[发明专利]一种固体充填采煤液压支架设计流程及优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿用液压支架的设计及优化，尤其涉及一种固体充填采煤液压支架的设计流程及优化方法。

背景技术

2013年我国煤炭产量完成37亿吨，预计2014年产量将突破38亿吨。我国大中型矿井的已普遍采用综合机械化采煤技术。煤炭行业的快速发展为我国煤机装备制造业提供了难得的机遇和市场空间。液压支架在现代综合机械化采煤中占有重要地位。矿井机械化程度提高和开采技术的进步对液压支架提出了新的技术性能要求。

传统的液压支架设计与研制是基于物理样机的设计开发模式进行的，不仅存在严重的缺陷，而且严重制约着产品质量的提高。因此，快速高质量的设计出满足矿井实际要求和与新型开采技术相匹配的液压支架显得十分重要。随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，基于计算机辅助设计技术与有限元分析相结合的液压支架设计开发模式显示出来强大的优越性，大大降低了液压支架的开发周期和设计成本。基于这种设计开发模式，本发明一种液压支架设计流程及优化方法，为广大科研人员和中低端用户提供了一种切合实际又简单清晰的固体充填采煤液压支架设计流程和优化方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体充填采煤液压支架设计流程及优化方法，解决传统的液压支架设计与研制是基于物理样机的设计开发模式进行的，不仅存在严重的缺陷，而且严重制约着产品质量的提高的问题。

为达到上述目的，本发明的液压支架设计流程及优化方法，包括如下步骤：

A、确定液压支架设计及优化的要求与依据；

B、确定液压支架基本类型；

C、确定液压支架的技术参数；

D、确定液压支架构件的形式；

E、构建液压支架基本模型，初步设计及优化液压支架各构件的尺寸；

F、利用Pro/Engineer或SolidWorks三维机械设计软件设计支架零件，并进行整机装配，构建出支架的三维实体模型；

G、结合支架优化目标和相关标准，对支架进行动态优化和强度校核，得到支架最终设计结果；

所述步骤A所指的要求和依据是：满足相关标准和规范要求、适应煤层赋存条件、满足采煤工艺要求、结构合理，受力状态良好，具有稳定性和较好的移架能力，能够提供有效的支护强度；

所述步骤B确定液压支架基本类型，液压支架的基本类型包括：六柱正四连杆固体充填采煤液压支架、六柱反四连杆固体充填采煤液压支架和四柱正四连杆固体充填采煤液压支架；液压支架基本类型具体根据煤层赋存条件、顶底板情况和采煤工艺确定；

所述步骤C确定液压支架的技术参数包括：支护强度、工作阻力、初撑力、最大/最小支护高度、支架中心距与宽度的确定和其它参数的确定；所述的其它参数包括：顶梁长度、夯实力和夯实离顶距；

所述步骤D确定液压支架构件的形式包括顶梁、四连杆机构、立柱、底座和夯实机构；

所述步骤E构建液压支架基本模型，按以下步骤进行：

a)对各构件进行简化，构建液压支架的基本模型；

b)对支架基本模型的四机配套尺寸、运动轨迹等进行分析和计算，完成各构件主要尺寸的初步设计；

所述的步骤F利用Pro/Engineer或SolidWorks等三维机械设计软件设计零件，并进行整机装配，构建出支架的三维实体模型；利用Pro/Engineer设计的顶梁、底座与夯实机构的三维模型装配图；

所述的步骤G，按以下步骤进行：

a)通过Pro/Engineer或SolidWorks中的仿真模块，导出支架的运动特性曲线、夯实离顶距曲线、四连杆双纽线和顶梁加载曲线；

b)以最优运动特性、最优夯实离顶距、双扭线偏摆量为优化目标，对支架的结构尺寸进行动态优化；

c)将优化后的支架模型导入ANSYS或Nastran等有限元分析软件，应用结构非线性分析模块，对敏感零部件的强度进行校核；

d)若校核结果满足《MT 312-2000液压支架通用技术条件》及《煤矿用固体充填液压支架技术条件》的要求，则从Pro/Engineer或SolidWorks软件中导出三维模型及设计图纸，得出优化后的设计结果；若不满足要求，则重复步骤(a)～(c)，直到达到设计要求。

所述的液压支架基本类型包括：六柱正四连杆固体充填采煤液压支架、六柱反四连杆固体充填采煤液压支架、四柱正四连杆固体充填采煤液压支架；液压支架基本类型具体根据煤层赋存条件、顶底板情况、采煤工艺确定。