基于proe的液壓支架三維造型設計與運動仿真(完整版)

　　

【正文】 8 1 0 9 5 02 1 6 5 0 2 2 2? ? ? ?? ??＝ 7 由于11650105ld ? ＝ 5，且 225JJ? 2122111lltKtKl????????? ??? ?? (318) 式中 1K ＝1EJP , 2K ＝2EJP ； 其中： E－鋼材的彈性模量， E＝ 10 aMP? ； 1t ＝ 11( )tg K l ? ； 2t ＝ 22( )tg K l ? ； 經計算得 1 ? , 2 ? 。 c o s 0 . 3 2 5s in 0 . 2 4 39。1 CCACBCBCDD fPPPP ???????? = 底座強度計算成都理工大學畢業設計（論文） 根據頂板地質條件選支撐掩護式支架。 支架工作阻力計算 掩護梁上沒有負載，摩擦系數為 ，支架最高位置，每根立柱工作阻力為1000KN。加入頂梁上受向前的水平載荷，很容易使支架向前傾倒，這種趨勢使頂梁對于頂板向前滑動，則水平載荷又變成向后作用。 另外指出，支撐式支架的支護高度對支架受力沒有影響，而掩護式和支撐掩護式支架，由于支護高度的變化，使立柱的支撐角度、平衡千斤頂的角度、掩護 梁和四連桿機構的角度等的不同，使受力也不同。在支架的工作高度范圍內，一般把 tg θ值控制在 以下，從而把附加力控制在支架名義工作阻力的 10％范圍內。因此叢支架承載能力的角度看，立柱傾角不要 大于 圖 32 角度變化 18? 。 (1) 立柱傾角對承載能力的影響 由于支撐掩護式支架的立柱大部分是傾斜布置的，傾角 ? 又隨著支架的高度變化，所以支架的承載能力的大小也隨著支架的高度而變化。1 ????????? XDCBBA QPPPPfP ??? （ 32） 0?? yF ，即： 0s i ns i nc o sc o s 239。 支撐掩護式支架各支撐點受力計算： 假設頂梁受以集中載荷 AP ,水平分力為 AfP 。 (7) 支架各部分受力，按不同支護高度時受力最大值進行強度校核。 液壓支架載荷的確定 液壓支架實際受載荷情況很復雜，頂梁和底座上的載荷并不是很規律，分布規律隨著支架與頂底板的接觸情況而變化，為簡化計算作如下規定。 圖 26 前連桿 圖 27 后連桿 其主要作用是： （ l） 使支架在高低變化范圍內，頂梁能夠平穩地升降，使頂梁前端與煤壁的距離變化盡可能小，更好地支護頂板。 底座 底座是穩定支架的主要結構件，頂板的壓力通過立柱傳向底座，使底座受到載荷。四柱支撐掩護式液壓支架如圖 22 所示： 圖 22 四柱支撐掩護式液壓支架 液壓支架主要由金屬結構件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。因此，液壓支架要實現升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過幾個液壓缸的不同工作性質來完成的，如圖 21 所示。 （ 3） 將液壓支架部件進行裝配。液壓支架未來主要的發展趨勢是向兩柱掩護式和四柱掩護式架型發展，架型結構進一步完善，設計方法更先進，參數向高工作 阻力、大中心距發展。形成了研制液壓支架的雄厚基礎。 電液控制系統已在國內應用 22 套左右。 另外，采煤設備的合理選用并且使用先進的技術，可以解決采煤工作中遇到的許多問題，可以提高工作效率，降低成本，減少機器的損耗，保護工作人員和設備的安全，以及減輕笨重的體力勞動，可為煤礦產業提高經濟效益。 首先 ，通過對液壓支架的相關資料收集，整理；了解 液壓支架的結構，類型，工作原理，特點，目的及要求； 其次 ， 對支撐掩護式液壓支架結構作了設計 ，受力分析以及 強度校核； 再次 ， 利用三維軟件 Pro/E進行三維建模，并且根據運動關系將各個部件在Pro/E中裝配起來。