基于proe的液压支架三维造型设计与运动仿真(编辑修改稿)

基于proe的液压支架三维造型设计与运动仿真(编辑修改稿)内容摘要：

大底座刚度、强度； （ 6） 支架的整体结构应具有 “人机学 ”的观点，结构紧凑，操作方便，制造成都理工大学毕业设计（论文） 成本低； （ 7）采用双纽线连杆机构联结掩护梁和支架底座，以增加支撑力，增强支架的稳定性。 液压支架载荷的确定 液压支架实际受载荷情况很复杂，顶梁和底座上的载荷并不是很规律，分布规律随着支架与顶底板的接触情况而变化，为简化计算作如下规定。 (1) 把支架化简成一个平面杆系结构，按集中载荷进行计算。 (2) 金属结构件按材料力学上的直梁理论来计算。 (3) 顶梁，底座与顶底板认为接触分布均匀，载荷沿支架长度方向呈线性变化，沿支架宽度方向为均匀分布。 (4) 通过分析和计算可知，掩护梁上作用力，只能使支架实际支护阻力降 低，所以在计算强度时不考虑在内。 (5) 立柱按照工作阻力最大值来计算。 (6) 作用在顶梁上水平力的产生有二种情况：一种是支架在承载让压时，由于顶梁前端运动轨迹为双扭线，所以顶梁与顶板有产生位移的趋势，水平力为顶梁合力与静摩擦系数的乘积，其方向与顶梁产生位移方向趋势相反；另一种是由于顶板向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向采空区的水平力，最大水平力值与上相同。 顶梁与顶板的静摩擦系数 f，目前国内一般取 ～。 (7) 支架各部分受力，按不同支护高度时受力最大值进行强度校核。 (8) 各种结构件的强度校核，除按理论支护阻力校核危险端面外，还要按《液压支架形式试验技术规范》的 各种加载方法，以支架的额定工作阻力逐一校核，超过额定工作阻力 10％的超载试验，将由安全系数来保证强度。 各部件受力分析及强度校核 支架的受力分析与计算，是按理论力学中力矩平衡的原理来计算的。 即一个物体受几个力的作用下处于平衡状态时，所受力和力矩之和为零。 即以当支架支承后在处于平衡状态时，取整体或某一个部分为分离体也处于平衡状态，其合力成都理工大学毕业设计（论文） 和合力矩为零。 即满足静力平衡的充分必要条件为各力在 x上的投影之和为零，各力在 y 上的投影之和为零。 各力对某点取矩之和为零。 一下就是根据这一理论对支架简化成平面杆系进行受 力分析和计算。 支撑掩护式支架各支撑点受力计算： 假设顶梁受以集中载荷 AP ,水平分力为 AfP。 掩护梁上载荷的合力分量各为xQ 和 yQ。 前排立柱工作阻力为 BP ,后排立柱工作阻力为 39。 BP。 受力状态如图 31所示。  图 31 支撑掩护式支架受力情况 取顶梁和掩护梁为隔离体， OM =0, 即：      0 s i nc o ss i nc o s 239。 239。 2111   kQeQltgPfPls tglPPlltgLPPllXyAABBBB  （ 31） XF =0,即： 0c o ss i ns i n 2239。 1  XDCBBA QPPPPfP  （ 32） 0 yF ，即： 0s i ns i nc o sc o s 239。 1  yDDCCBBA QPPPPP （ 33） 取顶梁为隔离体， 01  oM ,即： 成都理工大学毕业设计（论文） 0c o sc o s 239。 211  SPPlPl ABB  由上式得：  239。 211 c o sc o s1   BBA PlPlPS （ 34） 把 (34)式代入（ 31）式，解得：     lkQleQtgPPPPtgfP xyBBBBA  239。 1239。 1 s i ns i nc o sc o s1 1 (35) 由（ 34）式和（ 31）解得：       ]c o sc o sc o ss i nc o sc o s[s i n 1 239。 1CxCyCCACBCBDCDfPPPP （ 36）         DXDyDDADBDBCDCfPPPPs i nc o sc o ss i nc o sc o ss i n 1 239。 1 （ 37） 参数对支架性能的影响 支撑掩护式支架在工作过程中，各主要部件的受力是变化的，其影响因素有诸多方面。 (1) 立柱倾角对承载能力的影响 由于支撑掩护式支架的立柱大部分是倾斜布置的，倾角  又随着支架的高度变化，所以支架的承载能力的大小也随着支架的高度而变化。 现在  对承载能力的影响。 立柱支撑在顶梁，当立柱的工作阻力为 BP ，倾角为  时，显然支架的承载能力与 BP cos 有直接的关系。 因为 cos  ≤1，因此立柱倾斜布置将使支架的承载能力降低。  角和 cos  之间的关系表示在右图中。 由图看到，当  18 时，cos  ，支架的承载能力降低值不大于 5％。 当 。  26 时， cos   ，所以支架承载能力将显著的减成都理工大学毕业设计（论文） 小。 因此丛支架承载能力的角度看，立柱倾角不要 大于 图 32 角度变化 18。 但是，有些支架为了使高度变化的范围增大，倾角往往大于 30。 (2)tg θ值对支架承载能力的影响 在以上各式中有多项公式包含 tg θ，分析如下： O 点是瞬时中心，随着支架高度的变化， O 点的位置也发生变化， tg θ也跟着发生变化。 