礦用液壓支架立柱立式拆裝機設計

　　摘 要

　　液壓支架作為煤礦綜采工作面上重要的支護裝置,直接決定著礦井的安全生產,立柱作為液壓支架的重要組成部分,主要作用是調整支架高度并支撐綜采工作面上方的煤層,其質量決定了液壓支架的可靠性.而綜采工作面工作環境十分惡劣,會嚴重損壞立柱,影響液壓支架的安全可靠性,縮短其使用壽命.為了保障安全生產,在完成一個工作面的開采后,需要對立柱進行拆裝維護和保養.

　　立柱導向套拆卸是立柱拆卸中的一個難點問題,且常規臥式拆裝立柱會產生導向套螺紋損壞、缸體損壞和密封件壓壞等問題.因此 設計了一種立柱立式拆裝機,實現拆裝立柱方便,改善立柱的拆裝質量和效率.完成了以下研究工作:

　　(1)針對立式拆裝機需要實現的功能,進行了整體結構設計.根據立式拆裝機各個機構的實現作用,詳細介紹各個機構的組成、功能及關鍵部件結構設計.

　　(2)采用液壓系統為立式拆裝機的動力系統,對液壓元件進行設計選型.對執行元件液壓缸進行了設計,對執行元件液壓馬達和動力元件液壓泵進行了計算選型,確定可靠的的液壓回路并優選了相應的控制和輔助元件,最后確定液壓原理圖.

　　(3)運用有限元法對關鍵零部件進行靜力學分析,以保證立式拆裝機關鍵零部件的剛度和強度.靜力分析結果表明,旋轉盤和升降架的剛度和強度滿足要求,棘輪盤在進行結構改進后滿足要求.

　　(4)在滿足剛度和強度的前提下,運用有限元法對旋轉盤和升降架進行輕量化優化設計.根據拓撲優化的結果,對旋轉盤和升降架進行輕量化設計,再對優化完成后的旋轉盤和升降架進行靜力學分析,分析結果表明,旋轉盤和升降架在輕量化后不僅減輕了質量,節約了成本,同時還滿足剛度和強度的要求.

　　通過設計該立式拆裝機,能夠順利拆卸立柱導向套,即使遇到腐蝕銹死的導向套也能完美拆卸.立式拆裝機使拆裝立柱的效率和質量有很大的提高,同時能夠降低勞動強度.

　　圖[59] 表[8] 參[70]

　　關鍵詞:立式拆裝機;整體設計;液壓系統設計;有限元分析及優化

　　Abstract

　　As an important supporting device on the coal mining face, the hydraulic supportdirectly determines the safe production of the mine. The column is an important part ofthe hydraulic support. The main function is to adjust the height of the support andsupport the coal seam above the fully mechanized mining face. The quality of columndeterminesthe reliability of the hydraulic support . The working environment of the fullymechanized mining face is very bad, which will seriously damage the column, affectthe safety and reliability of the hydraulic support and shorten its service life. In order toensure safe production, after the completion of mining of a working face, the columnneeds to be dismantled and maintained.

　　The column guide sleeve disassembly is a difficult problem in the columndisassembly, and the conventional horizontal disassembly column will cause problemssuch as guide sleeve thread damage, cylinder damage and seal crushing. A columnvertical disassembling and installing machine is designed to facilitate the disassemblyand assembly of the column and improve the disassembly and assembly quality andefficiency of the column. Completed the following research work:

　　(1) The overall structural design was carried out for the functions that the verticaldisassembling and installing machine needs to implement. According to the realizationof the various mechanisms of the vertical disassembling and installing machine, thecomposition, function and key component structure design of each mechanism areintroduced in detail.

　　(2) The hydraulic system is the power system of the vertical disassembling andinstalling machine, and the hydraulic components are designed and selected. Thehydraulic cylinder of the actuator is designed, the actuator hydraulic motor and thehydraulic pump of the power component are calculated and selected, the reliablehydraulic circuit is determined and the corresponding control and auxiliarycomponents are selected, and the hydraulic schematic is finally determined.

