支撐掩護式液壓支架系統(tǒng)設計與分析

1、! 這里取 ! =0.95為定值 , 取 " n 在 0.51之間 , 系統(tǒng)在不同" n 情況下的階躍響應見圖 4。在圖 4中 , 取不同的固有頻率值 , 系統(tǒng)都能達到最終 輸出值 , 對于 " n 取值越大 , 系統(tǒng)響應速度越快 , 因此理論 上要求機械系統(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 , J L 越小越好。 但 J L 不能 無限小 , 由式 (10 , J L 太小的情況 , 將導致 ! >1, 系統(tǒng)輸出 將不能達到預定位置。這正好與我們前面的說明是一致 的 , 即一定的轉矩情況下 , 保證盡

2、可能小的轉動慣量 , 獲得盡可能大的角加速度 , 達到快速響應的效果。4結 語本文對交流伺服電動機進給系統(tǒng)的組成及各部分功 用進行了分析。結合強力切削顫振預報控制對機械傳動 部分研究的要求 , 重點對機械傳動部分參數(shù)進行優(yōu)化 , 在 基于加速度響應最大的前提下 , 得出進給系統(tǒng)一級齒輪 最佳傳動比。建立機械傳動結構模型 , 得出如何在保證響 應快、 位置準確前提下 , 選用機械傳動系統(tǒng)阻尼比和固有 頻率 , 結合兩者之間相互耦合的關系 , 對軸的各組成參數(shù) 進行分析和優(yōu)化。參考文獻 1付連宇 . 機床主軸轉速在線尋優(yōu)控制的研究 D . 長春 :吉林工業(yè) 大學 , 1999.2王德斌 . 交流伺

3、服進給系統(tǒng)及其數(shù)學模 型的研 究 J . 機 械制 造 與自動化 , 2006, 35(1 :86-88, 91.3殷際英 , 林宋 , 方建軍 . 光機 電一 體化 實用 技術 M . 北 京 :化 學 工業(yè)出版社 , 2003.(編輯 明濤 作者簡介 :吳玉國 (1959- , 男 , 副教授 , 碩士生導師 , 研究方向為機電一體化。收稿日期 :2007-03-12圖 4不同固有頻率 ! n 下系統(tǒng)的階躍響應曲線圖24681012141618支撐掩護式液壓支架系統(tǒng)設計與分析魏鵬 ,王勇(合肥工業(yè)大學 機械與汽車工程學院 , 合肥 2300091引 言 液壓支架是我國采礦業(yè)主要的支護設備

4、, 根據(jù)結構和 功能的不同 , 可分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三種 1。 因為支撐掩護式液壓支架兼有支撐式和掩護式的優(yōu)點 , 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)不同地質條件和生產需要進行研發(fā)時 , 周期 長、 成本高 , 使得一些中小煤礦難以承受 , 導致其支護水平 低下 , 存在安全隱患進而引發(fā)事故。因此 , 急需找到一種經 濟可靠、省時省力的設計計算、分析校核液壓支架的方 法。本文以此為出發(fā)點 , 利用計算機技術 , 并考慮到方便 性 、 易用 性與兼容性 等因素 , 利用 VB 2對總 體 結構 及 部 件進行設計和動態(tài)模擬 , 為支撐掩護式支

5、架的設計提供 一種方便可靠的方法。2總體方案的分析與擬訂支撐掩護式液壓支架如圖 1所示。主要任務是進行支撐掩護式液壓支架的整體設計及頂梁、 尾梁、 掩護梁、 摘 要 :應用 Vis ual Bas ic 語言 , 實現(xiàn)液壓支架的優(yōu)化設計 , 將結果傳遞 , 實現(xiàn)支架的動態(tài)模擬 , 并對支架隨頂壓和煤層厚度的變化進行總體設計 , 然后對主要部件進行強度校核。上述過程用一個系統(tǒng)程序實現(xiàn) , 并列出程序代碼。關鍵詞 :液壓支架 ; Vis ual Bas ic ; 優(yōu)化設計 ; 動態(tài)模擬 中圖分類號 :TD335.44文獻標識碼 :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機械工程師 2007年第 8期圖 1支撐掩護式液壓支架H 1. 支架在最高位置時的計算高度 a. 后連桿長度c. 前連桿長度d. 前后連桿下鉸點水平之距e. 前后連桿上 鉸點水平之距 p 1. 支架在最高點時掩護梁與頂梁頂面夾角Q 1. 在最高位置時 , 后連桿與底座底面夾角e! aO 1Q 1cp 1H 1d圖 2支架結構優(yōu)化設計圖

