支撑掩护式液压支架总体及立柱设计

摘要矿井液压支架的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低陈本、减轻工人的体力劳动和保证生产是不可缺少的有效措施，因此液压支架的设计师技术上先进、经济上合理、安全上可靠、是实现采煤综合机械化和自动化的主要体现。采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。液压支架主要由以下几个基本部分组成顶梁，掩护梁和四连杆机构，侧护板，底座，立柱，千斤顶。设计要遵从从支柱性能好、强度高、移架速度快安全可靠等原则。支架采用四连杆机构，改善支架的受力状况，缩小支架升降过程中的顶梁前段前后移动的距离。立柱采用双伸缩液压缸，以满足支架最低及最高位置时的高度要求关键字液压支架立柱掩护支撑。ABSTRACTTHEAPPLICATIONOFHYDRAULICSUPPORTINCOALMININGFACEOFINCREASINGPRODUCTIONANDRAISELABORPRODUCTIVITYREDUCECOSTS,REDUCEWORKERSANDTOENSURESAFETYINPRODUCTIONISINDISPENSABLEFOREFFECTIVEMEASURESTO,THEREFORETHEDESIGNOFHYDRAULICSUPPORTISTECHNICALLYADVANCEDANDECONOMICALLYRATIONAL,SAFEANDRELIABLEISTHEMAINMANIFESTATIONOFTHECOMPREHENSIVEOFTHECOMPREHENSIVEMECHANIZATIONANDAUTOMATIONOFMININGTHECOMPREHENSIVEMECHANIZATIONOFCOALMININGISACCELERATIONCOALINDUSTRYSYNTHESIZEMECHANIZATIONNOTONLYOUTPUTBIG,EFFICIENCYHASLOWCOSTHIGHANDCANALLEVIATEHEAVYPHYSICALLABORANDIMPROVEMENTSCHOOLWORKENVIRONMENT,ISTHETECHNOLOGYOFCOALINDUSTRYDEVELOPDIRECTIONHYDRAULICSUPPORTISTHEONEOFCOMPREHENSIVEMOSTIMPORTANTEQUIPMENTINTHEMECHANIZATIONMETHODOFCOALMININGHYDRAULICSUPPORTMAJORFORMSOMEFOLLOWINGBASICALLYPARTIALCOMPOSITIONSTOPBEAM,SCREENSBEAMAND4LINKAGEMECHANISMS,SIDEFENDER,BASE,PROPDESIGNTOFOLLOWPROTECTPERFORMANCEGOOD,STRENGTHISSPEEDHIGH,MOVERAPIDRELIABLEETCPRINCIPLETHESUPPORTUSESFOURLINKMOTIONGEARS,IMPROVETHESUPPORTTHESTRESSCONDITION,REDUCESTHESUPPORTTORISEANDFULLTHEDISTANCEWHICHINTHEPROCESSFORTENDTHETOPBEAMAROUNDMOVESTHECOLUMNUSESTHELISTEXPANSIONANDCONTRACTIONHYDRAULICCYLINDER,FRONTENDHASLEGTHENSTHEPOLE,SATISFIESTHESUPPORTTOBELOWESTANDTIMETHEHIGHESTPOSITIONSHIGHREQUESTKEYWORDSCOALMECHANIZATIONBRACKETCOLUMN目录前言11支撑掩护式液压支架的概述211设计的原始条件212支撑掩护式液压支架的特征参数213支撑掩护式支架的结构特点214支撑掩护式液压支架的液压系统32液压支架总体设计321液压支架的特点3211液压支架架型的分类与特点322液压支架基本参数确定5221支架高度5222支架的伸缩比6223支架间距7224理论支护强度823液压支架四连杆机构的确定8231四连杆机构的作用8232四连杆机构的几何特征9233四连杆机构尺寸的确定1024液压支架配套设备及有关参数的确定16241采煤机和运输机型号确定16242配套图，配套尺寸的确定16243泵站和各安全阀的选择1725顶梁的设计及有关参数的确定17251顶梁的作用17253顶梁结构型式的确定17254顶梁主要尺寸的确定20255顶梁主要参数的确定2026底座的结构选择及主要参数的确定22261底座的作用22262设计底座的要求22263底座结构型式的确定22264底座主要尺寸的确定2427掩护梁的结构选择及主要参数确定24271掩护梁的作用24272掩护梁的结构型式2428立柱的结构选择及主要参数的确定25281立柱的作用25282立柱的结构型式25283立柱主要参数的确定2629推移装置的结构选择和主要参数的确定29291推移装置的作用29292推移装置的结构型式29293推移装置有关参数确定29210侧护装置的选择及主要参数的确定312101侧护装置的作用312102侧护装置结构形式的确定312103侧护板尺寸确定32211前梁千斤顶的选择及有关参数的确定332111前梁千斤顶推拉力333支架受力分析计算3431液压支架的支护性能与外载荷3432支撑掩护式支架的受力分析35321顶梁合力FN及其作用点位置36322前后连杆力3965,F323底座合力大小及其作用点位置40324顶梁载荷分布41325支护强度计算43326底座平均接触比压43327支护效率4633支架受力计算474立柱强度较核5141油缸的稳定性验算5142活塞杆的强度验算5243缸体强度验算5544机械加长杆处的强度验算56结论58技术经济分析59致谢60参考文献61附录A62附录B69前言液压支架是我们煤炭生产中一个重要的组成部件它起着支护顶板防止冒顶维持工人一定的工作空间保证安全和各项作业的正常运行。