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液压支架是综采工作面不可或缺的配套设备,由于其受力复杂,传统的样机试验受测点数目与加工质量的影响,难以全面反映液压支架的应力分布情况,因此针对液压支架整架及主要承载结构件进行有限元分析十分必要。针对液压支架的轻量化研究是在结构层面对支架做适当优化,使用降低钢材用量的方法达到减重的目的,同时在保证支架安全使用的前提下,最大限度地增强其支撑功能。轻量化设计一方面能够提高支架运输效率,另一方面也能减少制造成本,在竞争日益激烈的煤机市场增强产品竞争力。本课题完成了 8.2米大采高液压支架的设计以及主要承载结构件的建模,在PRO/E中完成了整架装配和干涉检验,基于PRO/E和Adams完成了支架的运动仿真,仿真结果验证了支架设计建模的准确性。使用有限元软件ANSYS workbench对液压支架进行网格划分,设置完材料参数与边界条件后对支架做强度分析。液压支架5种最危险工况下的受力情况分别为顶梁两端加载、顶梁偏心加载、底座两端加载、底座扭转加载、顶梁扭转加载与底座两端同时加载。对支架的有限元分析可以确定其在5种最危险工况下的受力情况,为支架的轻量化研究提供了数据支撑。基于结构优化中的拓扑优化对液压支架顶梁和掩护梁进行轻量化设计,找出最佳材料布置方案,在液压支架能够满足不同工况下使用强度要求的前提下通过材料选择减轻重量,拓扑优化后液压支架的质量减轻了1.59%,在拓扑优化的基础上对液压支架的承载构件顶梁、掩护梁、前连杆、后连杆、底座使用ANSYS workbench软件进行尺寸优化,使得液压支架在最危险的使用工况下仍然能够正常使用同时尽可能地减轻液压支架重量,进而达到节省材料和减少制造成本的目的,尺寸优化后液压支架重量较优化前减轻1.9%。经过拓扑优化和尺寸优化后,液压支架质量总共减少了 1737kg,相比优化前质量减轻了 3.46%。对8.2米大采高液压支架的分析和优化结果表明针对液压支架的有限元分析与轻量化研究方法能够弥补液压支架传统研发手段的诸多不足,能够为今后液压支架的研发、制造及结构改进提供参考。