　　(3) Static analysis of key components by finite element method, in order to ensure the rigidity and strength of key components of vertical disassembling and installingmachine. The static analysis results show that the stiffness and strength of the rotatingdisc and the lifting frame meet the requirements, and the ratchet disc meets therequirements after structural improvement.

　　(4) Under the premise of satisfying the rigidity and strength, the finite elementmethod is used to optimize the design of the rotating disc and the lifting frame.According to the results of topology optimization, the rotating disc and the liftingframe are lightly designed, and then the static analysis of the rotating disc and thelifting frame after optimization is carried out. The analysis results show that therotating disc and the lifting frame not only reduce the quality after being lightweight. ,saving costs, while also meeting the requirements of stiffness and strength.

　　By designing the vertical disassembling and installing machine, the column guidesleeve can be successfully disassembled, and the guide sleeve can be perfectlydisassembled even if it encounters corrosion. The vertical disassembling and installingmachine greatly improves the efficiency and quality of the disassembly and assemblycolumn, and at the same time reduces the labor intensity.

　　Figure [59] table [8] reference [70]

　　Key words: vertical disassembling and installing machine; overall design; hydraulicsystem design; finite element analysis and optimization

　　目 錄

　　摘 要.......................................................................................................... I

　　Abstract....................................................................................................... III

　　1 緒論......................................................................................................... 1

　　1.1 課題來源................................................................................................... 1

　　1.2 課題研究背景............................................................................................... 1

　　1.3 液壓支架國內外研究現狀..................................................................................... 2

　　1.3.1 液壓支架國外研究現狀..................................................................................... 2

　　1.3.2 液壓支架國內研究現狀..................................................................................... 3

　　1.4 課題研究的內容及意義....................................................................................... 4

　　1.4.1 課題研究的目的.......................................................................................... 4

　　1.4.2 課題研究的主要內容....................................................................................... 6

　　1.4.3 課題研究意義........................................................................................... 7

　　1.5 本章小結.................................................................................................. 7

　　2 立式拆裝機的整體設計........................................................................................ 9

　　2.1 立式拆裝機整體結構....................................................................................... 9

　　2.2 立式拆裝機各機構的設計................................................................................... 10

　　2.2.1 底座的設計............................................................................................. 10

　　2.2.2 擺動架及大扭矩增力機構的設計............................................................................ 12

　　2.2.3 固定夾緊機構的設計................................................................................... 22

　　2.2.4 滑動夾緊機構及翻轉機構的設計............................................................................ 24

　　2.2.5 升降托架機構的設計................................................................................... 29

　　2.3 立式拆裝機的工作原理及過程................................................................................. 31

　　2.3.1 立式拆裝機工作原理................................................................................... 31

　　2.3.2 立式拆裝機工作過程................................................................................... 31

　　2.4 本章小結................................................................................................. 32

　　3 立式拆裝機液壓系統的設計................................................................................... 33

　　3.1 液壓缸的設計計算......................................................................................... 34

　　3.1.1 工作壓力的選擇和缸內徑及桿直徑的計算...................................................................... 34

　　3.1.2 活塞桿輸出速度和供液流量的計算........................................................................... 38

　　3.1.3 總體結構設計............................................................................................ 39

　　3.2 液壓馬達及液壓泵的計算選型................................................................................. 46

　　3.2.1 液壓馬達的計算選型...................................................................................... 46

　　3.2.2 液壓泵的計算選型....................................................................................... 48

　　3.3 控制及輔助元件的選擇和液壓原理圖的繪制..................................................................... 49

　　3.4 本章小結................................................................................................... 52

　　4 關鍵零部件的有限元分析及優化................................................................................. 54

　　4.1 有限元方法及 ANSYS Workbench 的概述....................................................................... 54

