支撐掩護(hù)式液壓支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

1、! 這里取 ! =0.95為定值 , 取 " n 在 0.51之間 , 系統(tǒng)在不同" n 情況下的階躍響應(yīng)見圖 4。在圖 4中 , 取不同的固有頻率值 , 系統(tǒng)都能達(dá)到最終 輸出值 , 對于 " n 取值越大 , 系統(tǒng)響應(yīng)速度越快 , 因此理論 上要求機(jī)械系統(tǒng)固有頻率越大越好。由式(11 , 剛度越大 越好 , 與上面分析吻合 ; K L 一定時(shí) , J L 越小越好。 但 J L 不能 無限小 , 由式 (10 , J L 太小的情況 , 將導(dǎo)致 ! >1, 系統(tǒng)輸出 將不能達(dá)到預(yù)定位置。這正好與我們前面的說明是一致 的 , 即一定的轉(zhuǎn)矩情況下 , 保證盡

2、可能小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 , 獲得盡可能大的角加速度 , 達(dá)到快速響應(yīng)的效果。4結(jié) 語本文對交流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)的組成及各部分功 用進(jìn)行了分析。結(jié)合強(qiáng)力切削顫振預(yù)報(bào)控制對機(jī)械傳動(dòng) 部分研究的要求 , 重點(diǎn)對機(jī)械傳動(dòng)部分參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 , 在 基于加速度響應(yīng)最大的前提下 , 得出進(jìn)給系統(tǒng)一級齒輪 最佳傳動(dòng)比。建立機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)模型 , 得出如何在保證響 應(yīng)快、 位置準(zhǔn)確前提下 , 選用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)阻尼比和固有 頻率 , 結(jié)合兩者之間相互耦合的關(guān)系 , 對軸的各組成參數(shù) 進(jìn)行分析和優(yōu)化。參考文獻(xiàn) 1付連宇 . 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速在線尋優(yōu)控制的研究 D . 長春 :吉林工業(yè) 大學(xué) , 1999.2王德斌 . 交流伺

3、服進(jìn)給系統(tǒng)及其數(shù)學(xué)模 型的研 究 J . 機(jī) 械制 造 與自動(dòng)化 , 2006, 35(1 :86-88, 91.3殷際英 , 林宋 , 方建軍 . 光機(jī) 電一 體化 實(shí)用 技術(shù) M . 北 京 :化 學(xué) 工業(yè)出版社 , 2003.(編輯 明濤 作者簡介 :吳玉國 (1959- , 男 , 副教授 , 碩士生導(dǎo)師 , 研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。收稿日期 :2007-03-12圖 4不同固有頻率 ! n 下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線圖24681012141618支撐掩護(hù)式液壓支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析魏鵬 ,王勇(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 , 合肥 2300091引 言 液壓支架是我國采礦業(yè)主要的支護(hù)設(shè)備

4、, 根據(jù)結(jié)構(gòu)和 功能的不同 , 可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三種 1。 因?yàn)橹窝谧o(hù)式液壓支架兼有支撐式和掩護(hù)式的優(yōu)點(diǎn) , 所 以目前發(fā)展很快 , 但在自主開發(fā)中也存在著一些問題 , 主 要表現(xiàn)在根據(jù)不同地質(zhì)條件和生產(chǎn)需要進(jìn)行研發(fā)時(shí) , 周期 長、 成本高 , 使得一些中小煤礦難以承受 , 導(dǎo)致其支護(hù)水平 低下 , 存在安全隱患進(jìn)而引發(fā)事故。因此 , 急需找到一種經(jīng) 濟(jì)可靠、省時(shí)省力的設(shè)計(jì)計(jì)算、分析校核液壓支架的方 法。本文以此為出發(fā)點(diǎn) , 利用計(jì)算機(jī)技術(shù) , 并考慮到方便 性 、 易用 性與兼容性 等因素 , 利用 VB 2對總 體 結(jié)構(gòu) 及 部 件進(jìn)行設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)模擬 , 為支撐掩護(hù)式支