一个循环包括降柱、移架、升柱、推溜四个动作。液压支架由顶梁、底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成。目前液压支架的分类有三类型，即支撑式液压支架、掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架。液压支架以高压液体作为动力由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备。这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定老顶有明显或强烈的周期来压。瓦斯含量较大中厚或厚煤层中液压支架的选型其根本目的是使综采设备适应矿井和工作面的条件投产后能做到高产、高效、安全、并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件。因此必须根据矿井煤层、地质、技术和设备条件进行选择。本设计采用支撑掩护式液压支架。1支撑掩护式液压支架的概述11设计的原始条件此次设计采高28M38M，液压支架支护强度08MPA，煤层厚度（M）335M,老顶级别直接顶类别。12支撑掩护式液压支架的特征参数1本设计液压支架的支护高度最低25M,最高40M，支护宽度14216M初撑力3200KN；工作阻力4400KN；支护面积532；支护强度0827MPA；底座面积2M279M；底座比压08425MPA；22立柱本设计立柱采纳单伸缩双作用活塞式带机械加长杆的方式，立柱缸径180MM活塞直径170MM，活柱行程1200MM，加长杆分五档，每档120MM，初撑力76302KN；工作阻力101736KN。3前梁千斤顶前梁千斤顶缸径100MM活塞杆杆径70MM行程140MM；初撑力2512KN拉力12811KN；工作阻力2512KN。4推移千斤顶推移千斤顶缸径125MM；杆径70MM；行程700MM；推溜力11155KN；移架力24415KN。5侧推千斤顶侧推千斤顶缸径63MM；推力9040KN；拉力5395KN；行程170MM；13支撑掩护式支架的结构特点该支架采用刚性能主梁加铰接前梁的分段组合式结构的顶梁；掩护梁采用直线型整体式箱形结构；底座采用整体式框架结构，以减小底座比压；立柱分前后两排布置，均向前倾斜，后排立柱倾角小于前排，有利于提高切顶性能；推移装置采用浮动活塞式，使移架力大于推溜力。14支撑掩护式液压支架的液压系统该支架液压系统包括立柱系统和千斤顶系统，操纵阀系统，千斤顶系统又包括推移千斤顶、侧推千斤顶、挑梁千斤顶系统。所有系统用同一泵站供液。本支架选用35MPA作为泵站额定工作阻力，两位三通手动换向阀控制。2液压支架总体设计21液压支架的特点211液压支架架型的分类与特点A液压支架的组成支撑掩护式液压支架的结构由以下部分组成防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、立柱等组成。B液压支架架型的分类按液压支架在采煤工作面的安装位置来划分，有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面上所有位置的支架。中间液压支架按其结构形式来划分，可分为三种基本架型，即支撑式、掩护式、支撑掩护式。C各类液压支架的特点1支撑式支架支撑式支架利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。其特点是立柱多，支撑力大，切顶性好；顶梁长，通风断面大，适用于中等稳定以上的顶板。支撑式支架又有垛式和节式之分（如图21所示）。A垛式B节式图21支撑式支架FIG21SUPPORTBRACKET这类支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板紧硬完整，周期压明显或强烈，底板较硬的煤层。2掩护式支架掩护式支架利用立柱、短顶梁支撑顶板，用掩护梁来防止岩石落入工作面。其特点是立柱少、切丁能力弱；顶梁短，控顶距小；由前、后拉杆和底座铰接构成的四杆机构使抗水平力的能力增强，立柱不受横向力；而且使顶梁前端的运动轨迹为近似平行于煤壁的双紐线，梁端距变化小；架间通过侧护板密封，掩护性好；调高范围大，适用于松散破碎的不稳定或中稳定的顶板。（如图22）ABCA插腿式支架B立柱支在掩护梁上非插腿式支架C立柱支在顶梁上非插腿式支架图22掩护式支架FIG22SHIELDSUPPORT这类支架适用于直接顶不稳定或中等稳定的煤层。3支撑掩护式支架支撑掩护式支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和防护作用，适于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。根据使用条件，支撑掩护式支架的前、后排立柱可前倾或后倾，倾角大小也可不同。