在薄煤層液壓支架設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)參數(shù)，改善設(shè)計(jì)環(huán)境�？呻S時(shí)修改設(shè)計(jì)參數(shù)，使結(jié)果可視化，便于設(shè)計(jì)人員修改、確定設(shè)計(jì)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(dú)特性。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，存在難題：(1)很難檢查支架在各個(gè)狀態(tài)時(shí)的干涉現(xiàn)象;(2)液壓支架的重心是隨著支架的動(dòng)作而動(dòng)態(tài)變化的， 這對(duì)液壓支架的井下運(yùn)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(gè)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(jì)為主的設(shè)計(jì)方法，將極大地縮短設(shè)計(jì)周期，降低成本。使產(chǎn)品在保證礦方要求的前提下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次性成功。

1、液壓支架設(shè)計(jì)方法及注意問題

　　利用Pro/E 三維設(shè)計(jì)軟件可在薄煤層液壓支架的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)動(dòng)態(tài)地驗(yàn)證支架模型的各種空間位置關(guān)系、重心軌跡的動(dòng)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(gè)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(gè)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(duì)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(shí)，同時(shí)節(jié)省計(jì)算時(shí)間，利用Pro/Mechanica 進(jìn)行分析前，對(duì)模型做以下假設(shè)：

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

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

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

　　(4)去掉吊裝孔、吊環(huán)等不影響強(qiáng)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(yùn)動(dòng)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(yàn)。分別在液壓支架的最高位置及最低位置進(jìn)行干涉檢驗(yàn)，可以極大地降低模型設(shè)計(jì)時(shí)的出錯(cuò)率。Pro/E 可以根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)者查找原因。設(shè)計(jì)者可以對(duì)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(dòng)完成支架重量統(tǒng)計(jì)和重心計(jì)算，并生成文字性報(bào)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(huì)影響支架的設(shè)計(jì)單位與生產(chǎn)廠家投標(biāo)，這時(shí)準(zhǔn)確的重量計(jì)算對(duì)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(huì)自動(dòng)給出支架重量，迅速且準(zhǔn)確。

　　在給礦方做方案演示時(shí)， 利用虛擬仿真技術(shù)，可以形象、動(dòng)態(tài)地顯示支架的每一個(gè)構(gòu)造細(xì)節(jié)及彼此之間的配合關(guān)系和動(dòng)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(yùn)動(dòng)特性客觀地反映給不是支架設(shè)計(jì)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(qiáng)度分析

　　利用Pro/Mechanica 軟件可對(duì)液壓支架的模型進(jìn)行有限元強(qiáng)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(xiǎn)部位及安全系數(shù)的規(guī)律，以便給設(shè)計(jì)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(qiáng)度分析。模擬實(shí)際工況，采用外加載方式進(jìn)行靜強(qiáng)度分析計(jì)算。在計(jì)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(jì)中， 銷軸與銷孔為間隙配合，所以其接觸點(diǎn)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(shí)，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(gè)實(shí)體來進(jìn)行有限元分析。

　　對(duì)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(yàn);(8)水平加載。

3、結(jié)語

　　應(yīng)用Pro/E 軟件設(shè)計(jì)的ZY3500/7/13 薄煤層液壓支架，極大地縮短了設(shè)計(jì)周期，并在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)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(jì)的要求。說明在薄煤層液壓支架的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用Pro/E 軟件是可行的。