矿用液压支架立柱立式拆装机设计

　　摘 要

　　液压支架作为煤矿综采工作面上重要的支护装置,直接决定着矿井的安全生产,立柱作为液压支架的重要组成部分,主要作用是调整支架高度并支撑综采工作面上方的煤层,其质量决定了液压支架的可靠性.而综采工作面工作环境十分恶劣,会严重损坏立柱,影响液压支架的安全可靠性,缩短其使用寿命.为了保障安全生产,在完成一个工作面的开采后,需要对立柱进行拆装维护和保养.

　　立柱导向套拆卸是立柱拆卸中的一个难点问题,且常规卧式拆装立柱会产生导向套螺纹损坏、缸体损坏和密封件压坏等问题.因此 设计了一种立柱立式拆装机,实现拆装立柱方便,改善立柱的拆装质量和效率.完成了以下研究工作:

　　(1)针对立式拆装机需要实现的功能,进行了整体结构设计.根据立式拆装机各个机构的实现作用,详细介绍各个机构的组成、功能及关键部件结构设计.

　　(2)采用液压系统为立式拆装机的动力系统,对液压元件进行设计选型.对执行元件液压缸进行了设计,对执行元件液压马达和动力元件液压泵进行了计算选型,确定可靠的的液压回路并优选了相应的控制和辅助元件,最后确定液压原理图.

　　(3)运用有限元法对关键零部件进行静力学分析,以保证立式拆装机关键零部件的刚度和强度.静力分析结果表明,旋转盘和升降架的刚度和强度满足要求,棘轮盘在进行结构改进后满足要求.

　　(4)在满足刚度和强度的前提下,运用有限元法对旋转盘和升降架进行轻量化优化设计.根据拓扑优化的结果,对旋转盘和升降架进行轻量化设计,再对优化完成后的旋转盘和升降架进行静力学分析,分析结果表明,旋转盘和升降架在轻量化后不仅减轻了质量,节约了成本,同时还满足刚度和强度的要求.

　　通过设计该立式拆装机,能够顺利拆卸立柱导向套,即使遇到腐蚀锈死的导向套也能完美拆卸.立式拆装机使拆装立柱的效率和质量有很大的提高,同时能够降低劳动强度.

　　图[59] 表[8] 参[70]

　　关键词:立式拆装机;整体设计;液压系统设计;有限元分析及优化

　　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 录

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

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

　　1 绪论......................................................................................................... 1

　　1.1 课题来源................................................................................................... 1

　　1.2 课题研究背景............................................................................................... 1

　　1.3 液压支架国内外研究现状..................................................................................... 2

　　1.3.1 液压支架国外研究现状..................................................................................... 2

　　1.3.2 液压支架国内研究现状..................................................................................... 3

　　1.4 课题研究的内容及意义....................................................................................... 4

　　1.4.1 课题研究的目的.......................................................................................... 4

　　1.4.2 课题研究的主要内容....................................................................................... 6

　　1.4.3 课题研究意义........................................................................................... 7

　　1.5 本章小结.................................................................................................. 7

　　2 立式拆装机的整体设计........................................................................................ 9

　　2.1 立式拆装机整体结构....................................................................................... 9

　　2.2 立式拆装机各机构的设计................................................................................... 10

　　2.2.1 底座的设计............................................................................................. 10

　　2.2.2 摆动架及大扭矩增力机构的设计............................................................................ 12

　　2.2.3 固定夹紧机构的设计................................................................................... 22

　　2.2.4 滑动夹紧机构及翻转机构的设计............................................................................ 24

　　2.2.5 升降托架机构的设计................................................................................... 29

　　2.3 立式拆装机的工作原理及过程................................................................................. 31

　　2.3.1 立式拆装机工作原理................................................................................... 31

　　2.3.2 立式拆装机工作过程................................................................................... 31

　　2.4 本章小结................................................................................................. 32

　　3 立式拆装机液压系统的设计................................................................................... 33

　　3.1 液压缸的设计计算......................................................................................... 34

　　3.1.1 工作压力的选择和缸内径及杆直径的计算...................................................................... 34

　　3.1.2 活塞杆输出速度和供液流量的计算........................................................................... 38

　　3.1.3 总体结构设计............................................................................................ 39

　　3.2 液压马达及液压泵的计算选型................................................................................. 46

　　3.2.1 液压马达的计算选型...................................................................................... 46

　　3.2.2 液压泵的计算选型....................................................................................... 48

