基于Pro/E三維軟件的薄煤層液壓支架設(shè)計

　　在薄煤層液壓支架設(shè)計中應(yīng)用Pro/E 軟件可以快速準(zhǔn)確地確定薄煤層液壓支架各種狀態(tài)的動態(tài)參數(shù)，改善設(shè)計環(huán)境�？呻S時修改設(shè)計參數(shù)，使結(jié)果可視化，便于設(shè)計人員修改、確定設(shè)計方案，縮短研發(fā)周期。

　　引言

　　薄煤層液壓支架是薄煤層綜采配套設(shè)備主要設(shè)備之一，薄煤層支架最大高度一般不高于1.5 m，其伸縮比為2～3，并且要考慮采高限制，這就構(gòu)成了薄煤層支架結(jié)構(gòu)的獨特性。在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，存在難題：(1)很難檢查支架在各個狀態(tài)時的干涉現(xiàn)象;(2)液壓支架的重心是隨著支架的動作而動態(tài)變化的， 這對液壓支架的井下運輸及使用穩(wěn)定性很重要;(3)液壓支架的空間受力分析及空間力系在各個結(jié)構(gòu)件間的分配問題。

　　采用先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以二維力學(xué)模型設(shè)計為主的設(shè)計方法，將極大地縮短設(shè)計周期，降低成本。使產(chǎn)品在保證礦方要求的前提下，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的一次性成功。

1、液壓支架設(shè)計方法及注意問題

　　利用Pro/E 三維設(shè)計軟件可在薄煤層液壓支架的整個設(shè)計過程中隨時動態(tài)地驗證支架模型的各種空間位置關(guān)系、重心軌跡的動態(tài)變化及液壓支架重量的核算。

　　采用自下而上建模方法，整個建模過程可表示為：新建裝配體→選取草繪平面→繪制草圖輪廓→進(jìn)行特征創(chuàng)建→零部件的保存→重復(fù)創(chuàng)建其他零部件→裝配體保存。

　　在液壓支架各個零部件的模型創(chuàng)建完畢后， 進(jìn)行整體裝配。創(chuàng)建裝配體文件，以默認(rèn)方式調(diào)入底座，然后以底座為基準(zhǔn)裝配其他零部件，通過距離、對齊、同軸、角度等約束關(guān)系，約束零部件間彼此關(guān)系，完成整架模型的創(chuàng)建。

　　為了使分析結(jié)果更接近于真實，同時節(jié)省計算時間，利用Pro/Mechanica 進(jìn)行分析前，對模型做以下假設(shè)：

　　(1)對于柱窩、柱帽等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件，應(yīng)在不影響其強度的前提下簡化特征;

　　(2)為使結(jié)果更接近于真實，應(yīng)盡可能保留危險截面的模型細(xì)節(jié);

　　(3)默認(rèn)焊縫強度與母材強度等同，即部件肋板間為實體結(jié)構(gòu);

　　(4)去掉吊裝孔、吊環(huán)等不影響強度的工藝特征;

　　(5)立柱及各千斤頂在裝配體中進(jìn)行裝配，方便進(jìn)行運動分析。

　　用Pro/E4.0 建立的ZY3500/7/13 型薄煤層液壓支架模型如圖1 所示。

圖1 薄煤層液壓支架模型

　　在整架模型建立后，進(jìn)行干涉檢驗。分別在液壓支架的最高位置及最低位置進(jìn)行干涉檢驗，可以極大地降低模型設(shè)計時的出錯率。Pro/E 可以根據(jù)設(shè)計者的意圖，以不同于裝配體的顏色顯示發(fā)生干涉的部位， 以便設(shè)計者查找原因。設(shè)計者可以對Pro/E軟件顯示的干涉部位進(jìn)行重新定義，直至沒有干涉為止，最后反映到施工圖紙。

　　可以利用Pro/E 自動完成支架重量統(tǒng)計和重心計算，并生成文字性報表。礦方一般要求薄煤層液壓支架的重量在一定范圍以內(nèi)。支架的重量往往會影響支架的設(shè)計單位與生產(chǎn)廠家投標(biāo)，這時準(zhǔn)確的重量計算對支架的投標(biāo)方來說就至關(guān)重要。只要在零件建模階段進(jìn)行材料定義，在裝配體的環(huán)境下軟件就會自動給出支架重量，迅速且準(zhǔn)確。

　　在給礦方做方案演示時， 利用虛擬仿真技術(shù)，可以形象、動態(tài)地顯示支架的每一個構(gòu)造細(xì)節(jié)及彼此之間的配合關(guān)系和動作主次關(guān)系。虛擬仿真技術(shù)的采用可以把液壓支架的結(jié)構(gòu)及支架的運動特性客觀地反映給不是支架設(shè)計專家的礦方審核人員。方便雙方的交流和溝通。

2、液壓支架強度分析

　　利用Pro/Mechanica 軟件可對液壓支架的模型進(jìn)行有限元強度分析，得到應(yīng)力、應(yīng)變的集中區(qū)域，發(fā)現(xiàn)支架的危險部位及安全系數(shù)的規(guī)律，以便給設(shè)計者提供參考。

　　本文根據(jù)《MT312-2000 液壓支架通用技術(shù)條件》進(jìn)行液壓支架有限元強度分析。模擬實際工況，采用外加載方式進(jìn)行靜強度分析計算。在計算中，采用外加載方式，外力通過墊塊作用于頂梁，而將柱窩作為邊界位移約束條件來處理。由于支架設(shè)計中， 銷軸與銷孔為間隙配合，所以其接觸點隨著加載方式和支架高度的不同而不同。在進(jìn)行有限元分析時，省略接觸問題，將銷軸的間隙配合視為過盈配合，與梁體作為一個實體來進(jìn)行有限元分析。

　　對ZY3500/7/13 型薄煤層液壓支架模型的有限元分析按照《液壓支架通用技術(shù)條件》規(guī)定的8 種加載方式分別進(jìn)行：(1)頂梁兩端集中載荷; (2)頂梁扭轉(zhuǎn);(3)頂梁偏載;(4)頂梁中部集中載荷;(5)底座兩端集中載荷;(6)底座扭轉(zhuǎn);(7)柱窩試驗;(8)水平加載。

3、結(jié)語

　　應(yīng)用Pro/E 軟件設(shè)計的ZY3500/7/13 薄煤層液壓支架，極大地縮短了設(shè)計周期，并在圖紙設(shè)計完成后一次投產(chǎn)成功。綜采工作面一次安裝配套成功，達(dá)到設(shè)計的要求。說明在薄煤層液壓支架的設(shè)計過程中應(yīng)用Pro/E 軟件是可行的。