制造工艺控制生产制造成本,为企业争取更大的利润空间。

固体充填液压支架自动控制系统技术研究

为进一步提高固体充填液压支架的自动化程度,解决充填液压支架自动控制中精度和联动性能差的问题,提出了一种基于PLC的固体充填液压支架自动控制系统,并分析了充填液压支架自动化控制的需求,对充填自动控制、工作面顶板管理、支架跟机自动控制、系统单体控制方案以及联动控制方案进行了研究,实现了固体充填液压支架的自动控制,提高了充填液压支架的稳定性和可靠性。

充填液压支架三维场景监测系统设计

目前充填工作面设备监测系统采用以二维监测为主的传统监测方式,随着充填液压支架在井下的应用逐渐增多,充填液压支架的各部件运动和群支架协同运动的准确性对井下充填采煤效率影响很大,而二维平面运动已无法描述充填液压支架的复杂动作,需要将监测界面上升到三维空间,从不同位置、不同角度监测充填液压支架的工作状况,提高矿井安全系数。针对上述问题,采用三维引擎技术,设计了一种充填液压支架三维场景监测系统,该系统主要由三维虚拟仿真软件、数据采集模块及数据通信模块组成。三维虚拟仿真软件基于Unity3d,用于建立系统监测界面,通过计算机显示充填液压支架的顶板压力值、各销轴之间的角度偏移量及液压缸的位移量等监测数据的动态变化,实现对充填液压支架的三维实时监测。系统监测界面可分为实体场景监测界面和数据监测界面2个部分:实体场景监测界面采用3ds Max建模软件建立充填工作面设备三维实体模型及三维场景模型,并对三维模型进行优化和渲染处理,实现与实际充填工作面空间动作完全一致的场景驱动;数据监测界面通过数据采集模块采集、分析与处理充填工作面的工作状态信息,通过数据通信模块将信息传输到三维虚拟仿真软件,实现监测数据与软件相匹配。实际应用效果验证了该系统的有效性。

固体充填液压支架全位姿测量及虚拟仿真

针对固体充填液压支架处于复杂地质条件下时空间位姿状态动态变化难以直接识别,现有位姿测量系统存在位姿参数部分缺失的问题,设计了一种固体充填液压支架全位姿测量系统。利用3D Max建模软件建立了固体充填液压支架三维模型,基于固体充填液压支架不同的特征节点,采用多传感器融合测量方法获取反映其空间全位姿的9个参数,即支架底座倾斜角(与水平面夹角)、顶梁姿态角(与水平面夹角)、支架高度、推矸推移距离、护帮板状态、推压密实机构倾角(与后顶梁夹角)、推压密实机构推移距离、支架组护帮板之间的距离、刮板输送机中部槽与支架推矸的夹角。将倾角传感器布置于前顶梁、后顶梁、底座、推压密实机构千斤顶等处,用于测量支架的底座倾斜角和前后顶梁姿态角等,将位移传感器安装在支架的推矸和推压密实机构上,用于测量推移距离等。利用视觉传感器采集图像数据,通过建立单目视觉测量模型及全局坐标系与局部坐标系的转换,分析计算固体充填液压支架组护帮板之间的距离、支架推矸与刮板输送机中部槽之间的角度、护帮板状态和支架高度等。针对现有固体充填液压支架虚拟仿真系统在数据分析、运动关系约束等方面缺乏深入研究的问题,设计了基于Unity3D的固体充填液压支架虚拟仿真系统,该系统利用Unity3D实现了支架运动仿真,可实时反映支架运行时的位姿状态变化。基于Unity3D的固体充填液压支架虚拟仿真系统与固体充填液压支架全位姿测量系统配套使用,可真实反映固体充填液压支架的运行状态,保证固体充填液压支架仿真的稳定性及数据的可靠性,为固体充填液压支架平稳运行提供了技术支持。

基于ANSYS的前后顶梁四柱型充填液压支架的有限元分析

以ZC6000/21/42型高水充填液压支架为研究对象,运用ANSYS Workbench软件分析其在5种不同工况下的应力和应变情况。结果表明:前后顶梁偏载、底座偏载,前后顶梁扭转、底座两端加载和前后顶梁两端、底座扭转加载中底座肋板和过桥处应力较大,前后顶梁头部加载和单顶梁横向中间加载对支架顶梁要求较高,平衡千斤顶所受拉压力明显增大,计算结果可以为支架的设计和改进提供理论依据。

垂直导柱式固体充填液压支架研究分析

针对现有固体充填液压支架应用于较薄煤层充填开采时,存在充填空间视线受阻、充填效果较差的问题,创新设计了一种新型的具备可观察充填空间的垂直导柱式薄煤层固体充填液压支架。基于垂直导柱平衡系统特征,建立了垂直导柱与顶梁的力学模型,校核检验了该支架结构与强度性能,对比了该支架在低采高视角观察上较普通四连杆支架的优势,结果表明,该支架大大增加了薄煤层充填可视面积,为支架进一步的优化提供重要参考。

10414工作面沿空留巷充填液压支架设计实践

针对淮北矿业集团杨柳煤矿10414工作面复杂地质条件巷道的沿空留巷,进行了充填液压支架的设计与研究。对10414工作面沿空留巷施工影响因素、充填液压支架支护系统组成、空间布置等进行分析研究。矿压观测数据表明:巷道顶底板最大移近量160 mm,巷道两帮最大移近量128 mm,巷道顶底板及两帮变形量小,巷道围岩变形控制较好,留巷效果理想,沿空留巷充填液压支架的设计与应用合理。

基于PLC的固体充填液压支架自动控制系统

根据固体充填工艺及其控制要求,对固体充填液压支架进行PLC自动控制系统设计,主要包括硬件设计和联动顺序软件设计,分析了固体充填液压支架控制系统与传统液压支架控制系统的区别,实现了固体充填液压支架的自动控制,提高了控制的精度与控制的稳定性能,在减少操作人员和操作程序的同时,保证充填达到预定效果。

浅析充填液压支架的设计

充填液压支架是在采煤过程中,将综合机械化与充填工艺有效的融合在一起,不仅确保了高效采煤的实现,而且有利于更好的实现对环境的保护。通过充填液压支架的应用,可以有效的提高煤炭的采出量,有利于更好的实现对能源的充分利用,确保了煤炭开采的合理性、高效性及安全性,是目前缩放开采技术发展的主要方向。