【正文】 ............................. 23 支架受力影響因素 ..................................................................................... 23 強(qiáng)度條件 ........................................................................................................ 24 第 4 章 液壓支架三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真 .................................................................. 26 三維建模及裝配 ............................................................................................ 26 液壓支架零件建模 ..................................................................................... 26 液壓支架裝配 ............................................................................................. 28 運(yùn)動(dòng)仿真 ........................................................................................................ 30 運(yùn)動(dòng)分析 ........................................................................................................ 32 結(jié)論 .............................................................................................................................. 35 致謝 .............................................................................................................................. 36 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 前言 本課題研究的目的與意義 眾所周知煤炭是我們的主要能源之一，少了煤炭人類(lèi)的生產(chǎn)，生活將出現(xiàn)問(wèn)題，所以對(duì)煤礦開(kāi)采配套設(shè)備的研究顯得尤為重要。成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 Pro/E 的液壓支架三維造型設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 采煤綜合機(jī)械化，是加速我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。 Again using threedimensional software Pro / E threedimensional modeling, and based on movement between the various parts in Pro / E in the assembly together. 。 以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化采煤配套設(shè)備的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展史上的一次重大革命。這些安全閥對(duì)大缸徑液壓支架起到了很好的保護(hù)作用。 我國(guó)液壓支架發(fā)展盡管取得了顯著成績(jī) , 性能已經(jīng)基本接近進(jìn)口支架主體結(jié)構(gòu)件的性能，在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過(guò)日產(chǎn)萬(wàn)噸、甚至班產(chǎn)超萬(wàn)噸的記錄 , 但總體水平與世界先進(jìn)采煤國(guó)家仍存在一定差距，在支架架型功能上我國(guó)與國(guó)外相差無(wú)幾 , 有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處 , 但國(guó)產(chǎn)液壓支架技術(shù)含 量偏低 , 電液控制閥可靠性差 ,所用鋼材一般為 16Mn ,最好的屈服極限才 700MPa , 液壓系統(tǒng)壓力在35MPa 以下 ,流量在 200L / min 以?xún)?nèi) ,供液管 Φ25～ Φ32mm ,回液管 Φ25～Φ50mm , 最快移架速度 10～ 12s/ 架 (井下實(shí)際應(yīng)用有時(shí)在 20s 以上 ) , 電液控制系統(tǒng)、主要閥類(lèi)及配套的液壓泵站仍需要進(jìn)口，工作阻力更是相對(duì)較低，使用壽命也與進(jìn)口支架存在一定差距。