拱形巷道临时支护设备的参数化及关键部件优化设计

论文摘要

本文介绍了一种新型可自移式巷道辅助安全支护设备。与掘进机配套使用可加快巷道开拓进度,在回收巷道金属支架和锚杆时使用,快速安全回收节省坑木。该设备主要用于巷道顶板支护,作用于巷道开掘后和永久支护之间的时间或回收金属支架前的支护,为井下作业人员和设备提供安全的坚实保护。首先,在传统工作面液压支架和端头支架的基础上进行研究,巷道临时支护设备采用创新的拱形网状箱型顶梁,顶梁自重轻,强度高,可在支护巷道的同时利用规则的孔为锚杆支护直接在支架下进行,孔还可以为锚杆定位；回收废弃巷道支护过程正好逆向,安全可靠,经济效益好；底座为分体式对称设计,有利于支架移动和其他巷道作业设备并行。其次,使用Pro/E建立巷道临时支护设备的参数化模型,结合VBA进行二次开发,快速修改模型,加快设计开发进度。最后,在通过Pro/E与ANSYS软件之间的无缝模型转换,划分网格时由于模型过于复杂,不能快速划分网格,需要特殊处理,这不利于以后的优化改进,经过查阅大量资料后,使用ANSYS Workbench进行有限元仿真实验,在模型过于复杂时效果明显优于ANSYS经典。得到了该支架在收到最大顶板载荷压力下的变形和受力云图,进行了强度和刚度校核,为设计的可行性提供了理论依据。综上所述,本文的意义在于：研究设计了巷道临时支护设备的新型顶梁结构,建立了易于分析的参数化零部件及装配模型,并进行了静力分析和模态分析。支架轻便简单,加快了巷道作业速度,提高劳动生产效率。将使巷道临时支护更加科学化、先进化、实用化和规范化。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 巷道临时支护设备
• 1.1 巷道临时支护设备的现状
• 1.2 课题的提出
• 1.3 课题的研究内容
• 1.4 效果预计分析
• 1.5 经济效益预计分析
• 1.6 小结
• 2 巷道临时支护设备的虚拟样机设计
• 2.1 工作原理
• 2.2 巷道临时支护设备的功能设定及设计特点
• 2.2.1 巷道掘进支护设计特点[2]
• 2.2.2 巷道支护回收支护设计特点[3]
• 2.3 巷道支架的承载原理
• 2.4 主要零部件的结构设计
• 2.4.1 顶梁的结构设计
• 2.4.2 底座的结构设计
• 2.4.3 护帮的结构设计
• 2.5 小结
• 3 基于Visual Basic的Pro/E的二次开发巷道临时支护设备建模应用研究
• 3.1 前言
• 3.2 Pro/E的五种二次开发方法及其特点[12]
• 3.3 基于VBA的Pore/E二次开发软件准备
• 3.4 使用Pro/E建立参数化模型方便程序编译
• 3.5 编写程序代码
• 3.5.1 启动代码编写
• 3.5.2 更新模型代码编写
• 3.6 小结
• 4 顶梁的有限元分析
• 4.1. Workbench简介
• 4.1.1 Workbench的设计思想
• 4.1.2 基于Workbench的仿真环境有三点与传统仿真环境有所不同
• 4.2 线性静力学分析基础
• 4.3 支护原理
• 4.4 拱形顶梁支护受力分析
• 4.5 三维模型建立及力学模型简化
• 4.6 材料与属性
• 4.7 网格划分
• 4.8 边界条件与载荷
• 4.9 分析步骤
• 4.10 分析结果
• 4.11 小结
• 5 项梁的预应力模态分析
• 5.1. 前言
• 5.2 有限元模态分析与模态测试
• 5.3 预应力模态分析
• 5.4 结果分析
• 5.5 小结
• 6 基于ANSYS Workbench的优化设计
• 6.1 ANSYS Workbench介绍
• 6.2 优化设计过程
• 6.3 优化结果及分析
• 6.4 小结
• 7 结论
• 参考文献
• 附录A 附录内容名称
• 作者简历
• 学位论文数据集