【文章內容簡介】 ， m C— 梁端距， m B— 支架頂梁寬度， m K— 架間距， m 對于支撐式支架，支架立柱的總工作組力等于支架工作阻力 。對于掩護式和支撐掩護式支架，由于受到立柱傾角的影響，支架工作阻力小于支架立柱的總工作阻力。工作阻力與支架立柱的總工作阻力的比值，稱為支架的支撐效率 η ，所以支架立柱的總工作阻力為 (37) 支撐式支架的 η =100%，支撐掩護式和掩護式支架取 η＝ 80％ 左右。 配套設備的選擇 綜采工作面采煤機、液壓支架和輸送機之間在性能參數(shù)、結構參數(shù)、空間尺寸及相互連接等方面，有 著嚴格的配套要求，以保證綜采工作面的最大生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn)的要求。 （ 1） 生產(chǎn)能力的配套 采煤機是綜采工作面的主要生產(chǎn)設備，綜采工作面的生產(chǎn)能力主要取決于采煤機的落煤能力。因此，為保證采煤機生產(chǎn)能力的發(fā)揮，工作面輸送機的生產(chǎn)能力要大于采煤機的生產(chǎn)能力，液壓支架移架的速度應大于采煤機的牽引速度。通常與采煤機配套的工作面輸送機，液壓支架、平巷轉載機、可伸縮皮帶機等設備，其生產(chǎn)能力要按采煤機生產(chǎn)能力的120%計算。 （ 2） 性能配套 19 綜采工作面“三機”性能配套，主要通過設備結構參數(shù)的配套來實現(xiàn)，以解決設備性能間互相 制約的問題。如采煤機的搖臂長度應大于輸送積機尾的長度，這樣才能保證采煤機割煤到輸送積機尾底座端部。 支架支護面積的確定 支護面積 如圖 31 所示 圖 31 頂梁的支護面積 Figure 31 Roof beams supporting area 式中 l— 支架頂梁長度 c— 梁端距 B— 支架頂梁寬度 K— 架間距 20 4 液壓支架主要部件建模設計 Pro/E 三維建模過程 就 Pro/E 來說，一般旋轉、掃描比拉伸生成的 模型高效，而排列、鏡像比逐個生成快捷。對于復雜的零件選擇適當?shù)姆椒@得尤為重要，在設計好實體模型之前，設計人員必須考慮好模型的生成方法和步驟。 實體零件的一般繪制過程是，在進入 Pro/E 軟件之后點擊【文件】→【新建】→【零件】→【實體】，去掉使用缺省模版，選擇毫米牛頓秒模版。如圖 41和 42 所示。 圖 41 新建模型 New Models 21 圖 42 模版選擇 Select the template 液壓支架的梁主要由前梁、頂梁、掩護梁組成，而這幾大梁又都是組 焊件，在焊接工藝完成以后，用銷軸聯(lián)接裝配到一起。而體現(xiàn)在 Pro/E 中，是把一個大的結構件分解成一系列焊接前零件的形式進行建模，為了簡化模型，均舍去了部件中的焊縫、螺紋等細部結構，以提高系統(tǒng)的處理速度。在建模的過程中，充分利用構件之間的位置和連接關系，選擇相應的草繪平面、參照平面及模型特征的生成方式，提高設計效率。如果有若干形狀相同的結構，可以先制作一個，再利用特征操作中的“陣列” 命令快速產(chǎn)生其余構件，對于各部件中對稱部分，可按照上述方法先生成一半，再利用“鏡像” 命令生成另一半。 頂梁的設計 利用 Pro/E 軟件對頂梁的三維建模，在基于特征、全相關、具有單一尺寸數(shù)據(jù)庫和參數(shù)化特點的環(huán)境下，結構件的修改可以直接反應到裝配體，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的結構參數(shù)的確定，縮短了產(chǎn)品設計開發(fā)的周期 。 頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。它可多次反復支撐頂板，以利于放煤。頂梁裝有側護板，活動側裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸及調節(jié)支架間距。 22 若四連桿機構與頂梁鉸接，要有可靠的鉸接支座。 頂梁后面與掩護梁鉸接，下面由立柱支撐，上與頂板直接接觸，做成箱體結構，不但要滿足一定的剛度和強度的要求，還 要適應頂板的不平整性，避免局部應力過大而損壞。頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。一般前、后柱窩斷面為最危險斷面，斷面安全系數(shù) n，它可多次反復支撐頂煤，以利于放煤。頂梁裝有側護板，一側裝有側推千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸石及調節(jié)支架間距。 頂梁如圖 43 所示。 頂梁的主要作用有： （ 1) 支撐，維護和覆蓋頂板，為工作面創(chuàng)造安全的工作空間。 （ 2) 將立柱的支撐力傳遞到頂板，并給予合理的分布，對支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用，對無立柱空間的頂板起支撐作用。 （ 3) 為防 倒 裝置等提供依托 。 （ 4) 將頂板載荷通過立柱，掩護梁，前后連桿經(jīng)底座傳到底板。 圖 43 頂梁示意圖 Top beam 掩護梁的設計 掩護梁的主要功能： 與不動的鄰架間保持封閉。掩護梁下部與前、后連桿相連 。用于承受部分煤、矸載荷，防止其竄入后輸送機的工作空間，保證支架、后輸送機正常運行。掩護梁受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。 23 （ 1) 承受頂梁部分載荷和掩護梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座 （ 2) 掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。 （ 3) 掩護梁和頂梁一起，構成了支架完善的支 撐和掩護梯，完善了支架的掩護和擋矸性能。 掩護梁、前梁如圖 44 和圖 45 所示。 圖 44 掩護梁示意圖 shield beam 圖 45 前梁示意圖 Front beam 24 前、后連桿的設計 前后連桿是四連桿機構中重要的運動和承載部件，與掩護梁和底座的一部分共同組成四連桿機構，使支架能承受圍巖載荷，保證支架梁端距的穩(wěn)定并承受作用于支架的水平力于側向力。 前連桿、后連桿如圖 44 和圖 45 所示 圖 44 前連桿示意圖 Linkage 圖 45 后連桿示意圖 Rear link 25 立柱的設計 立柱的結構可采用單伸縮雙作用型。由缸體、活柱、導向套等主要零部件組成。缸體由無縫鋼管加工而成．缸體的下端焊接球形缸底，在缸底上鉆有孔并焊有管接頭作為立柱下腔 (活塞下部空腔 )的液口。在缸體的上端裝有導向套，它為活柱的上下往復運動導向。為了防止外部煤塵等臟物隨活柱下縮而進入缸體，在導向套的上端裝有防塵圈，為了防止液體從立柱上腔 (活塞上部環(huán)形空間 )向外泄漏，在導向套上還裝有蕾形密封圈和 O 形密封圈。缸體上部鉆有螺紋孔并焊有管接頭，與上 腔相通，作為立柱上腔的液口。 缸體是液壓缸承受液體壓強的部件。支架液壓缸的缸體一般采用合金無縫鋼管如27SiMn 或冷拔炭素鋼管制成。缸筒要求材料強度高，能承受高壓，要求材料延伸率高，一般 12％ ，保證缸筒在高壓作用下不致發(fā)生脆裂，防止井下發(fā)生傷人等事故，要求材料可焊性好，一般缸筒用無縫鋼管經(jīng)加工而成?；钊麠U是液壓缸傳遞機械力的部件，它將受拉、壓、彎曲等載荷作用。通常選用無縫鋼管制成，小直徑活塞桿也可采用圓鋼制造。 立柱如圖 46 所示。 圖 46 千斤頂示意圖 The Jack 26 底座的設計 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。因此，底座除了滿足一定的鋼度和強度要求外，還要對底板起伏不平的適應性要強，對底板接觸比壓要小，要有足夠的空間能安裝立柱、液壓控制裝置和其他輔助裝置，要便于人員操作行走；能起一定的擋矸排矸作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性等。 底座的結構形式通常有三種類型。 （ 1）整體式 整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結構，整體性強，穩(wěn)定性好，強度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小。 （ 2）對分式 為使底座在一定范圍內適應底板起伏不平的變 化，通常把底座制成前、后或左、右對分式。前者是將前、后兩個底座箱通過銷軸與彈簧鋼板鉸接而成。后者是將左、右兩個底座箱用過橋彈簧鋼板和銷軸等連接。 （ 3）底靴式 底靴式底座的特點是每根立柱支撐在一個底靴上立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷軸連接。它的結構輕便，能夠作靈活，對底板的不平整適應性強。但剛性差，與底板接觸面積小，穩(wěn)定性差，一般用于節(jié)式支架上。 鑒于整體式底座的優(yōu)點故采用整體式底座。底座整體建模如圖 47 所示： 圖 47 千斤頂示意圖 The Base 27 5 液壓支架的裝配 三維模型在 Pro/E中的裝配過程 零件裝配是三維模型設計的主要內容之一，通過裝配可以將較小的零件或子組件組裝成具有完整功能的大型模型。 Pro/E 是采用單一數(shù)據(jù)庫的設計，因此在完成零件的設計之后，可以利用零件之間的位置約束關系，將零件組裝成組件，然后再將很多組件組裝成一個產(chǎn)品。