前、后排立柱交叉布置的支架适用于薄煤层。（如图23）1231四柱平行支在顶梁上支架2四柱交叉支在顶梁两柱在掩护梁上支架3两柱在顶梁两柱支在掩护梁上支架图23支撑掩护式液压支架FIG23SUPPORTSHIELDTYPEHYDRAULICSUPPORT这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储量较大的中厚或厚煤层中。22液压支架基本参数确定221支架高度支架高度一般系指支架的最大和最小结构高度，它必须适应煤层采厚变化所要求的最大和最小支撑高度。最小高度过大，可能会出现压架现象；最大支撑高度过小，可能会造成丢煤浪费资源，或支架顶空现象。支架的最大和最小支撑高度，应根据煤层厚度的变化合理选择，片面地认为调高范围越大越好，过大地加大调高范围将增加设备重量及制造成本。其最大与最小高度为21SH1MH大大222AS小小式中支架最大高度，MM大H支架最小高度，MM小煤层最大高度，3500MM大H大H煤层最小高度，3000MM小H小H考虑伪顶、煤冒落后，仍有可靠支撑力所需要的支撑高度，一般采取1S200300MM，取270MM。顶板最大下沉量，一般取100200MM，取150MM。2S2S移架时支架的最小可缩量，一般取50MM。A浮矸石、浮煤厚度，一般取50MM。由式21可得M3702350大H由式22可得251小所以取MH370大25小设计本次液压支架最大支撑高度4000MM，最小支撑高度2500MM。222支架的伸缩比支架的伸缩比是指其最大与最小高度之比值即23小大HKS61250/4S由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同采高的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。在采用双伸缩立柱时，垛式支架的伸缩比为19；支撑掩护式支架为25；掩护式支架可达到3一般范围是1525，煤层较薄时选大值。但考虑尽量减轻支架重量，降低液压支架的价格，可以将其系列化，使液压支架对底板的适应性加强，降低伸缩比，尽量选取单伸缩油缸或代机械加长杆的液压支架。一般根据单位油缸的长行程K来确定，当K小于07时可采用单伸缩立柱。223支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离。支架间距B主要根据支架型式来确定，但由于每架支架的推移千斤顶都与工作面输送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶链接块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为15M，千斤顶连接块位置在溜槽中长的中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为15米。此次设计取B1500MM。表21适应不同类级顶板的架型和支护强度TAB21ADAPTIVEDIFFENTCAPOFROOFANDMODELHOLDINGSTRENGTH224理论支护强度支护强度的计算可借助于和老顶级别和采高确定支护强度。24312121/MKNHHQQQMX式中当支架最大采高为时，支架应有的支护强度XQM/2K采高所对应的支护强度，见表211QH1采高所对应的支护强度，见表212Q2对应的采高，见表21QH11对应的采高，见表2122支架最大采高4000MMHHQ3121/6705MKNQ42248将数据代入（24）中得到支架应有的支护强度2/87346705486705MKNQX23液压支架四连杆机构的确定231四连杆机构的作用四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要的部件之一，其作用概括起来主要有两个，第一个是当支架由高到低变化的时候，前梁顶端的变化呈双紐线型式，这样就是支架顶梁前端点离煤壁越来越近，提高了管理顶板的性能；第二个是能够让液压支架承受更大的水平力。232四连杆机构的几何特征（1）支架高度在最大和最小范围内变化时，如图24所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度E应小于或等于70MM，最好在30MM以下。（2）支架在最高位置和最低位置时,顶梁与掩护梁的夹角P后连杆与底平面的夹角Q，如图23所示,应满足如下要求支架在最高位置时,P,Q支架在最底位置时,为有利于矸石下滑,防止矸05260758石停留在掩护梁上,根据物理学摩擦理论可知,要求TGPW,如果钢和矸石的摩擦系数W03,则P。为了安全可靠，最低工作位置应使为宜，而Q角主要考虑后连杆底部距0716025P底板要有一顶距离,防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降一般取Q，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下铰点的高度。0325从图24可知，掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心O之间的连线与水平的夹角。设计E时，要使角满足TG的范围，其原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。350图24四连杆机构几何特征FIG21FORERODSGEOMETRYFEATURELINE（3）应取顶梁前端点运动轨迹双紐线向前凸的一段为支架工作段，如图24所示的H段。