基于proe的液壓支架三維造型設計與運動仿真(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 大底座剛度、強度； （ 6） 支架的整體結構應具有 “人機學 ”的觀點，結構緊湊，操作方便，制造成都理工大學畢業設計（論文） 成本低； （ 7）采用雙紐線連桿機構聯結掩護梁和支架底座，以增加支撐力，增強支架的穩定性。 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。 (1) 把支架化簡成一個平面桿系結構，按集中載荷進行計算。 (2) 金屬結構件按材料力學上的直梁理論來計算。 (3) 頂梁，底座與頂底板認為接觸分布均勻，載荷沿支架長度方向呈線性變化，沿支架寬度方向為均勻分布。 (4) 通過分析和計算可知，掩護梁上作用力，只能使支架實際支護阻力降 低，所以在計算強度時不考慮在內。 (5) 立柱按照工作阻力最大值來計算。 (6) 作用在頂梁上水平力的產生有二種情況：一種是支架在承載讓壓時，由于頂梁前端運動軌跡為雙扭線，所以頂梁與頂板有產生位移的趨勢，水平力為頂梁合力與靜摩擦系數的乘積，其方向與頂梁產生位移方向趨勢相反；另一種是由于頂板向采空區方向移動，使支架頂梁受一指向采空區的水平力，最大水平力值與上相同。頂梁與頂板的靜摩擦系數 f，目前國內一般取 ～ 。 (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。 (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。 各部件受力分析及強度校核 支架的受力分析與計算，是按理論力學中力矩平衡的原理來計算的。即一個物體受幾個力的作用下處于平衡狀態時，所受力和力矩之和為零。即以當支架支承后在處于平衡狀態時，取整體或某一個部分為分離體也處于平衡狀態，其合力成都理工大學畢業設計（論文） 和合力矩為零。即滿足靜力平衡的充分必要條件為各力在 x上的投影之和為零，各力在 y 上的投影之和為零 。各力對某點取矩之和為零。一下就是根據這一理論對支架簡化成平面桿系進行受 力分析和計算。 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 。掩護梁上載荷的合力分量各為xQ 和 yQ 。前排立柱工作阻力為 BP ,后排立柱工作阻力為 39。BP 。受力狀態如圖 31所示。 ? 圖 31 支撐掩護式支架受力情況 取頂梁和掩護梁為隔離體， OM? =0, 即： ? ? ? ?? ? 0 s i nc o ss i nc o s 239。239。2111 ???????? ??????????? kQeQltgPfPls tglPPlltgLPPllXyAABBBB ?????? （ 31） ?XF =0,即： 0c o ss i ns i n 2239。1 ????????? XDCBBA QPPPPfP ??? （ 32） 0?? yF ，即： 0s i ns i nc o sc o s 239。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。211 ???????? SPPlPl ABB ?? 由上式得： ? ?239。211 c o sc o s1 ?? ???? BBA PlPlPS （ 34） 把 (34)式代入（ 31）式，解得： ? ? ?????? ???????????? lkQleQtgPPPPtgfP xyBBBBA ?????? 239。1239。1 s i ns i nc o sc o s1 1 (35) 由（ 34）式和（ 31）解得： ? ? ? ? ? ?? ?]c o sc o sc o ss i nc o sc o s[s i n 1 239。1CxCyCCACBCBDCDfPPPP???????????????????????? （ 36） ? ? ? ? ? ? ?? ? ?DXDyDDADBDBCDCfPPPP????????????s i nc o sc o ss i nc o sc o ss i n 1 239。1????????????? （ 37） 參數對支架性能的影響 支撐掩護式支架在工作過程中，各主要部件的受力是變化的，其影響因素有諸多方面。 (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。現在 ? 對承載能力的影響。 立柱支撐在頂梁，當立柱的工作阻力為 BP ，傾角為 ? 時，顯然支架的承載能力與 BP ?cos 有直接的關系。因為 cos ? ≤1，因此立柱傾斜布置將使支架的承載能力降低。 ? 角和 cos ? 之間的關系表示在右圖中。由圖看到，當 ? 18? 時，cos ? ，支架的承載能力降低值不大于 5％。當 ? 。? 26? 時， cos ? ? ，所以支架承載能力將顯著的減?成都理工大學畢業設計（論文） 小。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? 。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? 。 (2)tg θ值對支架承載能力的影響 在以上各式中有多項公式包含 tg θ，分析如下： O 點是瞬時中心，隨著支架高度的變化， O 點的位置也發生變化， tg θ也跟著發生變化。