　　3.3 控制及辅助元件的选择和液压原理图的绘制..................................................................... 49

　　3.4 本章小结................................................................................................... 52

　　4 关键零部件的有限元分析及优化................................................................................. 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 立式拆装机的三维模型建立................................................................................... 56

　　4.3 关键零部件的静力学分析..................................................................................... 57

　　4.3.1 旋转盘的静力学分析...................................................................................... 57

　　4.3.2 棘轮盘的静力学分析..................................................................................... 61

　　4.3.3 升降架的静力学分析...................................................................................... 64

　　4.4 关键零部件的优化设计....................................................................................... 66

　　4.4.1 旋转盘的优化设计....................................................................................... 66

　　4.4.2 升降架的优化设计....................................................................................... 69

　　4.5 本章小结................................................................................................. 72

　　5 总结与展望................................................................................................. 74

　　5.1 总结...................................................................................................... 74

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

　　参考文献....................................................................................................... 76

　　致谢........................................................................................................... 83

　　作者简介及读研期间主要科研成果................................................................................... 85

　　1 绪论

　　1.1 课题来源

　　本课题来源于企业项目:液压支架立柱立式拆装机的研发.

　　1.2 课题研究背景

　　我国经济发展的主要能源为煤炭,其极大地促进了我国的经济发展.煤炭占一次能源生产量的 65%和消费总量的 67%.因此,煤炭在未来一段时期内仍在我国能源结构中处主导地位[1-2].然而,我国煤炭总储量的 53%埋藏在地表下.近来资源和能源的日益紧缺,国民经济和社会发展对矿物资源的需求不断增加,开采地表下的煤炭已成为我国发展的重要战略选择,煤矿综合机械化采煤应运而生[3-5].目前我国大部分使用煤矿综合机械化的方式进行采煤,简称为煤矿综采.煤矿综采能够减少采煤时的劳动力,与此同时增加采煤时的安全性,从而提高采煤的效率、增加煤矿产量,降低能源的消耗.煤矿综采由三个主要装置组成,分别是采煤机、液压支架及刮板输送机[6].

　　采煤机作为煤矿综采的主要装置之一,如下图 1-1 中(1)所示,分别为截割部分、装载部分、行走部分、操控部分和辅助部分组成.采煤机要有高的生产能力,需要有充分的功率来产生充足的动力用于切割坚硬的煤层,并且能够适应地质的变化切割不同硬度的煤层.刮板输送机是煤矿综采中重要的输送装备,由刮板链牵引的输送机,主要用来输送槽内的散料,图 1-1 中(2)所示.刮板输送机由机头部分、中间部分和机尾部分构成.刮板输送机在工作运行时,要根据采煤机和液压支架的要求选取其输送工作面.为了满足综采工艺的需求,输送机的工作面一定要沿水平或者垂直方向弯曲,工作面水平弯曲可以简化回采工艺,垂直弯曲可以提高底板不平时工作面的适应性.工作面及输送机踩空区侧要匹配于液压支架.当液压支架的中心距于输送机中部槽的长度不相等时,要根其采煤机的要求选择输送机的相关结构尺寸.选择输送机时其长度要多于综采工作面所需的实际长度.因为输送机的工作环境相当恶劣,所以输送机需要有充足的电机功率和较大的过载能力.液压支架是煤矿综采中重要的保护安全支护装置,如图 1-1中(3)所示,由护帮、顶梁、立柱、平衡缸、掩护梁、连杆、底座、推移和抬底等部件构成[7-8].液压支架的功能主要是支撑并控制着综采工作面的顶板,安全可靠的隔离采空区,保证地下工作空间的安全,并且可以实现回采工作面和完成有关装置的机械化移动.采煤机、刮板输送机和液压支架三个装置协同工作实现机械化采煤,增强并改进了采煤和运输的效能,减缓矿工的工作强度并最大限度的保障了他们的生命安全.