其原因是顶板来压时，立柱让下缩，使顶梁有向前移的趋势，防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向采空区。同时底板阻止底座向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且使底座前端比压减少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减少，所以减轻了掩护梁外负载。从以上分析得知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量使E值减小，取双紐线向前凸的一段为支架工作段。所以当已知掩护梁和后连杆的长度后，从这个观点出发在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，如图25所示实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构。图25掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构FIG25CAVINGLOCKPIECEANDRODMECHANISM233四连杆机构尺寸的确定A掩护梁和后连杆长度的确定用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度。图26掩护梁和后连杆计算图FIG26CAVINGLOCKPIECEANDAFTERRODMAP图26中G掩护梁长度，MMA后连杆长度，MM点引垂线到后连杆下铰点之距,MM2LE支架最高位置时的计算高度1H支架最低位置时的计算高度2由下式计算122016040002201603620MMH大22016025002201602120MM小2其中220是后连杆下铰点与地平面之距；160是掩护梁上铰点与顶梁上平面之距；从几何关系可以列出如下两式2211COSSLQAPG将两式联立可得2512COSQPGA对于支撑掩护式支架82061GA支架最高位置时的计算高度为26111SINSIQAPH后连杆长度为AGA/G27支架在最高位置和最低位置时,顶梁与掩护梁的夹角P后连杆与底平面的夹角Q，如图21所示,应满足如下要求支架在最高位置时，。按四连杆机00857,625QP构的几何特征要求，选定，选取A/G062010179,52QP根据式（26）得掩护梁长度25919MM11SIN/SINQGAPH后连杆长度为160691M2592M/取整得G2592MM，A1607MMB四连杆机构其他部分尺寸的确定用几何作图法来确定四连杆机构其他各部分尺寸。如图27所示。1确定后连杆下铰点O点的位置，使它比底座面略高200250MM或类比同类型支架确定。2过O点作与底座面平行的水平线HH线。3过O点作与HH线的夹角为的斜线。1Q4在此斜线截取线段，长度等于A,A点为支架在最高位置时后连杆与掩护梁的铰点。OA5过A点作与HH线有交角的斜线,以A点为圆心,以G点为半径作弧交些斜线一点,此1PE点为掩护梁与顶梁的铰点。6过E点作HH线的平行线则HH线与FF线的距离为,为液压支架的最高位置1H时的计算高度。7以A点为圆心,以02203G长度为半径作弧,在掩护梁上交一点B,为前连杆上铰点的位置。8过O点作与HH线夹角为的斜线。2Q9在此斜线上截取线段，的长度等于A，A点为支架降到最低位置时，掩护梁OA与后连杆的铰点。10过A点作与HH线有交角的斜线，以A点为圆心，以G为半径作弧交些斜线2P一点E，此点为支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点。11以A为圆心以G长度为半径作弧，在掩护梁上交一点B，为支架在最302低位置时前连杆上铰点的位置。12取线之间一点E为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁铰点。E13以O为圆心，为半径画圆弧A14以E点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交前圆弧上一点A，以点为液压支AE架降到中间某一位置时，掩护梁与后连杆的铰点。15以连线，并以A点为圆心，AB长为半径作弧，交上一点B点。则EAEB，B，B三点为液压支架在三个位置时，前连杆上铰点。16由三点确定的圆心C，为前连杆下铰点位置。,17过C点HH线作垂线，交点D，则线段和为液压支架四连杆机构。,CDBAOO按以上初步求出的四连杆机构的几何尺寸,再用几何作图法画出液压支架掩护梁与顶梁铰点E的运动曲线，只要逐步变化四连杆机构的几何尺寸，便可以画出不同的曲线来，再按液压支架四连杆机构的几何特征进行校核，最终选出较优的四连杆机构尺寸。27液压支架四连杆机构的几何作图法FIG24HYDROPOSTFORERODISGEOMETRYMAPMETHOD根据几何作图法，做出四组不同的四连杆机构求出相关的参数。28四连杆几何机构1FIG28DESCRIPTIVEGEOMETRY129四连杆几何机构2FIG29DESCRIPTIVEGEOMETRY2210四连杆几何机构3FIG210DESCRIPTIVEGEOMETRY3211四连杆几何机构4FIG211DESCRIPTIVEGEOMETRY4C）四连杆机构的方案选优由上述方法求出的四连杆尺寸，从中选出一组最符合实际的参数。优选的方法如下。