當 O 點在頂梁上方時， tg θ 取正值。當 O 點在頂梁下方時 tg θ 取負值。 tanθ值增加，附加力增加。當摩擦系數 W＝ ， tg θ=，附加力可達支架名義工作阻力的 30％。所以 tg θ值過大對支架受力不利。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。 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。 (3) 支架承載能力隨高度的變化 由支架載荷 AP 的式子可以知道，其中 ? 、 ? 、 l 是隨高度而變化的，因此支架的支撐力也就隨著高度而變化。在調高范圍內，支架的承載能力在兩側的高度內比較小。一般情況下，支架常用加大立柱的傾角來擴大支架的調高范圍。而 ?角越大，支架的承載能力越小，所以支架的調高范圍越大，承載力變化越大。但是支架在設計中一般都要按可能的最大承載力來設計，顯然這就使支架不能發揮應有的作用，在很大的一段承載范圍內就要大材小用。所以設計支撐掩護式支架時，應特別注意使支架承載力在整范圍內的變化盡量小。 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。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。 (4) 摩擦系數的影響 對支架承載能力的影響摩擦系數對支架承載能力的影響表現在 11 tg??項中。產生水平載荷的原因很多，所以它的大小和方向也是根據具體情況而變化。但是，它的極限值卻可以用頂梁和頂板支間產生相對滑動時的極限摩擦力求得。即壁系數斷裂極限值 maxf 等于頂梁和頂板的摩擦系數。所以此值的大小在 0～maxf 范圍內變化。 水平載荷的方向可以只考慮向后作用。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。 f 值在 11 tg??中隨承載能力有很大影響。只有 tg θ 值很小時， ftg? 才能忽略不計。 對連桿受力影響由連桿受力 cp 和 DP 的計算式可以看出，摩擦力對連桿受力的影響表現在 CAfP ?sin 和 DAfP ?sin 項中。當支架升高時， c? 和 D? 就逐漸增大，C?sin 和 D?sin 也就逐漸變大。因此，隨著支架的高度，摩擦力對連桿的影響逐漸增大。 (5) 桿水平角對連桿受力的影響 由 CP 和 DP 的計算式可知，當它的分母為零時， CP 和 DP 將無限大。因此其極限條件為： ? ? 0sin ?? CD ?? （ 38） 得： DC??? ＝ 0成都理工大學畢業設計（論文） 即： DC??? 當分母等于 1 時， CP 和 DP 得最小值，其條件為： ? ? 1s in ?? CD ?? （ 39） DC??? ＝ 90? 由以上兩個條件得到下列結論，前后連桿不能平行放置，前后連桿的水平支架必須要有差值，從連桿受力的角度著眼，其差值應越大越好，極限差是 90? 。 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。 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。 圖 33 頂梁與掩護梁尺寸 根據（ 35）式，支架工作阻力為： ? ? ?????? ???????????? lkQleQtgPPPPtgfP xyBBBBA ?????? 239。1239。1 s i ns i nc o sc o s1 1 成都理工大學畢業設計（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（ 35）式， AP 的作用位置為： ? ?239。211 c o sc o s1 ?? ???? BBA PlPlPS = ????? 3c o s20xx2827c o 1 = 前后連桿受力 根據（ 37）式，前后連桿受力為 ? ? ? ? ? ? ? ? ??DXDyDDADBDBCDCfPPPP????????????s i nc o sc o ss i nc o sc o ss i n 1 239。1?????????????? ? ? ?? ? ?? ? ???????????????????? o i o o i n 1 =－ 由上式得 “－ ”號，所以前連桿受力方向與圖示相反，也就說前連桿受拉力。 根據（ 36）式，后連桿的受力為： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ??????????????????????????????? o i o o s20xx i n1c o ss i nc o sc o ss i n1239。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。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。 0RM ?? ,即： 0)424702(s i n435c os702s i n974c os435s i n701c os435s i n1546c os)688860538(239。239。11????????