液压支架是不可或缺的综采工作面设备,其主要作用有支撑顶板、保护矿工和采煤机、刮板输送机等设备安全。大采高液压支架是随着大采高综采技术出现而发展起来,历经多年发展,产品虽然比较成熟,但仍存在着抗冲击地压能力差、稳定性差、护帮能力弱等问题。针对此类情况,中国矿业大学矿山机械研究所设计研发了大采高超静定液压支架,该支架改变传统支架中四连杆结构架型,采用超静定结构,八根立柱呈X型密集支护,稳定性好,生产周期短,安全系数高。本文根据大采高液压支架工作环境,推导出其主要的设计要求和结构特点,对液压支架进行了总体结构设计与部件设计,完成对液压支架结构参数的选择,利用Pro/E自底向上的建模方法,完成对液压支架顶梁、底座等部件的三维建模,并在虚拟的环境中进行装配,完成液压支架设计。按照《煤矿用液压支架第1部分:通用技术条件》,在ANSYS Workbench中,采用内加载方式,对液压支架在多种组合工况下进行有限元强度校核,通过仿真分析得到液压支架顶梁、底座等部件的应力与变形分布规律,基于应力分布云图,对液压支架提出相应的改进设计方案。销轴是顶梁、底座、掩护梁等部件之间连接的关键部件,对其进行有限元强度校核,验证连接的可靠性。在有限元分析的基础之上,将支架承受的静载荷改为动载荷,对液压支架进行疲劳寿命分析,分析顶梁、底座、掩护梁和连杆中的危险部位,基于分析结果改进设计危险部位,确保液压支架能够满足耐久性试验要求,为液压支架正常工作提供可靠保障。分析研究液压支架在静态下横向与纵向受力情况,进行稳定性分析,得到支架在工作面倾倒和滑移的临界条件,对摩擦系数、工作面倾角等因素对液压支架稳定性的影响情况进行具体分析,确定支架在两个方向稳定性与上述因素的对应关系。利用MATLAB中优化工具箱对支架重量进行优化设计。设计变量为顶梁板材的尺寸,设计目标为液压支架顶梁重量最小,限制约束条件为液压支架的结构强度、板材厚度合理的尺寸范围等。经过最优设计,最终确定液压支架顶梁重量最小时各板材厚度,降低液压支架生产成本。