　　4.1.1 有限元方法的概述....................................................................................... 54

　　4.1.2 ANSYS Workbench 的概述.................................................................................. 55

　　4.2 立式拆裝機的三維模型建立................................................................................... 56

　　4.3 關鍵零部件的靜力學分析..................................................................................... 57

　　4.3.1 旋轉盤的靜力學分析...................................................................................... 57

　　4.3.2 棘輪盤的靜力學分析..................................................................................... 61

　　4.3.3 升降架的靜力學分析...................................................................................... 64

　　4.4 關鍵零部件的優化設計....................................................................................... 66

　　4.4.1 旋轉盤的優化設計....................................................................................... 66

　　4.4.2 升降架的優化設計....................................................................................... 69

　　4.5 本章小結................................................................................................. 72

　　5 總結與展望................................................................................................. 74

　　5.1 總結...................................................................................................... 74

　　5.2 展望...................................................................................................... 75

　　參考文獻....................................................................................................... 76

　　致謝........................................................................................................... 83

　　作者簡介及讀研期間主要科研成果................................................................................... 85

　　1 緒論

　　1.1 課題來源

　　本課題來源于企業項目:液壓支架立柱立式拆裝機的研發.

　　1.2 課題研究背景

　　我國經濟發展的主要能源為煤炭,其極大地促進了我國的經濟發展.煤炭占一次能源生產量的 65%和消費總量的 67%.因此,煤炭在未來一段時期內仍在我國能源結構中處主導地位[1-2].然而,我國煤炭總儲量的 53%埋藏在地表下.近來資源和能源的日益緊缺,國民經濟和社會發展對礦物資源的需求不斷增加,開采地表下的煤炭已成為我國發展的重要戰略選擇,煤礦綜合機械化采煤應運而生[3-5].目前我國大部分使用煤礦綜合機械化的方式進行采煤,簡稱為煤礦綜采.煤礦綜采能夠減少采煤時的勞動力,與此同時增加采煤時的安全性,從而提高采煤的效率、增加煤礦產量,降低能源的消耗.煤礦綜采由三個主要裝置組成,分別是采煤機、液壓支架及刮板輸送機[6].

　　采煤機作為煤礦綜采的主要裝置之一,如下圖 1-1 中(1)所示,分別為截割部分、裝載部分、行走部分、操控部分和輔助部分組成.采煤機要有高的生產能力,需要有充分的功率來產生充足的動力用于切割堅硬的煤層,并且能夠適應地質的變化切割不同硬度的煤層.刮板輸送機是煤礦綜采中重要的輸送裝備,由刮板鏈牽引的輸送機,主要用來輸送槽內的散料,圖 1-1 中(2)所示.刮板輸送機由機頭部分、中間部分和機尾部分構成.刮板輸送機在工作運行時,要根據采煤機和液壓支架的要求選取其輸送工作面.為了滿足綜采工藝的需求,輸送機的工作面一定要沿水平或者垂直方向彎曲,工作面水平彎曲可以簡化回采工藝,垂直彎曲可以提高底板不平時工作面的適應性.工作面及輸送機踩空區側要匹配于液壓支架.當液壓支架的中心距于輸送機中部槽的長度不相等時,要根其采煤機的要求選擇輸送機的相關結構尺寸.選擇輸送機時其長度要多于綜采工作面所需的實際長度.因為輸送機的工作環境相當惡劣,所以輸送機需要有充足的電機功率和較大的過載能力.液壓支架是煤礦綜采中重要的保護安全支護裝置,如圖 1-1中(3)所示,由護幫、頂梁、立柱、平衡缸、掩護梁、連桿、底座、推移和抬底等部件構成[7-8].液壓支架的功能主要是支撐并控制著綜采工作面的頂板,安全可靠的隔離采空區,保證地下工作空間的安全,并且可以實現回采工作面和完成有關裝置的機械化移動.采煤機、刮板輸送機和液壓支架三個裝置協同工作實現機械化采煤,增強并改進了采煤和運輸的效能,減緩礦工的工作強度并最大限度的保障了他們的生命安全.