前后连杆的比值范围，根据现有支架调查统计，前后连杆的比值C/A0912范围；前后连杆下铰点的水平距离E的长度，一般使EN，所以安全。43缸体强度验算设缸体壁厚为，当时，由中等壁厚缸体公式计算。S239018SD419CPDS公式中油缸内工作压力取326MPA；SPC计入管壁公差及侵蚀的附加厚度一般取C0002M强度系数，无缝钢管1安全系数为CPDS32MPA8714023218632NNB968714/90式中缸体材料为27SIMN无缝钢管时，；BMPAB0般取354；N所以满足要求。44机械加长杆处的强度验算带有机械加长杆的立柱，在机械加长杆与活柱的链接处，靠卡环来承受和传递载荷。1卡环与活柱端的挤压强度验算410MPAFPCGC3210411SC,75公式中油缸的初撑力2PKN压面积GF214577M活柱材料，27SIMN,卡环材料45MN钢，735，所以MPAS8SMPAC257350CGCFP0352714389032所以安全。2卡环与导向套的挤压强度验算412CCAP公式中A挤压面积2293450164MP油缸的初撑力8291KN许用应力，卡环材料为,其。导向套材料45号钢，其C25MNASP7。ASM8352其ASC6483570则413ACMP260934512因为所以满足要求。C结论本次毕业设计所设计的液压支架为掩护式液压支架，经过一系列的计算与分析，其强度和性能基本达到了预期的效果。通过本次设计我对液压支架的总体又有了更深的了解，通过几个月的设计分析，我学习了很多书本上没有的知识，课本上的知识页得到了更好的理解。在重复的修改过程中，在重新校核的过程中，我了解了机械设计应有的流程以及应该要考虑的问题做好一个机械产品的设计，首先要有扎实的基本功，这样能才在设计的过程中，知道有哪些方面是需要注意的，机械的零部件应该如何设计。而这些与我们已经学过机械知识都是密切相关的。通过这次设计，也让我更好的融会贯通课本上的知识。一开始的设计我是按照原有的机械设计模板进行设计，这样的设计我感觉到自己的大脑是糊涂的状态。而对每一步到底是什么样的功能都一点页不知道。具体的思路也不是很明确。但是这样的经历让我学会了查机械手册。机械手册是设计的必需品，经过查机械手册我的思路见见明确知道了该怎么做，经过一遍遍的验算更改最后终于设计出了一个满意的液压支架型号。在设计的过程中，进一步提高了我发现问题，并且进行解决问题的能力。并且对大学四年中学习的知识进行了巩固。在大学中我们最缺少的就是经验，徒有书本上的理论。无法做到理论与实际相结合。总体来说毕业设计对我的帮助很大，有了这次毕业设计的经历，我想我会更好的步入社会。技术经济分析本次毕业设计液压支架选用支撑掩护式液压支架，立柱用带有加长杆的单伸缩活塞式立柱。液压支架在常规的设计基础上，运用优化设计方法使支架在性能上可靠、结构上合理可行、在制造上可能的前提下，即改善了某些性能、又降低了重量和造价，又提高了支架的综合适应能力。支撑掩护式支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和防护作用，适于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。根据使用条件，支撑掩护式支架的前、后排立柱可前倾或后倾，倾角大小也可不同。很适用于本次的设计条件，所以本次的设计选用支撑掩护式液压支架。对于技术上和经济上都是可行的。致谢经过几个月的忙碌，本论文终于顺利的完成。首先我要感谢沙永东老师，没有沙老师的精心指导论文不会这么顺利的完成。老师从论文的选题，内容的构架，论文的撰写到修改成稿等各个环节都给了我耐心的指导和帮助，提供了很多的宝贵意见。回顾设计的过程，我深深的感觉到了自己在专业知识上的严重缺乏，同时在设计的过程中难免会有错误之处，希望各位老师提出批评和指正。参考文献1李晓豁，沙永东采掘机械J冶金工业出版社，2011,92张家鉴陈享文伊长德编著，液压支架，煤炭工业出版社。1985年3蒋国安郭福君罗大炎编著，液压支架，山东科学技术出版社。1980年4徐濪编著，机械设计手册，机械工业出版社。1992年5王国彪饶明杰编著，液压支架优化设计与计算机模拟分析，机械工业出版社。1994年6雷天觉编著，液压工程手册，机械工业出版社。1990年7高秀华邓洪超等编著，机械三维动态设计仿真技术，化学工业出版社。2003年3月8王国法等编著，液压支架技术，煤炭工业出版社。1999年9煤炭部煤炭科学研究院编著，综采设备配套图侧。1983年10宋锦春等编著，液压与气压传动，科学出版社。2006年11SHIYUANWEI,RESEARCHONTHEINTERACTIONBETWEENROOFSTRATAANDSHIELDSUPPONS,16THCONFERENCEONGROUNDCONTROLINMINING1997附录A自动装配技术过去，对大批量的成品数量的需求逐渐增加,以至工程师们去寻找并且发展制造的新方法。在各种制造业技术的不同部门，许多个别企业已经取得发展并且允许以较低的费用增加以完善成品的产量。当两个或多个部份同时出现用以生产成品时，便需要进行此过程。组装过程的早期发展史与大批量生产方法的发展史的关系是十分密切的。因此，大批量生产的先锋也是现代组装生产的先锋。现代的新理念给大批量的组装方法带来重要的进步尽管制造业工程学的某些部门,像是金属的切断和金属的热处理,最近非常快速地已经发展，但是基本的组装技术的发展速度仍然没有改变尽管人们所取得的成功是很有限的并且许多的装配工人依然象产业革命时期的工人那样用一些基本的工具。在过去的几年中，人们已经努力通过自动化的应用和现代工艺来减少生产成本，例如，超声波焊接和压模法。