樂(lè)柱

摘 要：液壓支架廣泛應(yīng)用于煤礦機(jī)械化綜采作業(yè)面，隨著其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)液壓支架產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用顯露出滯后性，為此要開(kāi)發(fā)基于VB環(huán)境下的液壓支架CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)，結(jié)合液壓支架的實(shí)際使用需求，利用三維設(shè)計(jì)軟件和ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，進(jìn)行不同模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括整體受力、強(qiáng)度校核、三維參數(shù)建模、數(shù)據(jù)庫(kù)等模塊，實(shí)現(xiàn)基于VB的液壓支架CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)的參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化。

關(guān)鍵詞：液壓支架 CAD設(shè)計(jì)平臺(tái) 參數(shù)

中圖分類號(hào)：TD35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）11（c）-0109-02

回采作業(yè)面廣泛應(yīng)用液壓支架，以實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)面頂板的支撐、采空區(qū)的有效隔離，對(duì)于提升綜采效率和產(chǎn)量有極其重要的輔助性作用和意義。隨著綜采作業(yè)面的縱深發(fā)展，原有的液壓支架設(shè)計(jì)和使用顯露出滯后性，難以滿足高工作阻力、高工作強(qiáng)度的作業(yè)需求。如傳統(tǒng)二維力學(xué)模型設(shè)計(jì)為主的液壓支架缺乏實(shí)時(shí)更新，各零件之間相互干涉等問(wèn)題。為此，本文重點(diǎn)探討基于VB的液壓支架設(shè)計(jì)，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件和ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，研制和開(kāi)發(fā)液壓支架CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)，進(jìn)行具有高可靠性液壓支架的設(shè)計(jì)，較好地實(shí)現(xiàn)液壓支架的模塊化、參數(shù)化。

1 液壓支架設(shè)計(jì)相關(guān)概述

液壓支架用于對(duì)作業(yè)面頂板的支護(hù)，體現(xiàn)出良好的支護(hù)性、高強(qiáng)度、安全可靠的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，普遍適用于綜采機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)之中。在當(dāng)前的液壓支架設(shè)計(jì)之中，主要采用掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架，其中：（1）掩護(hù)式液壓支架。是采用單排斜立柱結(jié)構(gòu)的液壓支架，有相對(duì)寬的掩護(hù)梁，適用于直接頂中等穩(wěn)定以下、壓力較弱的作業(yè)面，可以承受一定的水平推力，然而作業(yè)空間和通風(fēng)斷面較為狹窄。（2）支撐掩護(hù)式液壓支架。該支架采用整體剛性和分體鉸接的不同方式設(shè)計(jì)頂梁，并設(shè)計(jì)傾斜的兩排立柱，使之支撐頂梁和底座；掩護(hù)梁部分上接頂梁、下連底座和連桿，并采用雙人行通道，適宜于直接頂中等穩(wěn)定及堅(jiān)硬、壓力極強(qiáng)的綜采作業(yè)面。

本文重點(diǎn)研究?jī)芍谧o(hù)式液壓支架，將其設(shè)計(jì)為承載結(jié)構(gòu)件、液壓缸、控制元部件、輔助裝置等零部件，其工作原理是利用不同性質(zhì)的液壓缸完成升降、推移等動(dòng)作，具體來(lái)說(shuō)，主要體現(xiàn)為以下方面：（1）支架升降。通過(guò)立柱的伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)液壓支架的升降操作，在初撐階段，支架操縱單向閥將泵站輸送的高壓液體送至立柱下腔，立柱上腔進(jìn)行排液，并升起活柱和頂梁，將頂板支撐起來(lái)。之后進(jìn)入承載階段，頂板下沉的壓力使液壓支架受到彈性壓縮，液壓缸出現(xiàn)彈性擴(kuò)張，這就是支架對(duì)頂板的支撐力也即工作阻力，它通過(guò)安全閥泄出液體而使立柱下縮，并使立柱保持恒定的工作阻力。最后進(jìn)入卸載階段，即操縱閥位于降架位置，立柱上腔注入高壓液體，而立柱下腔則排出液體，支架卸載完成。（2）拉架和推溜。在降柱卸載的條件下，由操縱閥將高壓液體推移進(jìn)入活塞桿腔，實(shí)現(xiàn)液壓缸控制下的液壓支架和輸送機(jī)前移操作。

2 基于VB的液壓支架CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

基于VB的液壓支架CAD設(shè)計(jì)是復(fù)雜的過(guò)程，要依循規(guī)劃設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行運(yùn)作，在基于市場(chǎng)調(diào)研的前提下，構(gòu)思基于VB的液壓支架設(shè)計(jì)方案，并使之轉(zhuǎn)化為合理產(chǎn)品零部件的合理結(jié)構(gòu)。

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

要運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件和ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，研制和開(kāi)發(fā)液壓支架CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)，并進(jìn)行液壓支架整體受力數(shù)據(jù)分析，了解液壓支架運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、關(guān)鍵部件處于一定高度時(shí)的受力情況、底板比壓分布等，并構(gòu)建液壓支架數(shù)據(jù)庫(kù)，較好地提升基于VB的液壓支架CAD平臺(tái)的精準(zhǔn)度和質(zhì)量。