； 最后 ， 進行運動仿真 ，保存運動仿真結果，用于 運動分析。 這次設計主要目的是利用 Pro/E軟件進行液壓支架的三維建模，并根據運動關系將支架的各個部件在 Pro/E中裝配起來，最后進行運動仿真和運動分析，檢查機械結構各部分的干涉與協調情況。據 1992 年統計 , 美國煤礦綜采工作中有 %使用德國液壓支架。不僅能滿足國內的需要，還向美國、俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架或成套綜采設備。液壓支架另一重大突破是控制系統，應用電液控制技術，采用電磁控制的先導閥，先進可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機技術，紅外線遙感技術等現代科技成果，使液壓支架的動作自動連續進行，移架速度大大提高，支架循環時間達到 6~8s。 （ 4） 在 Pro/E中對液壓支架進行運動仿真及運動分析。 圖 21 液壓支架工作原理 1—頂梁； 2—立柱； 3—推移千斤頂； 4—安全閥； 5—單向筏； 7—操縱閥； 本次設計主要采用四柱支撐掩護式液壓支架進行設計，并對其進行結構部件的計算校核。 （ 1）金屬結構件主要有主頂梁、掩護梁、前連桿、后連桿、底座、側護板、護幫板等。該支架設計為整體剛性底座，底座平整接地面積大，有利于減小對底板的比壓。 （ 2） 承受頂板的水平分力和側向力，使立柱不受側向力。 (1) 把支架化簡成一個平面桿系結構，按集中載荷進行計算。 (8) 各種結構件的強度校核，除按理論支護阻力校核危險端面外，還要按《液壓支架形式試驗技術規范》的 各種加載方法，以支架的額定工作阻力逐一校核，超過額定工作阻力 10％的超載試驗，將由安全系數來保證強度。掩護梁上載荷的合力分量各為xQ 和 yQ 。1 ??????????? yDDCCBBA QPPPPP ????（ 33） 取頂梁為隔離體， 01 ?? oM ,即： 成都理工大學畢業設計（論文） 0c o sc o s 239。現在 ? 對承載能力的影響。但是，有些支架為了使高度變化的范圍增大，傾角往往大于 30? 。 最后，必須指出， tg θ不僅對承載能力有影響，而且對各受力部件有影響，并相當復雜，因此 tg θ是大是小，由具體情況而定。成都理工大學畢業設計（論文） 在進行強度計算時，要算出頂梁最大載荷時的支護高度為依據，按此時的情況進行受力分析。 f 值在 11 tg??中隨承載能力有很大影響。 取頂梁和掩護梁為隔離體，忽略頂梁和掩護梁的鉸接點都頂梁之間的距離。根據頂板支護強度、煤層厚度、即采煤機等條件，支架尺寸表示在 31 圖和表 31 中 圖 31 支架尺寸 表 31 角度與位置參數 角度 支架最高位置 1? ??3 2? ?7 ? ? C? ? D? ? 現在求支點 A 反力。 s in 0 . 2 49 3 9 . 6 8 K N . mC A B BBBM R P pPp????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ? ?KN PPM DDDDE i o s? ??????? ?? 在 Pc 點處彎矩雖然最大，但是側板較高。1t ＝ ； 2t ＝ ； ?? ； 活塞桿的合成應力： WPAP ?? ?? (319) 式中 A－活塞桿的橫截面積； A= W－活塞桿的端面模數； w＝ ； 2 3 1 2 3 1 5 .68 6 .5 1 1 3 .7? ??? == 安全系數計算如下： ??sn? (320) 成都理工大學畢業設計（論文） 活塞桿采用 45 號鋼 s? ＝ 450～ 550MPa ? =[]n 式中 []n －許用安全系數，一般最小為 。 