　　1.3 液压支架国内外研究现状

　　1.3.1 液压支架国外研究现状

　　自从上世纪中后期开始,全球范围内以煤炭开采为主的国家一直在减少矿井面积、削减煤矿工人数量和降低成本,努力达成矿井集中生产提高煤炭产量及效率的目的.他们致力于研发和运用新技术,对新一代重型液压支架的研制成功作出了重要的贡献.新一代重型液压支架相对于老式的液压支架,安装了电磁铁驱动的电液控制阀,推移千斤顶配备有位移传感器,立柱的缸径已经超过 400mm,因此,具有更高的性能和可靠性.同时,新型液压支架的材料也更换为屈服强度800-1000MPa 的钢板,这种钢板具有较强的刚度和硬度,同时也拥有优异的冷焊性能.伴随着综采工作面长度的递增,为了能够快速移架,普遍运用高压大流量的液压泵站.液压泵站的额定工作压力为40-50MPa,额定工作流量为400-500L/min,其可以满足综采工作面成组或成排快速移架的要求,达到 68s/架[9-14].

　　以煤炭开采为主的国家中,美国的采煤技术最为先进.在 20 世纪末就已经开始应用额定工作压力为 50MPa、额定工作流量为 478L/min 的液压泵站,从而达成了液压支架快速推移的目标,且移架速度达到 6-8s/架.美国的综采工作面既高效又高产,且使用了两柱掩护式液压支架.这种型式的液压支架能够长时间使用,使用年限长达十年.液压支架的最大工作阻力为 9800kN,且支架的宽度不断增大,中心距从 1.75m 逐渐增大到 2m.伴随着架宽的不断增加,减少了工作面的支架数、缩短了移架的时间、提高了采煤的工作效率和单位面积的产量.例如洛斯公司将电液控制的两柱掩护式液压支架应用在煤矿综采工作面上,其工作阻力达到8565kN.这个工作面一个月产煤 90.43 万吨,成为全球第一个月产煤达百万吨的工作面;此后还将电流控制的两柱掩护式液压支架应用在工作面上,其工作阻力达到 8900kN,工作面月产煤量为 60.11 万吨.伴随着两柱掩护式液压支架的广泛应用,美国的综采工作面日产量和工作效率得到很大的提升,日产量最高超过 7万吨,工作效率最高为 1336 吨/工[15].

　　澳大利亚同样作为以煤炭开采为主的国家之一,其采煤技术也相当先进.澳大利亚的煤炭开采普遍采取一个矿井一个工作面的高度集中化方式进行开采,其综采工作面同样应用两柱掩护式液压支架,液压支架的工作阻力达到 7640kN.例如尤兰矿在其综采工作面应用电流控制的两柱掩护式液压支架后,达到澳大利亚自古以来日均产量的最高值为 3.41 万吨,且班产量也维持在 5000-6000 吨[16].

　　1.3.2 液压支架国内研究现状

　　煤炭是我国的基础能源.20 世纪以来,我国的煤炭工业处于快速发展的过程中,其间我国综采工作面的生产力得到很大的提升.伴随着我国煤炭工业的高速发展,煤炭综采工艺装备的需求量越来越大,因此给我国综采工艺装备制造业带来了可贵的机遇和广阔的市场空间.我国煤炭综采工业发展的关键方向一直是煤炭安全高效的开采.液压支架是关乎综采工作面能否安全高效开采的关键装置,其技术标志着煤炭综采装置的水平.为了提高我国煤炭综采装置的水平,太原分院和郑州煤机厂于 1964 年自主研制设计了一种 70 型迈步式自移支架,从此我国开始自主生产制造液压支架.北京及沈阳开采所联合郑州煤机厂于 1984 年进行了一项工业试验,把我国研制的第一套放顶煤液压支架应用在沈阳蒲河矿的综采工作面进行试验,从而研制出多种型号的放顶液压支架,可以分别应用在缓倾或急倾斜厚煤层和水平分层的工作面中.自从 1990 年开始,我国开始全面生产液压支架,国产液压支架的数量越来越多.截止到 1998 年,随着国产液压支架数量的增加,国内已经建立 88 处高产量高效率的矿井,且在这些矿井中部分矿井的一个工作面的产煤量已经达到 15.72 万吨/月,人工生产效率达到 9.16 吨/工.我国煤炭工业发展至今,煤矿综采工作面的机械化水平已经达到了世界一流水平,并且不再依赖进口的机械装置,开始出口国产的综采机械化装置[17-25].