　　1.3 液壓支架國內外研究現狀

　　1.3.1 液壓支架國外研究現狀

　　自從上世紀中后期開始,全球范圍內以煤炭開采為主的國家一直在減少礦井面積、削減煤礦工人數量和降低成本,努力達成礦井集中生產提高煤炭產量及效率的目的.他們致力于研發和運用新技術,對新一代重型液壓支架的研制成功作出了重要的貢獻.新一代重型液壓支架相對于老式的液壓支架,安裝了電磁鐵驅動的電液控制閥,推移千斤頂配備有位移傳感器,立柱的缸徑已經超過 400mm,因此,具有更高的性能和可靠性.同時,新型液壓支架的材料也更換為屈服強度800-1000MPa 的鋼板,這種鋼板具有較強的剛度和硬度,同時也擁有優異的冷焊性能.伴隨著綜采工作面長度的遞增,為了能夠快速移架,普遍運用高壓大流量的液壓泵站.液壓泵站的額定工作壓力為40-50MPa,額定工作流量為400-500L/min,其可以滿足綜采工作面成組或成排快速移架的要求,達到 68s/架[9-14].

　　以煤炭開采為主的國家中,美國的采煤技術最為先進.在 20 世紀末就已經開始應用額定工作壓力為 50MPa、額定工作流量為 478L/min 的液壓泵站,從而達成了液壓支架快速推移的目標,且移架速度達到 6-8s/架.美國的綜采工作面既高效又高產,且使用了兩柱掩護式液壓支架.這種型式的液壓支架能夠長時間使用,使用年限長達十年.液壓支架的最大工作阻力為 9800kN,且支架的寬度不斷增大,中心距從 1.75m 逐漸增大到 2m.伴隨著架寬的不斷增加,減少了工作面的支架數、縮短了移架的時間、提高了采煤的工作效率和單位面積的產量.例如洛斯公司將電液控制的兩柱掩護式液壓支架應用在煤礦綜采工作面上,其工作阻力達到8565kN.這個工作面一個月產煤 90.43 萬噸,成為全球第一個月產煤達百萬噸的工作面;此后還將電流控制的兩柱掩護式液壓支架應用在工作面上,其工作阻力達到 8900kN,工作面月產煤量為 60.11 萬噸.伴隨著兩柱掩護式液壓支架的廣泛應用,美國的綜采工作面日產量和工作效率得到很大的提升,日產量最高超過 7萬噸,工作效率最高為 1336 噸/工[15].

　　澳大利亞同樣作為以煤炭開采為主的國家之一,其采煤技術也相當先進.澳大利亞的煤炭開采普遍采取一個礦井一個工作面的高度集中化方式進行開采,其綜采工作面同樣應用兩柱掩護式液壓支架,液壓支架的工作阻力達到 7640kN.例如尤蘭礦在其綜采工作面應用電流控制的兩柱掩護式液壓支架后,達到澳大利亞自古以來日均產量的最高值為 3.41 萬噸,且班產量也維持在 5000-6000 噸[16].

