针对煤矿井下液压支架顶梁受外载合力状态监测方面的空缺问题,提出一种新型传感器感知方法,在监测立柱和平衡缸工作状态的前提下,探究不同角度剪切力对顶梁与掩护梁铰接处销轴应变的影响规律。使用多体动力学分析软件ADAMS对特定高度下两柱式液压支架三维模型进行模拟仿真,分析在支架极限载荷区顶梁连接销轴处铰接力、液压缸工作阻力与顶梁外载荷之间的关系,并进一步建立销轴受力三维模型,探索盲孔应变相应的变化规律。结果表明:在顶梁不同承载位置受外载合力达到极限水平时,销轴传感器支撑力角度区间变化规律明显,且剪切力对销轴盲孔应变变化影响较大,依据空间力平衡关系分析各传感器数据即可反解出支架顶梁负载状态。

为了提高往复式密封的密封性能,对密封区内杆⁃密封界面的流变特性进行分析。基于变形理论,通过引入混合润滑状态下弹性流体动压润滑数值模型,进一步揭示了往复式密封的密封机理。基于此理论模型同时考虑多耦合场的相互作用,通过引入流体方程(考虑空化现象)、微观接触模型以及变形模型,进一步分析了不同密封表面粗糙度、润滑油黏度以及密封杆运动速度下对摩擦力、摩擦因数以及泄漏量的影响,并开展了相应实验验证。研究结果表明:密封表面粗糙度越大,界面摩擦力和泄漏量都随之增加;界面摩擦力随润滑油黏度、密封杆速的增加而降低,泄露却呈现出相反的趋势。

立柱和平衡缸作为液压支架的主要驱动部件,其工作压力的大小直接关系到支架的受载状况。基于顶梁的承载特性,通过分析液压支架与围岩在不同情况下的耦合状态,进一步研究了液压支架四连杆的力学响应特性。基于Denavit-Hartenberg(D-H)理论建立了液压支架的运动学模型和动力学模型,通过MATLAB软件分析了液压支架在不同的支护高度、立柱压力以及平衡缸压力对液压支架前连杆和后连杆负载变化规律。结果表明随着支护高度的增加,前连杆和后连杆的负载呈现出相反的变化趋势,合理的平衡缸和立柱的工作压力有助于优化前后连杆的负载值,为优化支架的结构设计提供了理论依据。

液压支架作为基于二自由度四连杆机构的支护设备,每个结构部件的旋转角度受驱动部件的制约,直接影响顶梁的支护效率和运动轨迹。基于Denavit-Hartenberg(D-H)理论实现了支架各部件在不同坐标系下的位姿转换,建立了液压支架的运动学模型;利用MATLAB软件分析了液压支架的工作空间,融合Alpha Shape理论对支架顶梁运动轨迹进行分析,得到了顶梁工作空间的边界点;分析了立柱、平衡千斤顶的不同长度对顶梁、掩护梁以及后连杆位姿角的影响;通过自主开发的无线感知网络搭建了液压支架的位姿监测系统,并验证了模型的可靠性,为工业应用提供了理论和实践指导。