　　1.4 课题研究的内容及意义

　　1.4.1 课题研究的目的

　　液压支架是煤矿综采工作面中重要的保护安全支护装置,其结构如下图 1-2所示:液压支架的工作原理:由顶梁、平衡缸和掩护梁三者构成三角形的结构.为了增强顶板支护的可靠性和液压支架承受水平力的能力,需要减小液压支架顶梁前端点和煤壁的距离,因此要利用连杆让液压支架顶梁前端点的运动轨迹近似为双扭线.同时也可以使掩护梁彻底封闭采空区域,从而防止顶板岩石碎裂掉进工作面.液压支架在采煤过程中的主要动作为:

　　(1)降柱、移架:当采煤机经过后并暴露出顶板,就马上降柱移架;

　　(2)升柱:液压支架移动到新的地点后,升柱支撑顶板;

　　(3)推溜:在液压支架撑住后,推移千斤顶使液压支架底座推溜.

　　在上述采煤过程中,立柱是液压支架中支撑顶板的关键部件,其支撑在底座和顶梁或掩护梁之间,并能通过控制立柱活柱的伸缩来改变液压支架的高度并承载,从而保证综采工作面的安全.

　　立柱是液压支架中改变支架高度并承受煤矿层重载的液压缸,因此需要较强的抗压和抗弯强度且对密封的要求很高,这样才能够保证综采工作面的安全.立柱有多种形式,其中双作用式的使用最为广泛.双作用式立柱具有两种伸缩方式,分别为全液压式和液压加机械调整式,液压加机械调整式的立柱伸缩量大且调整方便,但其结构较复杂.立柱的结构如图 1-3 所示,其由缸体、活塞杆、活塞、导向套和密封件等组成,缸体由强度高且延伸性好的无缝钢管加工而成.立柱是通过液压传动调节液压支架的高度,普遍采取结构简单的外进液式,外进液式的进回液口都处在缸体上;少数情况下也会采取内进液式,内进液式的进回液头都处在活柱头部.为了减少偏载并能够方便转动和拆装立柱,立柱的上下端面都采用球面连接.

　　随着煤矿综采装置的越来越广泛,对采煤综采工作面的安全性和工作效率的需求越来越高.但是通常情况下综采工作面的环境十分恶劣,会严重影响综采装置的安全可靠性和缩短综采装置的使用年限.因此,在一个工作面的开采后,整个煤矿综采装置需要大修.液压支架作为综采设备的重要部分,由于长期在恶劣条件下作往返运动,且直接与井下潮湿空气接触,伸缩立柱受损明显,导致液压支架失效,严重地威胁了煤矿安全生产.立柱在完成一个工作面的开采后,会有以下的损坏形式:

　　(1)密封失效:密封失效会使立柱上下腔液压油互相串液或者上腔液压油漏液,致使立柱的支撑力减小.立柱缸体内壁磨损、外壁电镀层损坏和密封件的破损是造成密封失效的主要原因.密封失效危害很严重,会导致立柱缸体内腔污染,从而减少其它液压元件的使用寿命,甚至毁坏整个液压系统.

　　(2)缸体内表面腐蚀:立柱在长时间使用后,液压油的品质和浓度发生了变化甚至掺入了杂质,从而导致缸体内表面出现腐蚀现象,生成大大小小的腐蚀坑.立柱内表面的腐蚀坑严重影响密封效应且腐蚀坑边缘也会划伤密封件造成密封件的破坏.

　　(3)缸口腐蚀:立柱缸口通过螺纹连接着导向套,为了保证立柱的密封效果,缸口和导向套件设有静密封,缸口腐蚀就出现在静密封与缸口接触处.缸口腐蚀的原因较为复杂,任何问题产生的腐蚀都会累积下来,从而造成缸口的严重锈蚀.缸口作为装配密封时的通道,一旦缸口腐蚀后,任何细小的腐蚀边都会划伤密封,使密封时出现微观破口.初期使用时微观破口的影响较小,但一段时间的使用过后,破口会逐渐变大从而引起泄露.因此影响立柱装配质量的重要因素为缸口腐蚀.

　　(4)缸口圆度超差:立柱在液压支架内通常不是竖直放置的,放置时通常会倾斜放置.因此,立柱不仅会受到轴向力的作用还会受到弯矩的作用,从而造成缸口圆度超差的问题.缸口圆度超差会增加导向套与缸口处螺纹的摩擦阻力,从而导致螺纹卡死,立柱不能够轻松拆卸.

　　(5)电镀层损坏:立柱缸体外表面电镀层由多种原因导致其损坏,会造成立柱的密封损坏.

　　针对立柱的损坏[26-31],需要先将立柱从液压支架上卸下来,再对立柱进行拆卸,对其损坏的部分进行修复后再进行安装,从而增加液压支架的使用寿命,减少煤矿综采装置的成本,提高综采工艺的经济效益.