组装系统的发展过程在早期产品制造过程中，一个技术工人不仅仅要负责产品生产的单个环节，同时也要掌控整个生产过程。因此，对于一个技术工人来说应该全面掌握生产要领是很重要的，同时培养一个全面的技术工人也是一项费时费钱的工作。由于工人能力有限导致生产规模十分有限，不能满足实际需求。1798年，美国政府需要一大批枪械，但是联邦调查局不能满足他们的需要。因为当时与法国的战争迫在眉睫，所以去欧洲寻求支援是不太可能的事。然而，ELI惠特尼作为当时大批量生产的先锋，承诺在28个月内提供美国所需10000支枪械。虽然完成契约需要花费大量时间和金钱，但惠特尼的在大批量生产的新提法上已经被成功的证实了。在肯乃迪克州的建立了新的工厂来专门大批量的生产枪械。这些机器为技术工人减少了必需掌握的技术，同时也增加了劳动生产率。在1801年，惠特尼让高贵的来宾从一大批货品中随意抽选来观看时，大家震惊了。惠特尼工作的结果是为工业制造领域带来了三个重大的贡献。首先，通过机器制造的产品比手工制造的质量高。这些产品可以互换，并且是集合工作变得简单化。其次，最终产品的准确性能被保持在一个比较高的标准，第三，最重要的产品生产率被提高。OLIVEREBANS材料传输不需要人工最终促进了自动化的发展。在1793年，他在一个自动化面粉压榨集中运用了三种运送装置，只需要两个操作者。第一个操作员把面粉倒入漏斗，第二个操作员用麻布袋包装用压榨机生产的面粉。所有操作的中间环节都是由自动传送带由一个操作者传给另一个重要的贡献由ELIHUROOT设计了集装化方法。在1894年，他加入了生产“六发式左轮手枪”的公司。即使那时集合成分的各种不同的操作相当的简单，他把这些操作分成能够被快速无误完成的基本单元。操作区分概念是“工作分工，提高产量”。用这种方法，即和工作被转为非常基本的操作操作员经过短暂的培训，就能获得较高的效率。腓特烈文斯洛泰勒或许是第一个将技术时间和运动引进到制造业技术中的。这项技术是为完成需要的工作节省操作者的时间和体力来确保工作和与之有关的工作放在合时的位置。泰勒也发现了任何的工人都有工作最适宜的速度，如果超过，会造成全部表现的减少。毫无疑问地，生产的发展的主要贡献者和几何方法是亨利福特。他在下面描绘了集会的原则首先，放置工具，然后由人工操作，并且确保在产品完成的过程中流动的距离最短。其次，使用滑动的工具或其他形式的运送工具，使工作人员完成他们的操作后，把东西放在他们手边同一个并且是最方便的位置，如果可能的话，让他以地心引力传给下一个工作人员。第三，用滑动装配线将集合的零件以适当的间隔传送，是隔开处理他们是比较容易的。这些方法逐渐被应用在生产福特汽车T模板中现代的装配线技术首先在调速轮磁发电机的集会中被使用。在最初的方法中，一个操作员在20分钟之内装配了一个磁发电机。我们发现这个过程被分成29个独立的的操作，每个操作员沿着装配线在装配区间执行各自的操作，整个装配时间被缩短到13分钟10秒。当装配线的高度在8分钟被提升时，先在被缩短到7分钟。在进一步的实验后我们找到了合适的装配线传输速度，传送时间被降到5分钟，他所用的时间是原有装配程序的四分之一。这个结果促使亨利福特在为汽车产生副装配工厂的其他部门使用它的装配系统。后来，这给从事主要汽车装配的操作人员，在工作的副装配流程中带来了连续不断的快速增加。后来发现操作人员无法应付增加的流程，而且不久之后很清楚的看到，主要的装配不得不在同一个装配线上来完成。起初，主要的装配运动是由一根粗绳由一个地方拉到另一个地方来完成的。然而，随着生产技术的发展，令人吃惊的是整个装配时间由12小时28分降到5小时50分。最后，一个永无止境的力量驱动器被安装。这有流溢的地板和广阔的地方容纳地盘。当他们进行他们的操作是为他们提供坐或站的空间，运送装置以6小时45分钟的速度运送到每个工作站。更进一步的进步导致了整体装配时间的缩短，最后，生产一辆汽车所用的时间只有10秒钟。以上这种类型的装配操作通常是由一个装配操作者来完成的，而且他是最普遍运用的大规模产品的生产方法。然而，在特定的情况下，更加精炼的装配方法已经出现。作为基本装配生产线原则的逻辑延伸部分，机械装配方式取代了操作人员的操作方法已经被设计。在这里，用自动化设备取代人工操作的方法很普通，操作起来也很简单。相对机械生产而然，用人工生产是不经济的。对于大多数的产品而言，这种装配方法被迅速的传播。然而，完全自动化的产品装配是不存在的。装配方法的选择当考虑到产品的装配时，一个制造业者不得不考虑影响装配系统选择的许多因素。对于一个新产品，接下来考虑的通常是重要的装配成本必要的产品生产率劳动效率产品的市场生命周期如果有一种尝试能够证明现有操作装配线的自动化是合理的，那么必须要考虑变成多余的那些操作人员有所调动。如果劳动力过剩，自动化程度取决于由引进自动化装配线所导致的装配成本的降低和产品生产率的增加。然而，必须既得的是，大体上，自动化机器的资本投入必须在产品的市场生命周期之上被分期偿还。清楚的是如果不是这种情形，产品的市场生命是很短的，自动化通常是不可证明的。自动装配的优势下面是自动化的一些优势降低装配成本；提高了产品的生产率；产品标准化；减低了操作员的危险操作。除了上面列出的特殊情况，降低成本是主要考虑的因素，如果他不能按预期的降低成本，那么自动化就不可能被使用。在一个先进的工业社会，生产力是对操作效率的重要衡量。增加的生产力对制造业不会产生直接的利益，除非生产力是十分稀缺的资源，但对扩张经济是必要的，因为它为其他的工作提供了人员保障。很清楚，一旦装配的自动化生产线产生效力时，所需操作人员的数量会逐渐的减少，生产力增强。