5、架的設(shè)計(jì)提供 一種方便可靠的方法。2總體方案的分析與擬訂支撐掩護(hù)式液壓支架如圖 1所示。主要任務(wù)是進(jìn)行支撐掩護(hù)式液壓支架的整體設(shè)計(jì)及頂梁、 尾梁、 掩護(hù)梁、 摘 要 :應(yīng)用 Vis ual Bas ic 語言 , 實(shí)現(xiàn)液壓支架的優(yōu)化設(shè)計(jì) , 將結(jié)果傳遞 , 實(shí)現(xiàn)支架的動(dòng)態(tài)模擬 , 并對支架隨頂壓和煤層厚度的變化進(jìn)行總體設(shè)計(jì) , 然后對主要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。上述過程用一個(gè)系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn) , 并列出程序代碼。關(guān)鍵詞 :液壓支架 ; Vis ual Bas ic ; 優(yōu)化設(shè)計(jì) ; 動(dòng)態(tài)模擬 中圖分類號 :TD335.44文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A文章編號 :1002-2333(2007 08-0058-03De

6、sign and Analysis for a Suppor ting &Shielding Hydr aulic Br acket SystemWEI Peng, WANG Yong(Hefei University of Technology, Hefei 230009, China Abstract :The optimum design of the support is accomplished by using Visual Basic program language. Then the results are transmitted to achieve the ove

7、rall size design and dynamic simulation of the hydraulic support and the force with the change of deferent pressure and thickness of the coal layer. At last, the intensity of all main components is proofreaded. The whole process discussed above is realized in a entire system. All program codes are l

8、isted. Key words :hydraulic support; Visual Basic; optimum design; dynamic simulationM制 造 業(yè) 信 息 化MANUFACTURINGINFORMATIONALIZATION58機(jī)械工程師 2007年第 8期圖 1支撐掩護(hù)式液壓支架H 1. 支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度 a. 后連桿長度c. 前連桿長度d. 前后連桿下鉸點(diǎn)水平之距e. 前后連桿上 鉸點(diǎn)水平之距 p 1. 支架在最高點(diǎn)時(shí)掩護(hù)梁與頂梁頂面夾角Q 1. 在最高位置時(shí) , 后連桿與底座底面夾角e! aO 1Q 1cp 1H 1d圖 2支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)圖

9、底座、 千斤頂、 立柱等的設(shè) 計(jì)、 選擇、 分析校核及運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)模擬 , 達(dá)到在滿足各 種技術(shù)需要的前提下縮短 研發(fā)周期、減少研發(fā)成本的目的。對于各種不同的開采條件 , 應(yīng)當(dāng)選擇與之適應(yīng)的架型 , 以保證投資合理、 安全 高產(chǎn)地生產(chǎn)原煤。 架型的選擇 , 主要考慮頂板條件、 頂壓 , 同時(shí)也要考慮煤層厚度、 煤層傾角、 地板強(qiáng)度、 地質(zhì)構(gòu)造、 煤層硬度和節(jié)理、 瓦斯含量、 設(shè)備成本、 配套設(shè)備及年產(chǎn) 量等。設(shè)計(jì)條件 : 頂壓 :9600kN(800t , 安 全 系 數(shù) 1.2 ; 煤 層 厚 度 :25m ; 煤層傾角 :<15° 頂板性能 :中等穩(wěn)定 , 平整 (老 頂為

10、級 , 直接頂為 類 ; 底版性能 :中等平整 ; 瓦 斯含量 :不大。根據(jù)設(shè)計(jì)條件可選用低位放頂煤液壓支架3。由于煤層厚度 45m , 根據(jù)采一半放一半的原則 , 可以 取最 大 采高為 2.5m , 由于液壓支架最大支撐高度比最大采高高左右 , 取 0.5m 。 因此 , 液壓支架的支撐高度為 1.52.7m 。 初 定液壓支架的型號為 :ZFS9600/15/27。其主要技術(shù)特征及配套設(shè)備見文獻(xiàn) 4。支架架體的設(shè)計(jì)計(jì)算包括支架高度、 支架間距的確定 , 底座、 頂梁 和掩 護(hù)梁寬度、 長度及所用鋼板厚度的設(shè)計(jì)計(jì)算。 由于支架間距 的存在 , 為防止漏矸現(xiàn)象的發(fā)生 , 完成上述工作后還需對

