垂直导杆型液压支架三维参数化设计与有限元强度分析

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垂直导杆型液压支架三维参数化设计与有限元强度分析液压支架是地下工程或隧道工程的关键设备之-，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-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
-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。
液压支架由承载结构件、液压油缸、控制元件和辅助装置四大部分组成。承
载结构件-般包括顶梁、掩护梁、底座、连杆和尾梁等，其主要功能是承受顶板
和垮落岩石的载荷以及维护工作空间；液压油缸包括立柱和各类千斤顶，其主要
功能是为液压支架提供动力、实现支架的各种动作；控制元件包括液压系统操纵
阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、电控元件，其主要功能是操作控制液
压支架各液压油缸动作及保证液压支架完成其各项预期功能；辅助装置包括推移
装置、防倒防滑装置及喷雾装置等[2]
。
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-直积极开发和应用新技术，
致力于高性能、高可靠性的新-代重型液压支架的研制。国外液压支架的主要发
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-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。