当 O 点在顶梁上方时， tg θ 取正值。 当 O 点在顶梁下方时 tg θ 取负值。 tanθ值增加，附加力增加。 当摩擦系数 W＝ ， tg θ=，附加力可达支架名义工作阻力的 30％。 所以 tg θ值过大对支架受力不利。 在支架的工作高度范围内，一般把 tg θ值控制在 以下，从而把附加力控制在支架名义工作阻力的 10％范围内。 最后，必须指出， tg θ不仅对承载能力有影响，而且对各受力部件有影响，并相当复杂，因此 tg θ是大是小，由具体情况而定。 (3) 支架承载能力随高度的变化 由支架载荷 AP 的式子可以知道，其中  、  、 l 是随高度而变化的，因此支架的支撑力也就随着高度而变化。 在调高范围内，支架的承载能力在两侧的高度内比较小。 一般情况下，支架常用加大立柱的倾角来扩大支架的调高范围。 而 角越大，支架的承载能力越小，所以支架的调高范围越大，承载力变化越大。 但是支架在设计中一般都要按可能的最大承载力来设计，显然这就使支架不能发挥应有的作用，在很大的一段承载范围内就要大材小用。 所以设计支撑掩护式支架时，应特别注意使支架承载力在整范围内的变化尽量小。 另外指出，支撑式支架的支护高度对支架受力没有影响，而掩护式和支撑掩护式支架，由于支护高度的变化，使立柱的支撑角度、平衡千斤顶的角度、掩护 梁和四连杆机构的角度等的不同，使受力也不同。 成都理工大学毕业设计（论文） 在进行强度计算时，要算出顶梁最大载荷时的支护高度为依据，按此时的情况进行受力分析。 (4) 摩擦系数的影响 对支架承载能力的影响摩擦系数对支架承载能力的影响表现在 11 tg项中。 产生水平载荷的原因很多，所以它的大小和方向也是根据具体情况而变化。 但是，它的极限值却可以用顶梁和顶板支间产生相对滑动时的极限摩擦力求得。 即壁系数断裂极限值 maxf 等于顶梁和顶板的摩擦系数。 所以此值的大小在 0～maxf 范围内变化。 水平载荷的方向可以只考虑向后作用。 加入顶梁上受向前的水平载荷，很容易使支架向前倾倒，这种趋势使顶梁对于顶板向前滑动，则水平载荷又变成向后作用。 f 值在 11 tg中随承载能力有很大影响。 只有 tg θ 值很小时， ftg 才能忽略不计。 对连杆受力影响由连杆受力 cp 和 DP 的计算式可以看出，摩擦力对连杆受力的影响表现在 CAfP sin 和 DAfP sin 项中。 当支架升高时， c 和 D 就逐渐增大，Csin 和 Dsin 也就逐渐变大。 因此，随着支架的高度，摩擦力对连杆的影响逐渐增大。 (5) 杆水平角对连杆受力的影响 由 CP 和 DP 的计算式可知，当它的分母为零时， CP 和 DP 将无限大。 因此其极限条件为：   0sin  CD  （ 38） 得： DC ＝ 0成都理工大学毕业设计（论文） 即： DC 当分母等于 1 时， CP 和 DP 得最小值，其条件为：   1s in  CD  （ 39） DC ＝ 90 由以上两个条件得到下列结论，前后连杆不能平行放置，前后连杆的水平支架必须要有差值，从连杆受力的角度着眼，其差值应越大越好，极限差是 90。 支架工作阻力计算 掩护梁上没有负载，摩擦系数为 ，支架最高位置，每根立柱工作阻力为1000KN。 取顶梁和掩护梁为隔离体，忽略顶梁和掩护梁的铰接点都顶梁之间的距离。 图 33 顶梁与掩护梁尺寸 根据（ 35）式，支架工作阻力为：     lkQleQtgPPPPtgfP xyBBBBA  239。 1239。 1 s i ns i nc o sc o s1 1 成都理工大学毕业设计（论文） = 1 [ 20 00 c os 7 20 00 c os 3 ( 20 00 sin 7 20 00 sin 3 ) 20 .2 ]1 0. 3 20 .2 tgtg         = 根据（ 35）式， AP 的作用位置为：  239。 211 c o sc o s1   BBA PlPlPS =  3c o s20xx2827c o 1 = 前后连杆受力 根据（ 37）式，前后连杆受力为         DXDyDDADBDBCDCfPPPPs i nc o sc o ss i nc o sc o ss i n 1 239。 1        o i o o i n 1 =－ 由上式得 “－ ”号，所以前连杆受力方向与图示相反，也就说前连杆受拉力。 根据（ 36）式，后连杆的受力为：                  o i o o s20xx i n1c o ss i nc o sc o ss i n1239。 1 CCACBCBCDD fPPPP  = 底座强度计算成都理工大学毕业设计（论文） 根据顶板地质条件选支撑掩护式支架。 根据顶板支护强度、煤层厚度、即采煤机等条件，支架尺寸表示在 31 图和表 31 中 图 31 支架尺寸 表 31 角度与位置参数 角度 支架最高位置 1 3 2 7   C  D  现在求支点 A 反力。 0RM  ,即： 0)424702(s i n435c os702s i n974c os435s i n701c os435s i n1546c os)688860538(239。 239。 11。