我們采取多種措施提高結(jié)構(gòu)件的可靠 性：（ 1）改進(jìn)計(jì)算方法 , 采用三維軟件建立模型設(shè)計(jì)計(jì)算方法通用程序或有限元分析（ 2）優(yōu)化支架主梁結(jié)構(gòu)參數(shù)系列 (3) 簡(jiǎn)化梁體結(jié)構(gòu) , 妥善處理斷面變化 , 加強(qiáng)連接部位 (4)優(yōu)化焊縫設(shè)計(jì) , 避免應(yīng)力集中。從支架流回的低壓乳化液通過(guò)組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路回到泵站乳化液箱內(nèi)，使其能夠循環(huán)使用。支撐掩護(hù)式支架的頂梁由前梁與主頂梁構(gòu)成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 支架結(jié)構(gòu)及其作用 頂梁 頂梁采用一個(gè)整體結(jié)構(gòu)直接與頂板接觸，支撐頂板負(fù)荷，是液壓支架的主要承載部件，是由鋼板焊接而成的箱式結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求。 前后連桿 前、后連桿分別與掩護(hù)梁和底座鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不能有氣孔、砂眼等，避免強(qiáng)度降低，使用壽命減少。成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 液壓支架強(qiáng)度校核 支架的工作狀態(tài) 在采煤工作中，當(dāng)煤被采出后，就會(huì)出現(xiàn)一定的空間，出現(xiàn)裂隙，如果不及時(shí)支護(hù)，頂板就要冒落，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，危險(xiǎn)就越大，而頂板冒落時(shí)一般分為三個(gè)階段，開(kāi)始頂板并不受力，此時(shí)頂板完好，而且沒(méi)有下降趨勢(shì)，此時(shí)頂板并不破裂，且這種下降帶有一定的時(shí)間過(guò)渡，如不及時(shí)支護(hù)，頂板就會(huì)破裂而冒落，此時(shí)叫冒落狀態(tài)。 (4) 通過(guò)分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降 低，所以在計(jì)算強(qiáng)度時(shí)不考慮在內(nèi)。即以當(dāng)支架支承后在處于平衡狀態(tài)時(shí)，取整體或某一個(gè)部分為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 和合力矩為零。受力狀態(tài)如圖 31所示。1239。 ? 角和 cos ? 之間的關(guān)系表示在右圖中。當(dāng) O 點(diǎn)在頂梁下方時(shí) tg θ 取負(fù)值。一般情況下，支架常用加大立柱的傾角來(lái)擴(kuò)大支架的調(diào)高范圍。但是，它的極限值卻可以用頂梁和頂板支間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的極限摩擦力求得。當(dāng)支架升高時(shí)， c? 和 D? 就逐漸增大，C?sin 和 D?sin 也就逐漸變大。1 s i ns i nc o sc o s1 1 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） = 1 [ 20 00 c os 7 20 00 c os 3 ( 20 00 sin 7 20 00 sin 3 ) 20 .2 ]1 0. 3 20 .2 tgtg ? ? ? ? ? ? ? ??? = 根據(jù)（ 35）式， AP 的作用位置為： ? ?239。11??????????????????????????????DDDDCCCCBBBBAPPPPPPPPR????????(310) 式中 KNPB 20xx? KNPC ? KNPB 20xx39。 推移千斤頂強(qiáng)度計(jì)算 推移千斤頂計(jì)算推溜力為： ；拉架力為 231KN；故所受最大力為拉架力。 安全系數(shù)為： ? ? ??nn b???? (322) 式中 b? －缸體材料為 27SiMn無(wú)縫鋼管， b? ＝ 980 MPa []n －許用安全系數(shù)，一般取 ～ 4。 頂梁前端比壓為： 3B )26(2 1021 ?mLg LgxFq －＝ （ MPa） (324) 頂梁后端比壓為： 3B )64( 1021 ?mLgxLgFq －＝ （ MPa） (325) 支護(hù)強(qiáng)度為單位面積得支護(hù)阻力按下式進(jìn)行計(jì)算 ? ? 11 BSFq ?? (t/ 2m ) (326) 式中 s:頂梁前端至煤壁的距離 B1：支架支護(hù)強(qiáng)度（支架間距） 不同高度求得支護(hù)強(qiáng)度 q 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 底座接觸比壓 底板條件的變化，底座的接箸比壓很不均勻，為計(jì)算方便起見(jiàn)，假設(shè)底座與底板均勻接箸且為線性載荷分部。 