　　1.4.2 课题研究的主要内容

　　在拆装立柱时,拆装的难点主要是立柱的导向套.立柱通常是通过卧式的方式进行拆装的.在卧式拆装时,因为立柱的自重,导致立柱的轴线不对中,从而造成导向套螺纹的破损、缸体的损坏和密封件的压坏等问题.在卧式拆装时,立柱导向套的拆卸多为人工拆卸.人工拆卸的劳动强度大且工作效率低,一旦遇到立柱导向套螺纹锈蚀严重时,人力是无法拆卸的.因此,卧式拆装立柱容易进一步造成立柱损坏,拆装的过程繁琐费力且不安全.针对立柱卧式拆装时的缺陷,研究设计了一种液压支架立柱立式拆装机.通过理论结合实际设计和计算机仿真技术的方法,对立式拆装机进行设计,并对关键部件进行有限元分析及优化.

　　(1)根据液压支架立柱卧式拆装的工作缺陷,设计新型立式拆装机,拟解决卧式拆装的缺陷,提高工作效率,满足工作要求.

　　(2)运用理论结合实际的方法,构思液压支架立柱立式拆装机的整体结构,规划和设计液压支架立柱立式拆装机的各个机构,用三维软件构建出来.

　　(3)根据拆装立柱所需的动力,选择符合要求的液压设备并合理计算立式拆装机内各个液压缸的尺寸.在选择符合要求的液压设备并计算完各液压缸尺寸后,绘制出液压原理图,完成液压系统的设计.

　　(4)对立式拆装机的关键零部件进行静力学分析,将立式拆装机关键零部件的模型导入 ANSYS Workbench 中,设置边界条件和所受的载荷,分析关键零部件的强度及其刚度.在满足刚度和强度的前提下,对关键零部件进行优化设计.

　　1.4.3 课题研究意义

　　液压支架是煤矿综采装置的重要组成部分,是综采工作面的主要安全保护装置,其立柱作为主要的承载部件,因此在使用过程中对立柱的可靠性具有很高的要求.但是,在一个工作面的使用后,立柱会有不同程度的损坏,为了保证立柱的可靠性,维修立柱是有必要的.由于立柱通常是采用卧式拆装的,拆装的过程繁琐费力且不安全,因此设计一种液压支架立柱立式拆装机.本文设计的液压支架立柱立式拆装机,能够极大的改善立柱的装配和拆卸质量和效率,降低了维修拆装立柱时的劳动强度,从而增加液压支架的使用寿命,减少煤矿综采装置的成本,提高综采工艺的经济效益.

　　1.5 本章小结

　　本章首先介绍煤矿机械化采煤对我国煤矿开采的重要性,分别介绍了煤矿综采中三个主要装置:采煤机、刮板输送机和液压支架.然后介绍了国内外液压支架的研究现状及发展趋势,着重介绍了液压支架的工作原理,介绍了液压支架中的主要承载部件立柱.针对液压支架立柱的拆装,介绍立柱的损坏形式及拆装难点.提出立柱卧式拆装时缺陷,为了拆装立柱方便,设计一种立式拆装机,介绍了立式拆装机的设计流程.

　　…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件

　　5 总结与展望

　　5.1 总结

　　通过以拆装液压支架立柱为研究对象,研究设计出此立式拆装机.针对立式拆装机需要实现的功能,进行了各个机构的设计.机构设计完后,根据液压传动的优点,采用液压系统作为立式拆装机的动力系统,对液压系统内的液压元件进行设计选型.对各个机构中的液压缸进行了设计,对液压马达和液压泵进行了计算选型,确定了液压系统的液压原理.立式拆装机整体结构设计和液压系统设计完成后,运用有限元法对立式拆装机内关键零部件进行了分析及优化.在研究设计的过程中主要完成了以下的工作:

　　(1)对液压支架及其立柱进行了简单的了解和说明,并对立柱的损坏形式进行了详细的了解.立柱的拆卸主要是对其导向套进行拆卸,常规卧式方式拆卸会损坏立柱,因此研究立式拆装机,解决卧式拆装时产生的问题,实现拆装立柱方便.

　　(2)针对立式拆装机要实现的功能,进行了整体的结构设计.依次设计立式拆装机的各个机构,并展示各个机构的二维图,介绍各个机构的组成、功能及其关键部件的设计.介绍立式拆装机各个机构的工作原理及拆装立柱的工作过程.

