液压支架的运动仿真设计
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PROE三维图
中期报告.wps
外文翻译--液压系统.doc
底座A1.dwg
液压支架的运动仿真设计开题报告.doc
总装配图A0.dwg
接头(A3).dwg
掩护梁A1.dwg
活塞杆a3.dwg
液压支架的运动仿真设计答辩稿.ppt
液压支架的运动仿真设计论文.doc
立柱A1.dwg
缸底a3.dwg
缸筒a3.dwg
摘要
当前，我国制造业已经全面完成电图版工程，我国二维CAD技术的普及结束了手工绘图的历史，对减轻工程人员的劳动强度，提高经济效益起到了很明显的作用。随着技术的发展，CAD技术正从二维CAD向三维CAD过度，三维建模技术是CAD技术的核心，建模技术的研究、发展和应用，代表了CAD技术的发展水平。三维CAD/CAE技术在产品的三维造型、虚拟装配、工程图生成、动态干涉检验、机构运动分析和动态仿真等方面带来了革命性的突破，极大地提高了设计效率和设计质量。
Pro/E软件是目前国内外最为先进的基于特征的三维参数化设计系统之一。本论文较系统地阐述了利用Pro/E软件实现放顶煤液压支架三维实体建模和运动仿真分析的基本方法和技巧。并大体介绍了液压支架的选型原则、各部件尺寸设计及结构设计等内容。
通过对液压支架进行运动仿真证明，设计支架尺寸合理，运动灵活，无运动干涉区域，顶梁前端一点的运动轨迹符合近似双纽线的要求。
关键词：Pro/E；液压支架；三维建模；仿真
Abstract
At present, Our country manufacturing industry has completed the project comprehensively of fling the chart board , and the popularization of two-dimensional CAD technology has finished the manual cartography history ,which plays a very obvious role in reducing the project personnel’s work and enhancing the economic benefit .With the development of technology ,the CAD is transiting from two-dimensional to three-dimensional . Three-dimensional modeling technology is the CAD’s core , and it’s research, development ,application on behalf of the CAD’s development. Three-dimensional CAD/CAE technology takes a revolutionary breakthrough at product’s three-dimensional modeling ,hypothesized assembly ,creating the engineering plat , dynamic interference examination ,organization movement analysis , dynamic simulation ,finite element analysis etc , which enormously enhances the efficiency and quality of design.
Pro/E is at present one of the most advanced 3Dparameter CAD soft wares that based on the features. It is introduced in a systematic way the method and technique for the 3D parameter solid model and simulation of the hydraulic support with Pro/E.
After the movement simulation analysis support ,it is proved that this hydraulic support have a reasonable size ,flexible movement and no movement interferes region ,the movement path of one point at the front of top-beam reaches request of similarly double turns the line .
Key words: Pro/E ; hydraulic support ; modeling ; simulation
目录
1绪 论……………………………………………………………………1
1.1 国内外液压支架的研究现状及发展………………………………1
1.2 本课题的研究目的和意义…………………………………………3
2章液压支架基本理论分析………………………………………………5
2.1 液压支架的工作原理………………………………………………5
2.2 液压支架的类型和结构……………………………………………8
2.3 对液压支架的基本要求……………………………………………10
2.4支架的选型设计……………………………………………………11
3章液压支架的整体结构设计 …………………………………………15
3.1支架高度、中心距的确定…………………………………………15
3.2底座长度的确定……………………………………………………16