　　1.3.2 液壓支架國內研究現狀

　　煤炭是我國的基礎能源.20 世紀以來,我國的煤炭工業處于快速發展的過程中,其間我國綜采工作面的生產力得到很大的提升.伴隨著我國煤炭工業的高速發展,煤炭綜采工藝裝備的需求量越來越大,因此給我國綜采工藝裝備制造業帶來了可貴的機遇和廣闊的市場空間.我國煤炭綜采工業發展的關鍵方向一直是煤炭安全高效的開采.液壓支架是關乎綜采工作面能否安全高效開采的關鍵裝置,其技術標志著煤炭綜采裝置的水平.為了提高我國煤炭綜采裝置的水平,太原分院和鄭州煤機廠于 1964 年自主研制設計了一種 70 型邁步式自移支架,從此我國開始自主生產制造液壓支架.北京及沈陽開采所聯合鄭州煤機廠于 1984 年進行了一項工業試驗,把我國研制的第一套放頂煤液壓支架應用在沈陽蒲河礦的綜采工作面進行試驗,從而研制出多種型號的放頂液壓支架,可以分別應用在緩傾或急傾斜厚煤層和水平分層的工作面中.自從 1990 年開始,我國開始全面生產液壓支架,國產液壓支架的數量越來越多.截止到 1998 年,隨著國產液壓支架數量的增加,國內已經建立 88 處高產量高效率的礦井,且在這些礦井中部分礦井的一個工作面的產煤量已經達到 15.72 萬噸/月,人工生產效率達到 9.16 噸/工.我國煤炭工業發展至今,煤礦綜采工作面的機械化水平已經達到了世界一流水平,并且不再依賴進口的機械裝置,開始出口國產的綜采機械化裝置[17-25].

　　1.4 課題研究的內容及意義

　　1.4.1 課題研究的目的

　　液壓支架是煤礦綜采工作面中重要的保護安全支護裝置,其結構如下圖 1-2所示:液壓支架的工作原理:由頂梁、平衡缸和掩護梁三者構成三角形的結構.為了增強頂板支護的可靠性和液壓支架承受水平力的能力,需要減小液壓支架頂梁前端點和煤壁的距離,因此要利用連桿讓液壓支架頂梁前端點的運動軌跡近似為雙扭線.同時也可以使掩護梁徹底封閉采空區域,從而防止頂板巖石碎裂掉進工作面.液壓支架在采煤過程中的主要動作為:

　　(1)降柱、移架:當采煤機經過后并暴露出頂板,就馬上降柱移架;

　　(2)升柱:液壓支架移動到新的地點后,升柱支撐頂板;

　　(3)推溜:在液壓支架撐住后,推移千斤頂使液壓支架底座推溜.

　　在上述采煤過程中,立柱是液壓支架中支撐頂板的關鍵部件,其支撐在底座和頂梁或掩護梁之間,并能通過控制立柱活柱的伸縮來改變液壓支架的高度并承載,從而保證綜采工作面的安全.

　　立柱是液壓支架中改變支架高度并承受煤礦層重載的液壓缸,因此需要較強的抗壓和抗彎強度且對密封的要求很高,這樣才能夠保證綜采工作面的安全.立柱有多種形式,其中雙作用式的使用最為廣泛.雙作用式立柱具有兩種伸縮方式,分別為全液壓式和液壓加機械調整式,液壓加機械調整式的立柱伸縮量大且調整方便,但其結構較復雜.立柱的結構如圖 1-3 所示,其由缸體、活塞桿、活塞、導向套和密封件等組成,缸體由強度高且延伸性好的無縫鋼管加工而成.立柱是通過液壓傳動調節液壓支架的高度,普遍采取結構簡單的外進液式,外進液式的進回液口都處在缸體上;少數情況下也會采取內進液式,內進液式的進回液頭都處在活柱頭部.為了減少偏載并能夠方便轉動和拆裝立柱,立柱的上下端面都采用球面連接.

　　隨著煤礦綜采裝置的越來越廣泛,對采煤綜采工作面的安全性和工作效率的需求越來越高.但是通常情況下綜采工作面的環境十分惡劣,會嚴重影響綜采裝置的安全可靠性和縮短綜采裝置的使用年限.因此,在一個工作面的開采后,整個煤礦綜采裝置需要大修.液壓支架作為綜采設備的重要部分,由于長期在惡劣條件下作往返運動,且直接與井下潮濕空氣接觸,伸縮立柱受損明顯,導致液壓支架失效,嚴重地威脅了煤礦安全生產.立柱在完成一個工作面的開采后,會有以下的損壞形式:

　　(1)密封失效:密封失效會使立柱上下腔液壓油互相串液或者上腔液壓油漏液,致使立柱的支撐力減小.立柱缸體內壁磨損、外壁電鍍層損壞和密封件的破損是造成密封失效的主要原因.密封失效危害很嚴重,會導致立柱缸體內腔污染,從而減少其它液壓元件的使用壽命,甚至毀壞整個液壓系統.