　　(3)立式拆装机整体结构设计完成后,设计采用液压系统作为立式拆装机的动力系统.介绍液压传动的优点,并根据液压系统中的组成部分:执行元件、动力元件、控制元件和辅助元件,对液压系统进行设计.先设计液压系统的执行元件液压缸,立式拆装机中有多种液压缸,设计负载力最大的摆动液压缸,计算出其尺寸及所需流量,其余的液压缸根据摆动液压缸尺寸的进行设计.接着对执行元件液压马达和动力元件液压泵进行计算选型.在执行元件和动力元件设计选型后,确定可靠的液压回路并优选相应的控制和辅助元件,最后确定液压原理图.

　　(4)确定完立式拆装机的整体结构和液压系统后,运用有限元法对立式拆装机的关键零部件进行刚度和强度的校核,以确保关键零部件满足工作要求.介绍了有限元方法和有限元软件 ANSYS Workbench 的历史、基本原理和分析步骤.用三维软件将立式拆装机的三维模型构建出来,再将其关键零部件的模型导入有限元分析软件,进行静力学分析.分析结果表明,旋转盘和升降架的刚度和强度满足要求,棘轮盘在结构改进后满足要求.在满足刚度和强度的要求后,对旋转盘和升降架进行轻量化优化设计.根据拓扑优化的结果,对旋转盘和升降架进行轻量化设计,再对优化完成后的旋转盘和升降架进行静力学分析,结果表明仍符合要求.最后将优化完成后的旋转盘和升降架装配到立式拆装机的三维图中.

　　设计完成的立式拆装机实物图如下图 5-1 所示.

　　5.2 展望

　　研究设计的立式拆装机,虽然对其整体结构和液压系统进行了设计,但由于水平有限,设计的立式拆装机还有多处不足之处,仍需要进一步的探讨和设计.

　　(1)对于该立式拆装机,由于时间有限做整体设计时只对机架进行了简单的设计;仅仅只表述了各个机构的结构、组成及其功能.因此可以对立式拆装机进行详细的设计并对各个机构进行改进.

　　(2)对于该立式拆装机的液压系统,其液压元件的设计及选型较为简单,可以进行更加详尽的设计及选型.确定的液压原理图也较为简单,可以选用更加合适的液压回路及控制辅助元件,使液压系统更加合理,更具经济性.

　　(3)由于时间及能力的原因,未对立式拆装机的整体进行有限元分析及优化.可以对立式拆装机进行整体分析,研究整体结构的强度和刚度并在满足设计要求的前提下对整体结构进行优化设计,减少材料的使用率节约成本.

　　致谢

　　白驹过隙,时光荏苒,两年的研究生学习生活慢慢步入尾声.重温研究生阶段的两年时光,一切仍历历在目.两年来,我获益良多,这一阶段的学习和工作是我人生宝贵的财富.在这两年里,从学习理论知识开始,到公司实习参与课题研究,最后按时完成论文,一路的学习和体验都使我受益匪浅.我的专业知识、科研工作能力不断提高,对客观事物的认识进一步加深,综合素质得到全面发展,这些改变都归功于李毅华副教授带领的科研团队.在即将毕业之际,我要向他们表示衷心的感谢!

　　首先,我要向我的导师-李毅华副教授,致以真挚的感谢!李老师是一位严谨的人,她在学术中一丝不苟、实事求是;在工作中态度认真、治学严谨;在生活中和蔼可亲、平易近人,是真正的良师益友!从课题的选定到论文的撰写,都是在李老师的悉心指导下完成的.在课题研究的过程中,李老师专心教导我研究方法和思路,和我探讨撰写论文过程中所遇到的问题,使我顺利并圆满完成论文!

　　同时我要感谢朱安行、范飞飞、梁诚、邓家一、汤配、任欢等师兄弟在课题研究期间给我的帮助,为我答疑解惑,克服种种难题,勇往直前!感谢舍友张鹏对我生活和学习上的关怀和支持!

　　感谢我的父母、爷爷奶奶及家人多年来对我的支持和鼓励!是他们的关心和爱护,鞭策我一直努力至今,是他们给与我精神上和物质上的支持,鼓励我进步,关心我成长,我才能圆满完成研究生学业!

　　最后,感谢各位专家评审老师和答辩委员会老师在百忙之中审阅我的论文,并提出宝贵的意见!

　　参考文献
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