9、底座、 千斤頂、 立柱等的設 計、 選擇、 分析校核及運動 狀態(tài)模擬 , 達到在滿足各 種技術需要的前提下縮短 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 , 應當選擇與之適應的架型 , 以保證投資合理、 安全 高產地生產原煤。 架型的選擇 , 主要考慮頂板條件、 頂壓 , 同時也要考慮煤層厚度、 煤層傾角、 地板強度、 地質構造、 煤層硬度和節(jié)理、 瓦斯含量、 設備成本、 配套設備及年產 量等。設計條件 : 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)設計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。其主要技術特征及配套設備見文獻 4。支架架體的設計計算包括支架高度、 支架間距的確定 , 底座、 頂梁 和掩 護梁寬度、 長度及所用鋼板厚度的設計計算。 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、 支架架間的側護板進行設計計算。側護板分為頂梁側護 板和掩護梁側護板兩部分 , 此處均選用一側固定一側活 動的結構形式。支架結構優(yōu)化設計如圖 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 , 為 有 效 地 控 制 頂 板 , 要 求 支 架 由 高到 低 變化時 , 頂 梁 前 端點 與 煤 壁 之 間 的 距 離 變 化 要小 , 而 支 架 在 最 高 點 時的 ! 角 , 恰 好 是 頂 梁 前 端 點 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

12、 , 頂 梁前 端 點 運 動 軌 跡 近 似 成 直 線 目 標 函 數(shù) , 這兩 項 要 求 都能 得 到滿足 5。支 架 在 最 高 位 置時 :P 1=52°62°(0.911.08rad ;后連桿與掩護梁長度的比值 Z=1.01.4;前后連桿上鉸點之距與掩護梁長度的比值 I 1=0.220.3;e 點的運動軌跡的最大寬度 e<70mm , 最好在 30mm以下 ;支架在最高位置時的 tan ! 應小于 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 計 6, 主 要 包 括 立 柱 、 推 移 千 斤 頂和 推 后 溜

13、 千 斤 頂 的 設 計 計 算 。 立 柱 的 設 計 主 要 包 括 立 柱 桿 徑 的 計算 和 柱 窩 的 設 計 。 柱 窩 設 計 為 埋 入 底 座 箱 形 結 構 內 的 球 窩 形 柱 窩 , 其 具 有 強 度 大 、對 主 柱 的 剛 性 適 應 性 強 、 可 保 證 支 架有 較 大 的 調 高 范 圍 等 特 點 。 缺 點 是 對 底 座 的 強 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 計 包 括 內 徑 、 活 塞 桿 桿 徑 和 推 移 行程 。型號 :四柱支撐掩護式 ; 放煤形式 :雙輸

14、送機插板式 ; 高度 :1.5-2.7m ; 中心距 :1.43-1.60m ; 處撐力 :1.5m ; 工作阻 力 :9035kN ; 支護強度 :11294kN ; 對底板比壓 :0.625MPa ; 適應煤層傾角 : 15° 支架 :供液泵壓 (MPa 31.4; 運輸尺 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 :動態(tài)模擬通過對液壓支架

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

16、足設計要求。程序流程如圖 4所示。本文采用 VB 編制計算校核程序 , 按軟件設計工程的基本思想及模塊化、信息傳遞標準化和分布式控制方式 進行。為了進行模塊劃分 , 必須對 CAD 系統(tǒng)的任務進行 規(guī)劃 , 確定完成該任務的各功能模塊 , 以及各功能模塊的 相互關系和信息流。問題求解 的各功能模 塊是為 解決 CAD 系統(tǒng)的 任 務59機械工程師 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 端l 7. 后立柱 點水平 距離 l 8. 前 鉸

17、點水 平 距離l 9. l 10.l 10l 5l 9l 6l 8l 7g fbc d iea3啟動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動態(tài) 模擬 分析Faaa計算 鉸點 子程 序Faab繪圖 子程 序Z=5結束4而設置的 , 各項 功 能 模 塊 集 成 到系統(tǒng)中 , 在控 制模塊調度下 , 按 求 解 的 任 務 運 行 調 用 相 應 的功能模塊 , 完成既定的任務。本 程 序 分

18、為 原 始 條 件 處 理模塊、 總體設 計模塊、 底座設 計模塊、 千斤頂 設計模塊、 頂梁 設計模塊、 掩護 梁設計模塊、 立 柱設計模塊、 整 體 動 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 行 煤 層的最大、 最小 采高、 支架的選 型、 四連桿優(yōu)化的計算 , 得出整體設計的尺寸。 總 體 設 計 界 面 如圖 5所示。整 體 設 計 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構尺寸 , 進行受力分析計算 , 得 出底座受力大小 , 并進行校核 , 輸出校核結果。千斤頂設計模塊根據(jù)所輸入參數(shù) , 得出千斤頂?shù)慕Y構參數(shù) , 并進行校核 , 輸出校核的結果。頂梁和掩護梁設計模塊根據(jù)輸入參數(shù)得出最大彎曲 應力、 剪切應力和安全系數(shù) , 并顯示是否通過校核。立 柱 設 計 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 證 油 缸 穩(wěn) 定 性 和 缸 體 強 度 。動 態(tài) 模 擬 是 對 初 步 完 成 設 計 的 液 壓 支 架 進 行 運 動 仿 真 , 分 為