11、 支架架間的側(cè)護(hù)板進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。側(cè)護(hù)板分為頂梁側(cè)護(hù) 板和掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板兩部分 , 此處均選用一側(cè)固定一側(cè)活 動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖 2所示。根據(jù)附加力對支架 受力影響的分析 , 為了減小附加力 , 必須使 tan ! 值較小。同時(shí) , 為 有 效 地 控 制 頂 板 , 要 求 支 架 由 高到 低 變化時(shí) , 頂 梁 前 端點(diǎn) 與 煤 壁 之 間 的 距 離 變 化 要小 , 而 支 架 在 最 高 點(diǎn) 時(shí)的 ! 角 , 恰 好 是 頂 梁 前 端 點(diǎn) 的 雙 扭 線 軌 跡 上 切 線 與 頂 梁 垂 線 之 間的 夾角 。所以 , 只 要 令 支 架 由 高 到 低 變 化 時(shí)

12、 , 頂 梁前 端 點(diǎn) 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 近 似 成 直 線 目 標(biāo) 函 數(shù) , 這兩 項(xiàng) 要 求 都能 得 到滿足 5。支 架 在 最 高 位 置時(shí) :P 1=52°62°(0.911.08rad ;后連桿與掩護(hù)梁長度的比值 Z=1.01.4;前后連桿上鉸點(diǎn)之距與掩護(hù)梁長度的比值 I 1=0.220.3;e 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 e<70mm , 最好在 30mm以下 ;支架在最高位置時(shí)的 tan ! 應(yīng)小于 0.35, 對于低位放 頂煤液壓支架 , 最好小于 0.2。此 部 分 屬 常 規(guī) 設(shè) 計(jì) 6, 主 要 包 括 立 柱 、 推 移 千 斤 頂和 推 后 溜

13、 千 斤 頂 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 。 立 柱 的 設(shè) 計(jì) 主 要 包 括 立 柱 桿 徑 的 計(jì)算 和 柱 窩 的 設(shè) 計(jì) 。 柱 窩 設(shè) 計(jì) 為 埋 入 底 座 箱 形 結(jié) 構(gòu) 內(nèi) 的 球 窩 形 柱 窩 , 其 具 有 強(qiáng) 度 大 、對 主 柱 的 剛 性 適 應(yīng) 性 強(qiáng) 、 可 保 證 支 架有 較 大 的 調(diào) 高 范 圍 等 特 點(diǎn) 。 缺 點(diǎn) 是 對 底 座 的 強(qiáng) 度 影 響 較 大 , 柱 窩 處 容 易 堆 積 煤 矸 , 影 響 正 常 工 作 。 千 斤 頂 的 設(shè) 計(jì) 包 括 內(nèi) 徑 、 活 塞 桿 桿 徑 和 推 移 行程 。型號 :四柱支撐掩護(hù)式 ; 放煤形式 :雙輸

14、送機(jī)插板式 ; 高度 :1.5-2.7m ; 中心距 :1.43-1.60m ; 處撐力 :1.5m ; 工作阻 力 :9035kN ; 支護(hù)強(qiáng)度 :11294kN ; 對底板比壓 :0.625MPa ; 適應(yīng)煤層傾角 : 15° 支架 :供液泵壓 (MPa 31.4; 運(yùn)輸尺 寸 (m :5.2×1.43×1.7; 重量 (t :約 19; 立柱形式 :單伸縮 ; 缸 徑 /柱徑 :220/170mm ; 工作阻力 /初撐力 :1328/985kN ; 推移 千斤頂型式 :框架式 ; 缸徑 /行程 :140/750mm ; 推力 /拉力 :動(dòng)態(tài)模擬通過對液壓支架

15、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析 , 了解液壓支架各部 件尺寸的設(shè)計(jì)是否合理 , 是否滿足使用要求 ; 通過對液壓 支架運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)模擬 , 可以知道支架各部件之間的運(yùn)動(dòng) 關(guān)系 , 觀察各部件之間是否發(fā)生干涉 ; 同時(shí)也可通過特殊 位置顯示出支架在特殊位置時(shí)的狀態(tài) , 以便更深地了解 所設(shè)計(jì)的支架是否滿足要求。液壓支架運(yùn)動(dòng)分析的方法有以支架的高度變化為自 變量的運(yùn)動(dòng)分析法和以支架的后連桿的水平傾角為自變 量的運(yùn)動(dòng)分析方法 7。本文以后者為根據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。通過圖 3觀察到 , 底板固定 , 當(dāng)立柱 升降 , 頂板近 似 于水平狀態(tài)再上下移動(dòng)時(shí)支架各部件的運(yùn)動(dòng)情況。通過VB 程序計(jì)算出部件和危險(xiǎn)截面所受最大 力是否滿