　　(2)缸體內表面腐蝕:立柱在長時間使用后,液壓油的品質和濃度發生了變化甚至摻入了雜質,從而導致缸體內表面出現腐蝕現象,生成大大小小的腐蝕坑.立柱內表面的腐蝕坑嚴重影響密封效應且腐蝕坑邊緣也會劃傷密封件造成密封件的破壞.

　　(3)缸口腐蝕:立柱缸口通過螺紋連接著導向套,為了保證立柱的密封效果,缸口和導向套件設有靜密封,缸口腐蝕就出現在靜密封與缸口接觸處.缸口腐蝕的原因較為復雜,任何問題產生的腐蝕都會累積下來,從而造成缸口的嚴重銹蝕.缸口作為裝配密封時的通道,一旦缸口腐蝕后,任何細小的腐蝕邊都會劃傷密封,使密封時出現微觀破口.初期使用時微觀破口的影響較小,但一段時間的使用過后,破口會逐漸變大從而引起泄露.因此影響立柱裝配質量的重要因素為缸口腐蝕.

　　(4)缸口圓度超差:立柱在液壓支架內通常不是豎直放置的,放置時通常會傾斜放置.因此,立柱不僅會受到軸向力的作用還會受到彎矩的作用,從而造成缸口圓度超差的問題.缸口圓度超差會增加導向套與缸口處螺紋的摩擦阻力,從而導致螺紋卡死,立柱不能夠輕松拆卸.

　　(5)電鍍層損壞:立柱缸體外表面電鍍層由多種原因導致其損壞,會造成立柱的密封損壞.

　　針對立柱的損壞[26-31],需要先將立柱從液壓支架上卸下來,再對立柱進行拆卸,對其損壞的部分進行修復后再進行安裝,從而增加液壓支架的使用壽命,減少煤礦綜采裝置的成本,提高綜采工藝的經濟效益.

　　1.4.2 課題研究的主要內容

　　在拆裝立柱時,拆裝的難點主要是立柱的導向套.立柱通常是通過臥式的方式進行拆裝的.在臥式拆裝時,因為立柱的自重,導致立柱的軸線不對中,從而造成導向套螺紋的破損、缸體的損壞和密封件的壓壞等問題.在臥式拆裝時,立柱導向套的拆卸多為人工拆卸.人工拆卸的勞動強度大且工作效率低,一旦遇到立柱導向套螺紋銹蝕嚴重時,人力是無法拆卸的.因此,臥式拆裝立柱容易進一步造成立柱損壞,拆裝的過程繁瑣費力且不安全.針對立柱臥式拆裝時的缺陷,研究設計了一種液壓支架立柱立式拆裝機.通過理論結合實際設計和計算機仿真技術的方法,對立式拆裝機進行設計,并對關鍵部件進行有限元分析及優化.

　　(1)根據液壓支架立柱臥式拆裝的工作缺陷,設計新型立式拆裝機,擬解決臥式拆裝的缺陷,提高工作效率,滿足工作要求.

　　(2)運用理論結合實際的方法,構思液壓支架立柱立式拆裝機的整體結構,規劃和設計液壓支架立柱立式拆裝機的各個機構,用三維軟件構建出來.

　　(3)根據拆裝立柱所需的動力,選擇符合要求的液壓設備并合理計算立式拆裝機內各個液壓缸的尺寸.在選擇符合要求的液壓設備并計算完各液壓缸尺寸后,繪制出液壓原理圖,完成液壓系統的設計.

