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支掩式液压支架立柱的设计及其运动仿真分析 芦东平 辽宁工程技术大学力学与工程学院，辽宁阜新（123000 ） E-mail ：lemon_babe@163.com 摘 要：针对目前液压支架生产中需要在二维图纸设计之后制造出物理样机，然后试验物理 样机来验证设计是否合理的这种费时费力的现状。本文对液压支架的国内外发展现状进行了 综述，建立了ZY3600/12/27.5L 型液压支架的力学模型，通过计算得出了液压支架的外载与 立柱的关系，特别是对液压支架立柱的强度进行了验算与分析。在此基础上根据阜新各煤矿 的实际情况，选择了适合ZY3600/12/27.5L 型液压支架使用的煤矿。并结合计算机辅助设计 （CAD ）技术，利用Pro/ENGINEER 等软件，对沈阳天安矿山机械科技有限公司研制的 ZY3600/12/27.5L 型液压支架进行了三维建模与运动仿真分析，而且同时完成了干涉检验工 作，明确地指出了设计中所存在的问题。采用这种虚拟样机技术，不仅去除了单一二维设计 的弊端，而且在避免人力、物力、财力的损失下设计出符合生产要求的液压支架。 关键词：液压支架；立柱；计算机辅助设计；运动仿真 中图分类号：TB 1. 引言 综采设备的研制和广泛应用，对煤炭工业革新技术的装备不仅有着重大的意义，而且对 采煤工艺各个环节技术水平的发展和提高是强有力的促进因素。现在随着矿井开采深度的增 加而增加了开采技术的复杂性，由于采煤工作面煤壁附近空间岩石的冒落而增加了顶板支护 和管理的难度。采煤工作面生产过程中机械化设备的配套和完善程度，对于提高工人劳动生 产率、解除工人笨重体力劳动、创造舒适和安全的工作条件来说，是十分重要的因素。具有 合理的力学参数和结构参数的新型液压支架，能够有效地开采围岩赋存条件复杂的煤层。近 [1] 年来，随着综采技术的进一步发展，对液压支架的设计也提出了越来越高的要求 。当前， 计算机软硬件相关技术的发展使结构设计手段得到了空前的提高，参数化设计与尺寸驱动的 理念在支架设计中逐步得到了推广和应用。与传统手工做图等方法相比，计算机技术的应用 为支架结构设计与分析提供了有利的武器。仅用二维 CAD 技术进行液压支架设计已不能满 足现代设计的需求，因此设计手段从二维绘图转向为以三维建模为主。 本文利用现代计算机强大的数值计算能力所起到的“虚拟样机”技术来设计出符合生产 要求的液压支架，在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的物理样机验证试验过程， 极大地缩短了设计周期、降低了成本。本文中利用 Pro/ENGINEER 软件建立液压支架三维 实体模型和进行运动仿真分析，将支架的每一个部件结构，每一层装配关系，各种运动轨迹 都清晰、直观的显示出来。并在装配环境下进行干涉检查，杜绝尺寸误差和结构缺陷等问题。 2. 总体方案设计 2.1 总体方案的提出 支掩式液压支架立柱的设计及其运动仿真分析，是要将液压支架的设计过程由传统的二 维图形设计转向“虚拟样机” 的设计模式。设计的目的在于减少以往先作出二维图纸，再做出 物理样机来进行试验，以验证物理样机是否符合生产要求而确定设计是否合理的繁琐过程， 提高研制的效率和设计的水平、缩短周期、减少成本。由于条件的限制，现提出以下几种设 计方案以供选择。 - 1 - 方案一 采用相对传统的方法进行液压支架的设计与建模。在传统的二维设计的完成的前提下, 利用计算机软件技术，用 AutoCAD 软件进行二维图形的绘制。在二维图形绘制完成之后, 再利用 Pro/ENGINEER 软件根据已有的二维图形进行三维实体模型的建立。在三维实体模 型全部建立完之后再根据二维的图纸进行总体装配，检验其干涉情况，并根据生产实际需要 进行运动仿真。 方案二 采用二维图形设计与三维实体模型建立并行的设计方