設頂梁長度為 Lg，頂板的集中載荷為 F1，其作用點距頂梁一端為 X 。 （ 3）千斤頂的推拉力對對支架的受力影響 平衡千斤頂為拉力時，頂梁后端比壓增大，可增強切頂能力，底座比壓分布狀態 較好，連桿受力較小；平衡千斤頂為推力時，合力作用點前移，可增加前端支護能力，此時底座前端比壓增大，連桿力增。 (4) 焊接抗拉強度取 b? = 5500 Kg/㎝ 178。在支架建模過程中主要用到了拉伸、旋轉、掃描、陣列、鏡像等特征工具，對于某 一特定特征，其經常可以由多種不同的方法來生成，此時就要選取最合理的方法進行操作。 液壓支架裝配 虛擬裝配是零部件通過相互之間的定位關系裝配在一起的。 (4) 選擇 插入 / 元件 / 裝配命令 ,調入零件。然后通過選擇構件及其相應的運動副組成機構 ,最后由各機構組成完整的液壓支架模型。 圖 49 電動機參數設置 設置完成后，進行仿真 運動 ，保存視頻。以頂梁頂點為例進行位置，速度，加速度分析得到一下圖形。拓寬了我的知識視野，開闊了我的理性思維，為我將來無論是走向工作崗位，還是繼續學習深造都奠定了堅實的基礎。本次畢業設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業設計，由于經驗的匱乏，所學的知識并不牢靠，難免有許多考慮不周全的 地方，如果沒有老師的指導，同學的熱情幫助，想要完成畢業設計是非常困難的。借此之際，特向指導老師表示衷心的感謝。 另外，在設計過程中，我進一步提高了個人發現問題，分析問題，解決問題的能力，并且我對大學幾年所學基礎知識和專業課知識作了全面鞏固和全新的總結，我能夠將自己所學知識用于實踐。 圖 412 速度與時間關系 圖示為頂梁頂點速度隨著時間變化的曲線。靜態檢查是檢查各零件之間相對位置是否存在零部件之間的運動干涉。 圖 46 液壓支架模型 成都理工大學畢業設計（論文） 圖 47 液壓支架模型 運動仿真 Mechanism(機構動力學分析 ) 模塊是 Pro/E 軟件中包含的一個運動分析和仿真模塊 ,該模塊既可實現對機構的定義、建立零件之間的連接及裝配自由度、對輸入軸添加相應的電機驅動產生設計要求的運動 ,又可以在分析機構運動時觀察和記錄分析仿真過程的一些測量值 ,如位置、速度和加速度等 ,還可以進行運動干涉檢查和運動軌跡顯示等。 類似方法 ,對其他零件進行裝配，完成零件三維模型。進行零件裝配時最重要的步驟就是對零部件進行適當的約束。 啟動 Pro/E ，新建文件：選 “零件 ”/“ 實體 ”， 文件名默認。根據計算表明改變結構件高度對強度影響較大，改變結構件鋼板厚度對強度影響較小，在設計時可根據結構件具體情況進行考慮。 （ 5）支架強度計算應考慮的因素 由于支護高度，摩擦系數，平衡千斤頂和煤塊作用對支架受力有明顯的影響，在支架強度計算時，對不同的受力桿件應參考實際使用中產生的最惡劣狀態選擇支護高度，平衡千斤頂推拉力，摩擦系數的數值進行計算。如圖 37 所示 成都理工大學畢業設計（論文） 圖 37 載荷分布圖 頂梁前端比壓 2q 為 0，頂梁后端比壓 3q 為： 3323 101 ?? mBFq ＝ （ MPa） (323) 當 Lg/2xLg/3 時，載荷呈梯形分布，如上圖 36 所示。 ? ? ? ?? ?CCDP ???? ??? (321) 式中 []? －缸體實際承受的最大應力， MPa。 圖 32 彎矩圖 結構形心位置為 ()NNC NFYY F??? (311) =[ 5 4 0 1 9 3 6 4 9 4 7 2 2 2 2 6 0 1 6 4 ][ 5 4 0 1 3 6 4 4 7 2 2 1 6 4 ]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? = 慣性矩為 ? ?? ?? ??? 2CNNN YYFJJ