3.3四连杆机构的设计…………………………………………………17
3.4顶梁长度计算………………………………………………………24
4章支架主要部件的设计…………………………………………………26
4.1支架主要部件的设计要求…………………………………………26
4.2顶梁的设计…………………………………………………………27
4.3底座的设计…………………………………………………………28
4.4支架技术参数和立柱的设计………………………………………29
4.5力柱柱窝位置和受力计算…………………………………………35
4.6千斤顶技术参数的确定……………………………………………38
5章 三维参数化建模 ………………………………………44
5.1 液压支架建模与装配的目的………………………………… 44
5.2 液压支架的三维实体建模………………………………………45
5.3 液压支架的整机装配……………………………………………47
6章液压支架的运动仿真……………………………………………… 52
6.1 液压支架运动仿真的一般过程…………………………………52
6.2 仿真结果分析……………………………………………… 55
结论……………………………………………………………………… 59
致谢……………………………………………………………………… 60
参考文献……………………………………………………………… 61
1.1国内外液压支架的研究现状及发展
地下开采的煤产量主要是利用由液压支架配套的综采设备产出的。综采设备的研制和广泛的运用，对煤炭工业革新技木装备不仅有着重大的作用，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。
加速现代化进程，必须加速煤炭工业企业的建设、改造和革新技术装备的进程，增加地下开采和露天开采的煤产量。地下开采方法是最复杂和闲难的方法，但是，这种方法在工业发达国家和以煤作为—次能源的地区，仍然普遍应用。而且，开采优质煤，包括炼焦煤，都是采用地下开采方法。
综合机械化采煤是煤炭工业的一次技术革命，从根本上改变了煤炭工业的面貌，综合机械化采煤是20世纪人类科技发展的重要成果。 综合机械化采煤技术在我国的研究试验、使用、发展，彻底改变了我国煤炭工业的面貌，降低了工人的劳动强度，提高了产量、劳动生产率和企业效益，满足了国民经济建设对煤炭的需求，合理的集中生产简化了生产系统，提高了生产安全性。我国综采技术发展的30多年，使我国的煤炭生产技术水平跨进了世界先进行列，综放技术跃居世界领先地位。
工作面支护问题始终是困扰煤矿生产安全、产量和效率的重要问题。以液压支架为主要设备的综合机械化采煤(以下简称综采)的诞生和发展是煤矿生产发展史上的一次重大革命。不仅从根本上改善了劳动和安全条件，也为工作面产量和效率的迅速提高奠定了基础。但是综采设备初期投资高，特别是液压支架占综采设备总投资约60%，因此液压支架的合理选用特显重要。
30多年来在液压支架技术不断发展中，形成了以煤科总院专业研究所和骨干支架制造厂设计所为主的支架研究设计队伍，采用计算机CAD进行各种类型支架的设计，用有限元计算软件等进行计算，并普及计算机绘图。我国制订的缓倾斜工作面顶板分类及其它研究成果为支架设计、选型和使用提供了有力的指导依据。制造方面形成以原部属专业制造厂为主、机械工业部及船舶制造总公司等专业厂为辅的制造体系，以及以国家煤矿支护设备质量检测中心为骨干的检测队伍。制定有关支架检测标准11项，建立了各项支架检测手段，造就了一支研究、制造和使用液压支架的庞大队伍;形成了研制液压支架的雄厚基础。不仅能满足国内的需要，还向美国、俄罗斯、土耳其和印度等国家出口液压支架或成套综采设备。
为适应我国煤矿综采机械化的发展，国内综采设备科研设计和制造企业已研制开发出具有较先进技术水平的大功率电牵引采煤机、重型刮板输送机、电液控制强力液压支架和多点驱动大运力带式输送机。配套设备的生产能力达到1500~2 500 t/h， 在适宜的煤层和矿井条件下，综采工作面可实现年产300万吨以上。
新型矿用单体支护设备，采用悬浮式液压技术原理，生产矿用单体支护设备，技术水平达到了国际领先水平，填补了国际空白。DWX型液压支柱的柱塞悬浮，密封胀紧，密封补偿，无内泄漏、无圆弧焊缝等技术和安全特点，具有独创性。新型矿用单体支护设备的诞生，消除了五十年来国内外单体支护设备一直存在的内泄漏和圆弧焊缝脆断等安全隐患问题。解决了深部煤矿开采冲击地压条件下回采工作面顶板支护的关键技术，结束了由德国人发明的第二代单体支护设备的历史，开创了中国人发明的第三代单体支护技术设备的历史，并将会长期使用下去。该产品普遍适用于煤矿回采工作面的顶板支护和端头支护，可广泛应用于薄煤层、中厚煤层及较厚煤层工作面，是煤矿的重要支护设备。
近10年来主要的发展趋势是向两柱掩护式和四柱掩护式架型发展，架型结构进一步完善，设计方法更先进，参数向高工作阻力、大中心距发展。液压支架另一重大突破是控制系统，应用电液控制技术，采用电磁控制的先导阀，先进可靠的压力和位移传感器，灵活自由编程的微处理机技术，红外线遥感技术等现代科技成果，使液压支架的动作自动连续进行，移架速度大大提高，支架循环时间达到6~8s。
我国自1973年开始大规模引进德国、英国等国家的综采设备，经历了消化、吸收和改进提高的过程，到目前已形成了较完整的设计、制造和科研体系，掩护式液压支架的制造和采煤技术已有长远发展。
1.2本课题的研究目的和意义
采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭增长的日益需要，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面。由于采煤工作面的底顶板条件、煤层厚度、煤层的物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效的支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸的液压支架。因此液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量也是很大的，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。
