液壓支架CAD及可視化研究

1、2009年全國技工教育和職業(yè)培訓(xùn)優(yōu)秀教研成果評選活動參評論文液壓支架cad及可視化研究液壓支架cad及可視化研究摘要：介紹了放頂煤液壓支架cad系統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計過程、描述該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本功能。關(guān)鍵詞：液壓支架cad, visual basic程序設(shè)計keyword： cad of hydraulic powered shield caving support, vb programme1 概述我國從70年代中期才開始液壓支架cad技術(shù)的應(yīng)用研究，主要內(nèi)容是計算機輔助幾何設(shè)計和計 算機輔助繪圖，雖然取得了不少的成果，但市于計算機整體水平的落后，cad發(fā)展始終處于落后狀 況。在液壓支架計算機

2、輔助設(shè)計等方面的研究，我們雖取得了一些進步，但由于起步較晚，遠遠落后 于一些先進國家。同時在我國的工業(yè)領(lǐng)域屮，液壓支架的設(shè)計和制造技術(shù)水平相對落后于其它行業(yè)， 主要表現(xiàn)在設(shè)計小主要以靜態(tài)的、經(jīng)驗的方法為主；cad技術(shù)雖冇應(yīng)用，但起步晚，應(yīng)用水平低； capp（計算機輔助工藝設(shè)計）、cam（it算機輔助制造）的應(yīng)用幾乎還是空白；各種工序中工作機構(gòu)的動 作和丄況轉(zhuǎn)換的控制述是以手動為主，最先進的微電子控制技術(shù)述很少采用；目前，計算機在液壓支 架設(shè)計方而上要用于優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、強度校核以及極少部分圖紙繪制，在計算機輔助設(shè)計方 而實現(xiàn)的不徹底，全面系統(tǒng)的cad技術(shù)還未能得到應(yīng)用。液壓支架的制造還

3、處于傳統(tǒng)制造階段，即 按照手t繪制的圖紙先制造樣機，試驗合格再講才進行批量生產(chǎn)。我國的放頂煤液壓支架技術(shù)口 1984年以來也在技術(shù)上不斷發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，改變 液壓支架設(shè)計制造的落后狀況，無疑需耍改變原來的設(shè)計制造模式。將計算機技術(shù)尤其是cad技術(shù) 應(yīng)用于液壓支架設(shè)計中是當前研究的熱點，也極具發(fā)展和應(yīng)用詢景。木文將重點探討集成cad系統(tǒng) 在液壓支架設(shè)計屮的應(yīng)用：即將從液壓支架原始條件的輸入、結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化、支架整體和各零部件 受力分析、強度校核、動態(tài)特性分析、直至繪制出相應(yīng)圖形的整個設(shè)計過程集成在一起，用一個軟件 來實現(xiàn)。如果用戶有特殊要求還可以考慮集成有限元分析和可靠性分析模塊。2

4、.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程釆煤機械和工藝的進步和完善始終是釆礦學(xué)科發(fā)展的主題。支護設(shè)備的發(fā)展將帶動煤炭開釆各 環(huán)節(jié)的變革，現(xiàn)代煤礦支護設(shè)備的發(fā)展方向是高產(chǎn)、高效、高安全性和高可靠性，基本途徑是使采煤 技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合，研究開發(fā)強力、高效、女全、可靠、耐用、智能化的支護設(shè)備和生產(chǎn)監(jiān) 控系統(tǒng)，改進和完善采煤工藝。研究開發(fā)各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備利工藝，牛產(chǎn)過 程監(jiān)控與科學(xué)管理等相互配套的成套開采技術(shù)，發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機械化提高應(yīng)用水平 和擴大應(yīng)用范圍，提高釆煤機械化的程度和水平。液壓支架是典型的小批量多品種牛產(chǎn)，先rh客戶提出使用要求，再rh牛產(chǎn)廠家進行設(shè)計。rh于 客

5、戶的使用環(huán)境各不相同，所以幾乎每次都要重新設(shè)計，設(shè)計任務(wù)相當繁重。為擺脫繁雜的計算丄作 和人量重復(fù)性勞動，將計算機技術(shù)和傳統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合，將液壓支架cad技術(shù)應(yīng)用于運動學(xué)分析、力 學(xué)分析、有限元分析、機械繪圖等方面。大大提高了設(shè)讓效率。在以上思想的指導(dǎo)下本設(shè)計采用軟件設(shè)計的方式在很大程度上實現(xiàn)了液壓支架設(shè)計的自動化：著 重于zfs系列低位放頂煤支架整體設(shè)計利零部件設(shè)計、受力分析和強度校核，四連桿運動分析、液壓 缸設(shè)計和口動化繪圖。軟件分為：頂梁、掩護梁、底座、立柱、四連桿、千斤頂六個模塊。各個模塊 相對獨立而乂合成一個cad軟件包。軟件人小約為100mb,提供良好可移植性，實現(xiàn)設(shè)計成果的快速共享