零件的裝配主要是看零件之間的約束關系，只有正確的約束關系，才能保證運動仿真的順利進行。為此，梁體之間的聯(lián)接采用“銷釘”聯(lián)接，平衡千斤頂與頂梁掩護梁之間也用“銷釘”聯(lián)接。通常來講，采用聯(lián)接的形式不同，所需要定義約束的類型也不同。只有被裝配體處于完全約束的時候，才可能具有確定運動，“聯(lián)接”才有效。 模型的裝配操作是通過元件放置操控面板來實現(xiàn)的。單擊菜單【文件】→【新建】命令，在打開的【新建】對話框中選擇“組件”，如圖 51所示。單擊【確定】按鈕進入“組件”模塊工作環(huán)境 圖 51 組件模塊 Component modules 28 整體裝配 創(chuàng)建好液壓支架的所有部件之后，就要開始進行裝配。裝配前，應正確分析各個部件在整機中的位置、作用，以及相關部件之間的裝配關系、運動關系，以保證裝配后的整機定位可靠運動靈活、互 不發(fā)生干涉。 裝配是在 Pro/E 的組件模塊中完成的。由于各部件之間的裝配關系不同， Pro/E 提供了不同的裝配形式。如果裝配件與被裝配件之間沒有相對運動，裝配時應使用“放置”選項板定義彼此之間的約束關系；否則，在裝配時應使用“連接”選項板來定義它們間的連接關系和約束關系。在裝配過程中，如果按照設定的約束關系并沒有使被裝配件處于“正常的工作位置”，可使用“拖動”選項板上的“平移” 、“旋轉”等工具對被裝配件進行調整，直至符合要求為止。 在 Pro/E 中，組件模塊提供了“匹配” 、“對齊” 、“插入”和“坐標系”等 多種約束類型和“剛性聯(lián)接” 、“銷聯(lián)接” 、“滑動聯(lián)接” 、“平面聯(lián)接” 、“球聯(lián)接”等多種連接形式。在具體操作中，正確地選擇并使用這些約束類型和連接形式，對能否成功地實現(xiàn)液壓支架的虛擬裝配與運動仿真至關重要。為此， 2 個立柱和各個油缸兩端的銷孔與其相關部件上耳座之間一律采用“銷聯(lián)接”，活塞桿與缸體之間、推桿與底座之間一律采用“滑動聯(lián)接”，頂梁與掩護梁之間，掩護梁與前后連桿前后連桿與底座之間，也一律采用“銷聯(lián)接”。一般情況下，采用的聯(lián)接形式不同，接下來所需定義的約束類型也不同。只有當被裝配件處于完全約束時，被 裝配件才可能具有確定的運動，“聯(lián)接”才會有效。 各零部件裝配類型如下表所示： 零件 裝配類型 底座（元件） 缺省模式 前連桿（組件） 銷釘連接 后連桿（組件） 銷釘連接 掩護梁（組件） 銷釘連接 千斤頂（內部）（組件） 滑動桿連接 千斤頂（與底座）（組件） 銷釘連接 千斤頂（與頂梁）（組件） 圓柱連接 頂梁（組件） 銷釘連接 前梁（組件） 銷釘連接 總的來說，裝配過程是較為簡單的。但是還是要注意 以下 幾個問題 ： （ 1） 一般來說，建立一個裝配約束時，應選取元件參照和組件參照。元件 參照和組 29 件參照分別是元件和裝配體中用于約束定位和定向的點、線、面。例如通過對齊約束將一根軸放入裝配體的一個孔中，軸的中心線就是元件參照，而孔的中心線就是組件參照。 （ 2） 系統(tǒng)一次只添加一個約束。例如不能用一個“對齊”約束將一個零件上兩個不同的孔與裝配體中的另一個零件上的兩個不同的孔對齊，必須定義兩個不同的對齊約束。 （ 3） 要對一個元件在裝配體中完整地指定放置和定向（即完全約束），往往需要定義數(shù)個裝配約束。 （ 4）在 Pro/E 中裝配元件時，可以將多個所需的約束添加到元件上。即使從數(shù)學的角度來說，元件的位置 已完全約束，還可能需要指定附加約束，以確保裝配件達到設計意圖。如圖 52所示為底座與掩護梁連接關系圖，用到多個設置，以保證與各部件間的定位關系正確。前連桿與掩護梁的鏈接關系為銷釘鏈接如 圖 53 所示，這種連接是為了以后的仿真而設置的，銷釘鏈接可以保證組件留有沿著軸旋轉的的運動關系。 圖 52 底座 與掩護梁 裝配連接關系圖 The base and shield beam assembly connection diagram 30 圖 53 銷釘 連接關系圖 Pin connections (5) 正確進行液壓柱的裝配。有關液壓柱的裝配很容易進行錯誤裝配，裝配過程中很容易將圓柱裝配和滑動桿裝配混淆，為了保證液壓柱的運動關系本設計選用了滑動桿裝配，這樣還有一個優(yōu)點就是在進行動力學分析 (dynamic)和運動學分析 (kinematic)時比較方便 (簡化成轉動副）液壓柱裝配關系如圖 54 所示，在滑動桿連接中，先選擇軸對齊這樣還不能完全約束整個組件，還要對其進行面的選擇，讓組件沿著那個面進行滑動，滑動桿連接過程如圖 55 所示。還有就是液壓柱以及各種千斤頂?shù)幕钊透左w最好在總裝圖中 裝配，