通过对液压支架的理论学习，完成液压支架的设计工作，加深对液压支架工作原理、工作性能、工作环境及其结构的认识和了解。通过对液压支架结构的分析，加深和巩固机械原理的相关内容；通过对液压支架受力的分析和强度的校核，加深对专业基础课理论力学和材料力学及专业课机械设计相关内容的巩固和理解。同样通过对液压支架的设计，能够更好的认识国内外液压支架的发展趋势和发现目前煤矿液压支架主要存在的问题，从而为以后更深认的了解和设计液压支架打下良好的基础。
通过自己独立地完成指定的课程设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一名出色的机械工程师打好基础。
现代社会对人才提出了更高的要求，作为一名当代大学毕业生，不仅打好坚实的专业知识，还应具备工程技术人才应有的综合素质。为了适应这一发展趋势，我们应立足变传统的、僵化的、单纯的毕业设计为培养主动学习、提高创新能力、树立团结协作精神、强化计算机运用等多维兼容性毕业设计;同时通过完成毕业设计，锻炼学生解决实际工程问题的能力；在整个毕业设计的过程中，以我们的主动学习为主，教师适时指导为辅；将素质教育也毕业设计教学相融合，从根本上提高毕业设计的质量和水平 。 当操作阀处于升柱位置时，从乳化液泵站来得高压液体通过操纵阀液控单向阀5进入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。
2.1.2支架推移
支架的前移和推移输送机是通过操纵阀和推移千斤顶3来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，再把支架升起，使支架撑紧顶板。若将操纵阀置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆腔回液，这时输送机以支架为支点被推向煤壁。
2.1.3 支架承载过程
支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程，它包括初撑、承载增阻和恒阻三个阶段。
(1) 初撑阶段
在升架过程中，当支架的顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀6立即关闭，这一过程为支架的初撑阶段。此时支架对顶板的支撑力为初撑力。
(2) 承载增阻阶段
支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。
(3) 恒阻阶段
随着顶板压力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高，当升高到安全阀5的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下缩，液体压力随之降低。当降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。由于安全阀的作用，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段。此时，支架对顶板的支撑力成为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。
图2.2 支架的工作特性曲线
由上可知，支架工作时，其支撑力与时间的关系，可用支架工作特性曲线表示，如图 所示，曲线上的、、t2分别表示支架的初撑、增阻、和恒阻阶段的时间。
上述工作过程表明：支架在达到额定工作阻力以前具有增阻性，以保证支架对顶板有效的支撑作用；当支架达到额定工作阻力以后，支架能随顶板的下沉而下缩，即具有可缩性和恒阻性，支架的工作特性决定于立柱、液控单向阀、安全阀和操纵阀的性能和密封的好坏。所以这些元件是支架的关键液压元件
通常液控单向阀和安全阀组合在一起，称为控制阀。支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它表示支架支撑力的大小。但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。因此，通常单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。即 综采面中厚煤层液压支架设计即将结束。几个月来，从开始接到论文题目到参数计算、作图，再到论文的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，通过对液压支架的选型设计，总体设计，受力分析，强度校核，综合运用了大学期间所学到的知识并学到了很多知识，也有很多感受。开始对液压支架等相关技术很不了解的状态，通过独立的学习，查看相关的资料和书籍和老师指导，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，又通过实习进一步了解了液压支架，为顺利的设计奠定基础
虽然我的论文不是很成熟，还有很多不足之处，但这里面的每一个图、每一个数，都有我辛勤汗水的结晶。使我感觉到了知识充实带来的快乐。
这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做研究是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破。希望这次的经历能让我在以后学习和工作得到更大的进步。
参考文献
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