一个操作人员能很容易操作的一些装配工作，把它复制在大部分较复杂的自动化工作中是极其困难的。有时一个精密的检验系统被需要用来探测零件的明显错误。如果尝试装配零件被接受，但事实上有缺陷，一个操作者，在没有成功的尝试完成装配，能够非常迅速的拒绝零件，如果在产品上没有重要的漏洞。在自动化装配，然而，除非这个零件被安装系统拒绝，一个自动化的系统将会在某一时刻停止，会被浪费并且减少错误。如果零件只有一个小错误，一个操作者也许能够完成安装，但是所生产的产品不能完全满意。他时常会被认为自动化装配其中的一个优势是它能长久的确保产品的高质量，因为如果零件不能满足特定的需求，机器就会出错。在一些情形中，由于高温、有毒物质和其他的材料会对操作人员装配产生危险。在这些环境下，机械装配会有明显的优势。程序设计被定义为“将设计数据转换成操作指导，并对其负责的次要系统。课程设计更具体的定义是“生产设备在建立过程中的作用，以及程序被应用（正如那些机器有能力操作这些程序）目的是为了将原始形式按照事先设计好的工程图的细节转换成最终形式（设计图通常是由工程师设计的）。”把原始资料输入程序中会出现不同的形式。（在机器生产过程中，这些材料通常起因于一个形成金属的程序，最普通的就是块状存货，铸件，锻链，或者也许是一块厚金属板，其他的程序已经被输入资料。）另外，机器材料也可能被烧成一些粗糙的形状，（火焰切割是操作生产的一个部分）或只是矩形范围的材料。投入的材料可能有各式的形状和物力性质。一些程序可能改变零件的大小或表面质地。其他的程序，像热处理，只能改变材料的物理性质。更确切的说，韧化会减少物质的韧性，降低细工品伸缩力。用这些生材料作为基础，程序的设计者必须准备将那些所需要的程序由通常预定材料转化成最终的、具体的几何形状。一个程序设计者处理的最普通的金属转化程序就是转，车断面，磨，钻孔，穿孔，螺旋转，成型，纹孔，平刨，锯，环锯，抛光，冲压，磨削。一些制造业的人可能把一些操作视为主要种类的子集。纹孔时常被视为一个演练的子集。其他可能定义为更主要的种类。一些不熟知的程序，例如电的解除装置，电气化学的机制和被用于物质移动的激光机制。所有的应用程序也适用于产品，应当被程序设计者考虑。程序设计的要素道尔将程序运行活动通常分成类。解释设计说明书的要求。在机器上放置部分。在处理的每个阶段决定中间产品的需求。选择主要的设备操纵这个过程。在每次操作中，选择工具和处理过程的顺序。计算运行程序所用的时间。程序设计公文。一些这样的活动能被分成叫小的单位；这项活动详述提供了一个方便的编目方法为了分析。手动程序设计一个程序设计者通常在下列的限制之下操作他为给定的一组机器做设计。机器有能力限制制造业操作的数量。机器有特定的负担和工作量。如果给这些机器加以限制，每组工作图包含特定的PARTGEOMETRY需求，程序设计者依靠他们的经验也能设计生产产品的程序。程序的选择不是完全随机的也不是完全不可预测的。通常生产一个具体的表面化的产品不只一个程序程序设计者必须选择一个他认为最好的程序。通常会取消相似的部分，或者至少是相似的表面，这种方法被用在部分制造业中。以这种方式，设计者通过曾经用过的具体程序和获得的最终的设计书明书比较，选择他认为最好的来替代。这种类型的设计被认为是最适用的设计程序，同时它也是今天最普通的产品设计类型。设计生产零件的操作程序需要两组可变的知识部分需求（一种工程图所指出）；可得的机器和程序，每个程序的运行能力。假使这些是可变的，设计者会选择生产一个最终产品所需的组合程序。在选择程序组合时，需要一些标准。产品的成本和所花费的时间通常是决定程序选择的标准。然而，机器的利用和工作路线排定经常会影响计划的选择。大体上来说，程序设计者会选择最好的程序和机器来生产成套产品而不是单独的一小部分。正如所想，大部分的程序设计目前还存在，是一种艺术并非一个科学。程序数据时常被记录在一个黑名单中。这个信息可能是可靠的也可能不是。同样的，设计者也一定选择操作数据。（例如机器的速度，饲养和深度）。在一次，一个黑名单被雇用选择这些操作特性这次黑名单在某种程度上更复杂（一本机制数据手册）；然而，他不保证操作效率，只有可行性。自动的程序设计一个有效率的程序设计系统对于每项活动都有好的决策规则，这样很少能做出差劲的计划。能设计一个如此有效的系统是通过减少对一系列机械步骤的决策来完成的。然而，即使使用一个好的决策规则，由于人的交流存在差异性，程序设计仍然会出现问题。程序设计师一线无聊并乏味的工作。因此，人类个性化的设计时常产生错误的程序设计。由于个性化的设计使劳动力增加了一倍，所以导致许多工厂将投资转向自动化程序设计。无论设计系统是自动的还是人工的，道尔所定义的个一般需求都要在程序设计中有所体现。在接下来的部分，自动化的程序设计构架将会被描述。SPUR和OPTIZ中有人第一次写了关于制造业系统自动化以及程序设设机在这些系统中所扮演的角色马刺也许是第一个将差异性和生产力定义到程序设计方法，机械化，设计系统的实施。不同的程序设计方法以团队的技术为基础，同时还要具备必要的两个步骤。建立一个程序计划目录（通常也叫做“菜单”）用所给的机器工具生产整个产品。设计必要的软件来检验所设计的产品，在目录中找到最靠近的传真机，然后取回联合的程序计划。程序设计的生产方法有四个必要的步骤组成。详细的描述描述可得生产部分程序的目录。描述操作过程中的机械工具。建立软件来检查零件，程序和机器的可得性，并且考察三者是否能相容。大体上，计划使用生产力政策需要详细的描述，对制造业程序详细的理解和他们的准确性。