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目前煤矿综掘巷道的掘进与支护工艺不能紧密衔接,支护设备对巷道围岩进行稳定支护并通过巷道的能力较差,难以适应煤矿安全高效掘进需要.本文结合2016年辽宁省教育厅重点实验室项目(项目编号:LTZS006),提出一种集掘进机构、支护机构、装煤机构于一身的迈步式掘支联合机组(以下简称“掘支联合机组”),并对其的力学特性进行了深入的研究.论文重点研究内容:(1)简述了课题研究背景与意义,论述综掘巷道掘、支装备技术研究现状以及关于巷道掘、支装备力学特性的研究现状.依据综掘巷道顶板临时支护的需求,以及掘进和支护不能同步进行从而影响掘进效率的问题,提出了一种集掘进机构、支护机构以及装煤机构于一身的掘支联合机组.(2)掘支联合机组的工作原理和掘支联合机组结构的基本参数确定.依据井下巷道工况需求,提出了一种迈步式掘支联合机组设备,阐述了掘支联合机组设备的主要结构、工作原理、主要特点,确定掘支联合机组控制模块组成等技术参数,为掘支联合机组设备后续研究提供理论依据.(3)建立掘支联合机组设备静力分析模型.通过对掘支联合机组的工作原理和结构特点进行分析,利用变形协调原理,采用奇异函数方法,分别建立掘支联合机组在全支撑状态与掘进状态的力学模型,并依据变形协调原理计算纵梁、横梁、框架、立柱、侧护板在发生挠曲变形时的最大压应力和最大拉应力,并要求小于其许用应力.用拉格朗日方程分别对掘进机构、支护机构、掘支联合机组整机建立动力学模型.(4)应用ANSYS Workbench软件对掘支联合机组进行静力分析与模态分析.依据掘支联合机组结构的承载原理与理论分析模型,在特定的工况下对其进行静力学试验仿真,分别得出掘支联合机组在不同载荷加载工况下的应力分布云图和位移分布云图及不同工况下掘支锚机组横梁的挠度变化情况,分析结果证明掘支联合机组结构满足静态支护要求.应用ANSYS Workbench软件分别对在双组支撑和单组支撑工况下的超前支护进行模态分析.通过仿真结果得到超前支护结构的固有频率,并结合顶板的固有频率进行分析可知掘支联合机组结构与顶板不会产生共振.(5)结合理论与仿真研究结果,基于物理学相似理论,确立掘支联合机组原型机与实验模型样机的相似准则和实验模型样机的主要参数,以此建立实验室条件下的实验模型样机.研究不同工况下掘支联合机组的静力实验,与理论分析结果相互验证。