　　(4)對立式拆裝機的關鍵零部件進行靜力學分析,將立式拆裝機關鍵零部件的模型導入 ANSYS Workbench 中,設置邊界條件和所受的載荷,分析關鍵零部件的強度及其剛度.在滿足剛度和強度的前提下,對關鍵零部件進行優化設計.

　　1.4.3 課題研究意義

　　液壓支架是煤礦綜采裝置的重要組成部分,是綜采工作面的主要安全保護裝置,其立柱作為主要的承載部件,因此在使用過程中對立柱的可靠性具有很高的要求.但是,在一個工作面的使用后,立柱會有不同程度的損壞,為了保證立柱的可靠性,維修立柱是有必要的.由于立柱通常是采用臥式拆裝的,拆裝的過程繁瑣費力且不安全,因此設計一種液壓支架立柱立式拆裝機.本文設計的液壓支架立柱立式拆裝機,能夠極大的改善立柱的裝配和拆卸質量和效率,降低了維修拆裝立柱時的勞動強度,從而增加液壓支架的使用壽命,減少煤礦綜采裝置的成本,提高綜采工藝的經濟效益.

　　1.5 本章小結

　　本章首先介紹煤礦機械化采煤對我國煤礦開采的重要性,分別介紹了煤礦綜采中三個主要裝置:采煤機、刮板輸送機和液壓支架.然后介紹了國內外液壓支架的研究現狀及發展趨勢,著重介紹了液壓支架的工作原理,介紹了液壓支架中的主要承載部件立柱.針對液壓支架立柱的拆裝,介紹立柱的損壞形式及拆裝難點.提出立柱臥式拆裝時缺陷,為了拆裝立柱方便,設計一種立式拆裝機,介紹了立式拆裝機的設計流程.

　　…………由于本文篇幅較長,部分內容省略,詳細全文見文末附件

　　5 總結與展望

　　5.1 總結

　　通過以拆裝液壓支架立柱為研究對象,研究設計出此立式拆裝機.針對立式拆裝機需要實現的功能,進行了各個機構的設計.機構設計完后,根據液壓傳動的優點,采用液壓系統作為立式拆裝機的動力系統,對液壓系統內的液壓元件進行設計選型.對各個機構中的液壓缸進行了設計,對液壓馬達和液壓泵進行了計算選型,確定了液壓系統的液壓原理.立式拆裝機整體結構設計和液壓系統設計完成后,運用有限元法對立式拆裝機內關鍵零部件進行了分析及優化.在研究設計的過程中主要完成了以下的工作:

　　(1)對液壓支架及其立柱進行了簡單的了解和說明,并對立柱的損壞形式進行了詳細的了解.立柱的拆卸主要是對其導向套進行拆卸,常規臥式方式拆卸會損壞立柱,因此研究立式拆裝機,解決臥式拆裝時產生的問題,實現拆裝立柱方便.

　　(2)針對立式拆裝機要實現的功能,進行了整體的結構設計.依次設計立式拆裝機的各個機構,并展示各個機構的二維圖,介紹各個機構的組成、功能及其關鍵部件的設計.介紹立式拆裝機各個機構的工作原理及拆裝立柱的工作過程.

　　(3)立式拆裝機整體結構設計完成后,設計采用液壓系統作為立式拆裝機的動力系統.介紹液壓傳動的優點,并根據液壓系統中的組成部分:執行元件、動力元件、控制元件和輔助元件,對液壓系統進行設計.先設計液壓系統的執行元件液壓缸,立式拆裝機中有多種液壓缸,設計負載力最大的擺動液壓缸,計算出其尺寸及所需流量,其余的液壓缸根據擺動液壓缸尺寸的進行設計.接著對執行元件液壓馬達和動力元件液壓泵進行計算選型.在執行元件和動力元件設計選型后,確定可靠的液壓回路并優選相應的控制和輔助元件,最后確定液壓原理圖.