強(qiáng)度條件 (1) 強(qiáng)度校核均從材料的屈服極限計(jì)算安全系數(shù) (2) 結(jié)構(gòu)件，銷(xiāo)柱，活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件 ① 各結(jié)構(gòu)件受力普通低合金結(jié)構(gòu)鋼為 15MnVN 鋼板焊接成，取極限4500Kg/㎝ 178。液壓支架前頂梁 掩護(hù)梁 四連桿 底座等都屬于焊接結(jié)構(gòu)件，它們的強(qiáng)度都決定于液壓支架工作阻力及鋼板和焊縫的許用應(yīng)力。 我們可以使用拉伸等方法建立液壓支架的第一個(gè)構(gòu)件 ——前連桿，如圖 41所示； 圖 41 前連桿 選擇 “文件 ”/ “保存副本 ”，輸入新文件 “qianliangan”。 進(jìn)行零件裝配時(shí)最重要的步驟就是對(duì)零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束。 零件的準(zhǔn)確裝配是液壓支架運(yùn)動(dòng)仿真的前提 ,裝配關(guān)系的正確與否直接影響著液壓支架運(yùn)動(dòng)仿真能否正確實(shí)現(xiàn)。 由于液壓支架運(yùn)動(dòng)已立柱或油缸為驅(qū)動(dòng)件，活塞桿在油缸中只作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以，在建立液壓支架的仿真模型時(shí)，底座是靜止的，其余部件可以移動(dòng)。在液壓支架運(yùn)動(dòng)仿真完成之后，借助于 Pro/E仿真分析測(cè)量還可以測(cè)量系統(tǒng)中需要跟蹤的參數(shù)，如零件的位置、速度、加速度等，并可以將其變化趨勢(shì)通過(guò)圖形表示出來(lái)，這樣更直觀，更具體反應(yīng)液壓支架的某些運(yùn)動(dòng)特征，方便設(shè)計(jì)者記錄。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 413 加速度與時(shí)間關(guān)系 圖示表示為頂梁定點(diǎn)加速度隨著時(shí)間變化的曲線。 也許這次設(shè)計(jì)只是我人生萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步，我想有了此次設(shè)計(jì)的經(jīng)歷和方法，我將會(huì)在我所學(xué)領(lǐng)域做出更多的成績(jī)。 此外，對(duì)在我設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)過(guò)程中，給予幫助的老師和同學(xué)表示感謝！ 最后，感謝各位評(píng)閱老師在百忙之中評(píng)閱本文。 此設(shè)計(jì)是在張靜老師的悉心指導(dǎo)和幫助下，在很多同學(xué)的熱心幫助和支持下，經(jīng)過(guò)這學(xué)期的忙碌和工作才能順利完成的。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)對(duì)液壓支架有了基本的了解，熟悉其 工作原理，并且了解了國(guó)內(nèi)外關(guān)于液壓支架的最新研究成果和目前世界上各種先進(jìn)液壓支架的特點(diǎn)，及液壓支架在將來(lái)的發(fā)展前景。當(dāng)支架到達(dá)頂端后，液壓支架停止運(yùn)動(dòng)，而后又勻速下降。 圖 48 運(yùn)動(dòng)仿真 插入伺服電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行時(shí)間，速度等參數(shù)設(shè)置，如圖 49 所示。裝配時(shí)首先要確定運(yùn)動(dòng)各構(gòu)件及其相互間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)副。 (3) 給零件施加定位約束。 圖 42 頂梁 圖 43 底座 圖 44 掩護(hù)梁 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 45 后連桿 以上為液壓支架主要零件圖， 在生成零件三維模型的基礎(chǔ)上 ,可以對(duì)其進(jìn)行裝配。建模 采用自下而上的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，即先建立液壓支架各零件及部件的三維模型，然后對(duì)其進(jìn)行總體裝配。強(qiáng)度條件為 n = b? /[? ],式中 [? ]—缸體許用應(yīng)力 Kg/㎝ 178。 （ 2）系數(shù)對(duì)支架受力的影響 液壓支架在實(shí)際工作中的摩擦系數(shù)是一個(gè)不定值，一般鋼對(duì)巖石的摩擦系數(shù)為 ～ ，根據(jù)計(jì)算表明，摩擦系數(shù)增大，對(duì)支架受力有利，使底座的底比壓分布較好。為計(jì)算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸且載荷為線性分布。則 ? ?al ll2 21211 ?????? (317) 其中： 1? ＝ ； 2? ＝ ； 1l ＝ 810mm； 2l ＝ 950mm； l ＝ 1650mm； a＝ 222mm 1 (6 .6 5 0 .0 2 5 )