2.2 平臺(tái)設(shè)計(jì)流程

基于VB的液壓支架CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)以Visual Basic為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，借助于具有開(kāi)放性體系結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)軟件Solidworks2009，實(shí)現(xiàn)面對(duì)對(duì)象的可視化程序開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，通過(guò)向液壓支架數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用適宜的參考架型，優(yōu)化設(shè)計(jì)合理的支架四連桿結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行整體受力分析、強(qiáng)度校核、立體三維干涉檢查和運(yùn)動(dòng)仿真，最后進(jìn)行CAE有限元分析和支架動(dòng)力學(xué)分析，使之滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)要求。

3 基于VB的液壓支架CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)的模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊設(shè)計(jì)

在液壓支架的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，要結(jié)合支架的不同架型進(jìn)行設(shè)計(jì)，以掩護(hù)式液壓支架數(shù)據(jù)庫(kù)模塊設(shè)計(jì)為例，主要包括以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）數(shù)據(jù)庫(kù)模塊界面設(shè)計(jì)。要在該界面中顯示液壓支架的架型、技術(shù)特征、使用條件、技術(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)所有數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)查詢、修改、添加、刪除操作和管理。其中，支架的技術(shù)參數(shù)包括有工作阻力、支架的長(zhǎng)寬高及中心距、初撐力、支護(hù)強(qiáng)度、立柱缸徑及柱徑等。支架的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)主要包括有掩護(hù)梁及前后連桿的長(zhǎng)度、頂梁與掩護(hù)梁鉸接點(diǎn)的水平距離和底面距離、立柱上鉸點(diǎn)與頂梁的距離等。（2）建立液壓支架數(shù)據(jù)庫(kù)。可以選取基于VB的Access可視化數(shù)據(jù)管理庫(kù)，采用ADO數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，添加ADO控件，并設(shè)置ConnectionString屬性。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊

要進(jìn)行液壓支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以支架工作高度和工作阻力為例，可以采用復(fù)合型法進(jìn)行掩護(hù)式工作面液壓支架的四連桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善掩護(hù)式工作面液壓支架四連桿結(jié)構(gòu)的整體受力狀況，并保證支架前后連桿受力最小。

3.3 液壓支架整體受力模塊設(shè)計(jì)

考慮到液壓支架的頂板壓力大小、作用位置、頂板與頂梁接觸狀況的變化因素，要進(jìn)行液壓支架整體受力情況分析，精準(zhǔn)獲悉一定高度條件下各部件的空間幾何關(guān)系、受力變化情況，進(jìn)行截面強(qiáng)度計(jì)算和校核。具體來(lái)說(shuō)，可以利用Matlab和VB混合編程技術(shù)，簡(jiǎn)化顯示液壓支架運(yùn)動(dòng)分析模型，計(jì)算剛性鉸接支架結(jié)構(gòu)各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)，設(shè)計(jì)相關(guān)程序，輸入液壓支架的立柱工作阻力、平衡千斤頂、支架最高及最低工作高度等數(shù)據(jù)，計(jì)算分析液壓支架頂板載荷、頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)合力、底板比壓等參數(shù)，獲取液壓支架在不同工作高低狀態(tài)下的受力情況。

3.4 液壓元件校核模塊設(shè)計(jì)

可以在液壓支架CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)中設(shè)計(jì)并確定“立柱校核程序”，界面展示相關(guān)的立柱校核參數(shù)，如活柱全部伸出時(shí)活柱端部銷孔至最大撓度處的間距、活柱直徑、外缸的內(nèi)外徑、立柱最大工作阻力等，在程序中輸入相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。同時(shí)，還要選擇和確定“千斤頂校核程序”，在程序中輸入相關(guān)的參數(shù)：油缸最大工作阻力、立柱總重量、油缸軸線與水平線的夾角、缸筒內(nèi)的液體壓力，活塞桿與導(dǎo)向套處最大配合間隙、缸體壁厚等，并進(jìn)行油缸撓度、活塞桿合成應(yīng)力、安全系數(shù)的計(jì)算和自動(dòng)分析。通過(guò)上述液壓元件的校核模塊設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)雙伸縮油缸的穩(wěn)定性校核、活塞桿強(qiáng)度校核和缸體強(qiáng)度校核。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于VB的液壓支架CAD設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息化平臺(tái)，運(yùn)用類比優(yōu)化的理念和思想，對(duì)液壓支架進(jìn)行三維參數(shù)設(shè)計(jì)，集成液壓支架相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行液壓支架的整體力學(xué)分析和強(qiáng)度校核，實(shí)現(xiàn)基于VB的液壓支架模型高度參數(shù)化、自動(dòng)化。未來(lái)還要加強(qiáng)對(duì)液壓支架的CAE模塊的開(kāi)發(fā)，要運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言和軟件進(jìn)行液壓支架設(shè)計(jì)的二次開(kāi)發(fā)和封裝，并全面反映VB環(huán)境下液壓支架的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，完善支架頂梁、掩護(hù)梁、底座的強(qiáng)度校核模塊。

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