6、。設(shè)計流程為：(1) 根據(jù)液壓支架設(shè)計依據(jù)和地質(zhì) 條件如頂板性質(zhì)、煤層厚度、頂壓、瓦斯 含量等進行總體方案的擬定和結(jié)構(gòu)分析。 結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗初步確定外形尺寸，和 工作阻力。(2) 在已知基本參數(shù)情況下進行液 壓支架整體和各零部件受力分析；在軟件 的運行界而上直接輸入?yún)?shù)然后單擊受 力分析按鈕即可自動實現(xiàn)受力結(jié)果的顯o(3) 實現(xiàn)液壓支架的強度校核，其中 包括零部件的剪力計算，彎矩計算，筋板 校核。(4) 實現(xiàn)運動件的動態(tài)特性分析(5) 當所有驗算校核均通過時可單 擊保存設(shè)計數(shù)據(jù)按鈕將設(shè)計數(shù)據(jù)保存為 txt文本文件。單擊出圖按鈕時于 autocad建立通信連接繪制出所需圖形 最后保存為dwg文

7、件。程序設(shè)計流程圖如右圖所示：軟件的開發(fā)環(huán)境：操作系統(tǒng)：windows xp professional edition；開發(fā)工具一:microsoft公司的visual basic 6.0簡體中文企業(yè)版：開發(fā)工具一：autodesk公司的autocad 2004簡體中文版；軟件的運行環(huán)境：木軟件在 windows2000 professional x windows xp home edition > windows xp professional edition中調(diào)試通過，可穩(wěn)定 運行于以上操作系統(tǒng)中。本軟件包提供：地質(zhì)條件工作面參數(shù)在vb6.0開發(fā)環(huán)境下的各種工程文件；包括:r1開始

8、j> 原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)憂化受力分析 強度校核動態(tài)特性分析是工程文件(*.vbp),模塊文件(*.bas),窗體文件二進制數(shù)據(jù)文件(*.frx)等；包括所有源代碼，支持用戶進行二次開發(fā)，但開發(fā)者不對使用不當造成的損失負責(zé)任。脫離vb環(huán)境獨立運行的可執(zhí)行文件(水.exe)；autocad格式的代碼文件，備份文件，autocad宏等;本次設(shè)計中，為了實現(xiàn)zfs系列放頂煤液壓支架規(guī)定功能需耍確定系統(tǒng)的具體設(shè)計指標以及衡量標準，并依靠計算機輔助設(shè)計優(yōu)化設(shè)計方案和質(zhì)量標準從各方而進行綜合考慮，以達到最優(yōu)的性價比 和較為理想的設(shè)計功能要求?，F(xiàn)從經(jīng)濟和技術(shù)兩方面進行分析以求達到要求的li的。煤礦支護機械

9、系統(tǒng)設(shè)計的一個重耍的任務(wù)就是以授低的費用為使用者提供所耍求的功能，以求達 到最高的性能價格比。采用設(shè)計制造費用比較法即制造費用作為主要的評價冃標選擇最優(yōu)設(shè)計方案， 其評價值為理想費用和實際費用z比。理想費用可按照允許制造費用的70%來計算。而允許費用一般 按照市場最低價格確泄，同吋保證產(chǎn)品經(jīng)濟而又有足夠的使用壽命，實際費用應(yīng)該包含材料費、工資 費用、和管理費用等。經(jīng)濟價值越大，經(jīng)濟效益越好。釆用本設(shè)計后的zfs系列放頂煤支架能明顯減 少設(shè)計周期和設(shè)計費用，同時設(shè)計產(chǎn)品的性能有了相對提高?？傮w上看，本次放頂煤液壓支架計算機輔助設(shè)計克服了傳統(tǒng)設(shè)計的一些缺點，系統(tǒng)統(tǒng)把參數(shù)輸入、 運動分析、力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和圖形輸出集成在一起，形成一個體系，人人提高了設(shè)計質(zhì)量，縮短 了設(shè)計周期，在技術(shù)與經(jīng)濟兩方面達到了較優(yōu)結(jié)介?？梢垣@得良好的經(jīng)濟效益，可為廠家研制更為優(yōu) 良的產(chǎn)品提供有效幫助。參考文獻1 智能設(shè)計周濟 查建中高等教育出版社1998.52