[发明专利]三自由度并联液压支架

说明书

技术领域

本发明涉及矿山机械技术领域，特别涉及一种可承受侧向力的三自由度并联液压支架。

背景技术

煤炭综采装备由液压支架、采煤机和运输机构成，液压支架作为综合机械化采煤工作主要设备，一次性投资占综采装备总资金的70%以上，是综采工作面实现安全、高效生产的关键。液压支架的顶、底板必须适应井下工作面煤层环境，为操作人员提供安全的作业空间，还要为采、运设备提供有效的动力源，决定采运设备的正常推进速度。因此，液压支架是综采工作面能否实现高产高效成败的关键设备。

综采作业时，液压支架分散布置在整个采煤工作面上，实现支撑、切顶、自移和推溜等工序，它与大功率采煤机、大运量的可弯曲刮板输送机组成回采工作面的综合机械化设备。综采作业时，液压支架还是厚煤层综放开采技术成败的关键因素。目前广泛使用的液压支架都是在上世纪60年代前苏联人设计的四连杆液压支架基础上发展起来的。但由于煤层倾角及地质构造的原因，顶板对液压支架的压力必然存在侧向分力。而现有的四连杆型支架立柱的联接都是采用球形铰使得支架立柱及顶梁都没有承受侧向力的能力，侧向力则通过掩护梁传递给连杆机构，这便是造成倒架和支架机构损坏的根本原因，因而现有的连杆型液压支架存在原理性缺陷。因为平面四连杆机构只具有1个自由度，2个平行的平面四连杆机构的自由度为-1，属于超静定机构，导致液压支架稳定性差，支撑高度也受到限制。而我国煤矿地质结构复杂，在实际应用中由于顶板的不平整性和煤层倾角的变化，会产生较大的附加载荷，导致掩护梁损坏、倒架和下滑等重大安全事故。

自四连杆型液压支架发明以来的50多年来，世界各产煤国家都在使用过程中对基于四连杆型液压支架进行了大量的研究和改进工作。但是对基于四连杆液压支架的支撑稳定性、对顶板的适应性和支架的可控性等一系列问题一直没有得到彻底解决。因而，研制一种具有支撑稳定性、对顶板的适应性和可控性好的液压支架成为一个世界性的难题。基于四连杆液压支架稳定性、对顶板的适应性和支架的可控性问题不是结构设计的问题，而是基于四连杆液压支架机构存在原理性缺陷造成的。而并联机构具有结构刚度大、承载能力强、惯性小、定位和运动精度高等特点，并联机构成为矿用液压支架最适宜的支撑机构，其高稳定性和对顶板运动最完备的适应性，以及自身结构中最佳的力学性能决定了并联液压支架支撑高度大，高稳定性，重量轻，推移快的优越性。鉴于现行基于四连杆液压支架存在的原理性缺陷，太原理工大学的寇子明教授及其硕士研究生卫进等提出将并联机构应用于液压支架的设计中，即设计一种基于并联机构的新型液压支架以解决四连杆型液压支架原理性缺陷带来的一系列问题，前期关于并联液压支架的设计与研究大都是基于6-SPS并联机构的六自由度并联液压支架，而煤矿井下工作面实际使用的液压支架并不需要六个自由度。过度的自由度不仅使得液压支架的结构复杂、加工难度提高，加工精度难以提高，还增加了液压支架的制造成本，且给控制、操作和维护均带来困难和不便。

而采用三平移三自由度的并联机构作为液压支架的主体支撑机构能实现液压支架相对顶底板实现有限的指定让压运动和有效承载，除了主要承受顶板与底板对液压支架施加的垂直压力外还可承受来自其它方向的侧向分力，可有效提高液压支架的支撑性能，提高支护的可靠性、安全性和稳定性，避免掩护梁损坏、倒架和下滑等安全事故的发生，克服现有液压支架的缺点，将产生重大的社会效益和巨大的经济效益。

发明内容

本发明的目的是针对现有液压支架技术的不足，提供一种可承受侧向力的三自由度并联液压支架。本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。