16、足設(shè)計(jì)要求。程序流程如圖 4所示。本文采用 VB 編制計(jì)算校核程序 , 按軟件設(shè)計(jì)工程的基本思想及模塊化、信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)化和分布式控制方式 進(jìn)行。為了進(jìn)行模塊劃分 , 必須對 CAD 系統(tǒng)的任務(wù)進(jìn)行 規(guī)劃 , 確定完成該任務(wù)的各功能模塊 , 以及各功能模塊的 相互關(guān)系和信息流。問題求解 的各功能模 塊是為 解決 CAD 系統(tǒng)的 任 務(wù)59機(jī)械工程師 2007年第 8期M制 造 業(yè) 信 息 化MANUFACTURINGINFORMATIONALIZATION b. d. 前 連桿底 座e. 距離 f. 前 后 連 i. l 5. l 6. 下鉸點(diǎn) 端l 7. 后立柱 點(diǎn)水平 距離 l 8. 前 鉸

17、點(diǎn)水 平 距離l 9. l 10.l 10l 5l 9l 6l 8l 7g fbc d iea3啟動(dòng)a , , c , d , e , f , g , i , l 5, l 6, l 7, l 8, l 9, l 101, 2輸入 ZZ=1, 2, 3, 4Z=2Z=1Z=3Z=4Fea升架 序Fab降架 子程 序Fac特殊 位置 顯示Fad動(dòng)態(tài) 模擬 分析Faaa計(jì)算 鉸點(diǎn) 子程 序Faab繪圖 子程 序Z=5結(jié)束4而設(shè)置的 , 各項(xiàng) 功 能 模 塊 集 成 到系統(tǒng)中 , 在控 制模塊調(diào)度下 , 按 求 解 的 任 務(wù) 運(yùn) 行 調(diào) 用 相 應(yīng) 的功能模塊 , 完成既定的任務(wù)。本 程 序 分

18、為 原 始 條 件 處 理模塊、 總體設(shè) 計(jì)模塊、 底座設(shè) 計(jì)模塊、 千斤頂 設(shè)計(jì)模塊、 頂梁 設(shè)計(jì)模塊、 掩護(hù) 梁設(shè)計(jì)模塊、 立 柱設(shè)計(jì)模塊、 整 體 動(dòng) 態(tài) 模 擬 模 塊。其中 , 原始 條 件 處 理 模 塊 可 以 根 據(jù) 輸 入 的 參 數(shù) 進(jìn) 行 煤 層的最大、 最小 采高、 支架的選 型、 四連桿優(yōu)化的計(jì)算 , 得出整體設(shè)計(jì)的尺寸。 總 體 設(shè) 計(jì) 界 面 如圖 5所示。整 體 設(shè) 計(jì) 模 塊 直 接 引 用 原 始 數(shù) 據(jù) 處 理模塊中所需變化的底座結(jié)構(gòu)尺寸 , 進(jìn)行受力分析計(jì)算 , 得 出底座受力大小 , 并進(jìn)行校核 , 輸出校核結(jié)果。千斤頂設(shè)計(jì)模塊根據(jù)所輸入?yún)?shù) , 得出千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù) , 并進(jìn)行校核 , 輸出校核的結(jié)果。頂梁和掩護(hù)梁設(shè)計(jì)模塊根據(jù)輸入?yún)?shù)得出最大彎曲 應(yīng)力、 剪切應(yīng)力和安全系數(shù) , 并顯示是否通過校核。立 柱 設(shè) 計(jì) 模 塊 根 據(jù) 輸 入 參 數(shù) 得 出 立 柱 及 活 塞 桿 尺 寸 和 所 受 的 最 大 支 撐 力 , 并 驗(yàn) 證 油 缸 穩(wěn) 定 性 和 缸 體 強(qiáng) 度 。動(dòng) 態(tài) 模 擬 是 對 初 步 完 成 設(shè) 計(jì) 的 液 壓 支 架 進(jìn) 行 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 , 分 為