以不同政策为基础的制造业决定采取几个标准来解决个人的操作问题，并且适应或调整他们所需要的地方附录BAUTOMATICASSEMBLYTHEMODERNASSEMBLYLINETECHNIQUEWASFIRSTEMPLOYEDINTHEASSEMBLYOFAFLYWHEELMANGNETOINTHEORIGINALMETHOD,ONEOPERATORASSEMBLEDAMAGNETOIN20MINITWASFOUNDTHATWHENTHEPROCESSWASDIVIDEDINTO29INDIBIDUALOPERATIONS,CARRIEDOUTBYSEPARATEOPERATORSWORKINGATASSEMBLYSTATIONSSPACEDALONGANASSEMBLYLINE,THETOTALASSEMBLYTIMEWASREDUCEDTO13MIN10SWHENTHEHEIGHTOFTHEASSEMBLYLINEWASRAISEDBY8IN,THETIMEWASREDUCEDTO7MINAFTERFURTHEREXPERIMENTSWERECARRIEDOUTTOFINDTHEOPTIMUMSPEEDOFTHEASSEMBLYLINECONVEYOR,THETIMEWASREDUCEDTO5MIN,WHICHWASONLYONEFOURTHOFTHETIMETAKENBYTHEORIGINALPROCESSOFASSEMBLYTHISRESULTENCOURAGEDHENRYFORDTOUTILIZEHISSYSTEMOFASSEMBLYINOTHERDEPARTMENTOFTHEFACTORY,WHICHWEREPRODUCINGSUBASSEMBLIESFORTHECARSUBSEQUENTLY,THISBROUGHTACONTINOUSANDRAPIDLYINCREASINGFLOWOFSUBASSEMBLIESTOTHEOPERATORSWORKINGONTHEMAINCARASSEMBLYITWASFOUNDTHATTHEOPERATORSCOULDNOTCOPEWITHINCREASEDFLOW,ANDITSOONBECAMECLEARTHATTHEMAINASSEMBLYWOULDALSOHAVETOBECARRIEDOUTONANASSEMBLYLINEATFIRST,THEMOVEMENTOFTHEMAINASSEMBLIESWASACHIEVEDSIMPLYBYPULLINGTHEMBYAROPEFROMSTATIONTOSTATIONHOWERE,EVENTHISDEVELOPMENTPRODUCEDTHEAMAZINGRESULTOFAREDUCTIONINTHETOTALTIMEOFASSEMBLEFROM12H28MINTO5H50MINEVENTUALLYAPOWERDRIVENENDLESSCONVEYERWASINSTALLEDITWASFULSHWITHTHEFLOORANDWIDEENOUGHTOACCOMMODATEACHASSISSPACEWASPROVIDEDFORWORKERSTOEITHERSITORSTANDWHILETHEYCARRIEDOUTTHEIROPERATIONSANDTHECONVEYRSMOVEDATASPEEDOF6FT/MINPAST45SEPARATEWORKSTATIONSWITHTHEINTRODUCTIONOFTHISCONVEYOR,THETOTALASSEMBLETIMEWASREDUCEDTO93MINFURTHERIMPROVEMENTSLEDTOANEVENSHORTEROVERALLASSEMBLYTIMEANDEVENTUALLY,APRODUCTIONRATEOFONECAREVERY10SOFTHEWORKINGDAYWASACHIEVEDTHETYPEOFASSEMBLYOPERATIONDEALTWITHABOVEISUSUALLYREFERREDTOASOPERATORASSEMBLY,ANDITISSTILLTHEMOSTWIDESPREADMETHODOFASSEMBLINGMASSORLARGEBATCHPRODUCEDPRODUCTSHOWEVER,INCERTAINCASES,MOREREFINEDMETHODSOFASSEMBLYHAVENOWEMERGEDASALOGICALEXTENSIONOFTHEBASICASSEMBLYLINEPRINCIPLE,METHODSOFREPLACINGOPERATORSBYMECHANICALMEANSOFASSEMBLYHAVEBEENDEBISEDHERE,ITISUSUALTOATTEMPTTOREPLACEOPERATORSWITHAUTOMATICWORKHEADSWHERETHETASKSBEINGPERFORMEDWEREVERYSIMPLEANDTORETAINTHEOPERATORSFORTASKSTHATWOULDBEUNECONOMICALTOMECHANIZETHISMETHODOFASSEMBLYHASRAPIDGAINEDPOPULARITYFORMASSPRODUCTIONANDISUSUALLYREFERREDTOASAUTOMATICASSEMBLYHOWEVER,COMPLETEAUTOMATIONWHERETHEPRODUCTISASSEMBLEDCOMPLETELYBYMACHINEISESSENTIALYNONEXISTENTCHOICEOFASSEMBLYMETHO