　　(4)確定完立式拆裝機的整體結構和液壓系統后,運用有限元法對立式拆裝機的關鍵零部件進行剛度和強度的校核,以確保關鍵零部件滿足工作要求.介紹了有限元方法和有限元軟件 ANSYS Workbench 的歷史、基本原理和分析步驟.用三維軟件將立式拆裝機的三維模型構建出來,再將其關鍵零部件的模型導入有限元分析軟件,進行靜力學分析.分析結果表明,旋轉盤和升降架的剛度和強度滿足要求,棘輪盤在結構改進后滿足要求.在滿足剛度和強度的要求后,對旋轉盤和升降架進行輕量化優化設計.根據拓撲優化的結果,對旋轉盤和升降架進行輕量化設計,再對優化完成后的旋轉盤和升降架進行靜力學分析,結果表明仍符合要求.最后將優化完成后的旋轉盤和升降架裝配到立式拆裝機的三維圖中.

　　設計完成的立式拆裝機實物圖如下圖 5-1 所示.

　　5.2 展望

　　研究設計的立式拆裝機,雖然對其整體結構和液壓系統進行了設計,但由于水平有限,設計的立式拆裝機還有多處不足之處,仍需要進一步的探討和設計.

　　(1)對于該立式拆裝機,由于時間有限做整體設計時只對機架進行了簡單的設計;僅僅只表述了各個機構的結構、組成及其功能.因此可以對立式拆裝機進行詳細的設計并對各個機構進行改進.

　　(2)對于該立式拆裝機的液壓系統,其液壓元件的設計及選型較為簡單,可以進行更加詳盡的設計及選型.確定的液壓原理圖也較為簡單,可以選用更加合適的液壓回路及控制輔助元件,使液壓系統更加合理,更具經濟性.

　　(3)由于時間及能力的原因,未對立式拆裝機的整體進行有限元分析及優化.可以對立式拆裝機進行整體分析,研究整體結構的強度和剛度并在滿足設計要求的前提下對整體結構進行優化設計,減少材料的使用率節約成本.

　　致謝

　　白駒過隙,時光荏苒,兩年的研究生學習生活慢慢步入尾聲.重溫研究生階段的兩年時光,一切仍歷歷在目.兩年來,我獲益良多,這一階段的學習和工作是我人生寶貴的財富.在這兩年里,從學習理論知識開始,到公司實習參與課題研究,最后按時完成論文,一路的學習和體驗都使我受益匪淺.我的專業知識、科研工作能力不斷提高,對客觀事物的認識進一步加深,綜合素質得到全面發展,這些改變都歸功于李毅華副教授帶領的科研團隊.在即將畢業之際,我要向他們表示衷心的感謝!

　　首先,我要向我的導師-李毅華副教授,致以真摯的感謝!李老師是一位嚴謹的人,她在學術中一絲不茍、實事求是;在工作中態度認真、治學嚴謹;在生活中和藹可親、平易近人,是真正的良師益友!從課題的選定到論文的撰寫,都是在李老師的悉心指導下完成的.在課題研究的過程中,李老師專心教導我研究方法和思路,和我探討撰寫論文過程中所遇到的問題,使我順利并圓滿完成論文!

　　同時我要感謝朱安行、范飛飛、梁誠、鄧家一、湯配、任歡等師兄弟在課題研究期間給我的幫助,為我答疑解惑,克服種種難題,勇往直前!感謝舍友張鵬對我生活和學習上的關懷和支持!

　　感謝我的父母、爺爺奶奶及家人多年來對我的支持和鼓勵!是他們的關心和愛護,鞭策我一直努力至今,是他們給與我精神上和物質上的支持,鼓勵我進步,關心我成長,我才能圓滿完成研究生學業!

　　最后,感謝各位專家評審老師和答辯委員會老師在百忙之中審閱我的論文,并提出寶貴的意見!

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