CAD應用于放頂煤液壓支架的研究

一、概述

我國從上世紀70年代中期開始液壓支架CAD技術的應用研究，相對于于其他行業，我國的工業領域，液壓支架的設計和制造技術水平比較落后，主要表現在設計中以靜態和經驗的方法為主；CAD技術雖有應用，但起步晚，應用水平低；CAPP（計算機輔助工藝設計）、CAM（計算機輔助制造）的應用幾乎是空白；各種工序中工作機構的動作和工況轉換的控制還是以手動為主，最先進的微電子控制技術還很少采用。目前，計算機在液壓支架設計方面主要用于優化設計、有限元分析、強度校核以及極少部分圖紙繪制，在計算機輔助設計方面實現的不徹底，全面系統的CAD技術還未能得到應用。

我國的放頂煤液壓支架技術自1984年以來也在技術上不斷發展。隨著計算機技術的發展，改變液壓支架設計制造的落后狀況，無疑需要改變原來的設計制造模式。將計算機技術尤其是CAD技術應用于液壓支架設計中是當前研究的熱點，也極具發展和應用前景。

二、系統結構和設計過程

采煤機械和工藝的進步和完善始終是采礦學科發展的主題，其中支護設備的發展將帶動煤炭開采各環節的變革。現代煤礦支護設備的發展方向是高產、高效、高安全性和高可靠性，基本途徑是使采煤技術與現代高新技術相結合，研究開發強力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的支護設備和生產監控系統，改進和完善采煤工藝。

液壓支架是典型的小批量多品種生產，先由客戶提出使用要求，再由生產廠家進行設計。由于客戶的使用環境各不相同，所以幾乎每次都要重新設計，設計任務相當繁重。為擺脫繁雜的計算工作和大量重復性勞動，將計算機技術和傳統設計相結合，將液壓支架CAD技術應用于運動學分析、力學分析、有限元分析、機械繪圖等方面，會大大提高設計效率。

在以上思想的指導下本設計采用軟件設計的方式在很大程度上實現了液壓支架設計的自動化：著重于ZFS系列低位放頂煤支架整體設計和零部件設計、受力分析和強度校核，四連桿運動分析、液壓缸設計和自動化繪圖。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又合成一個CAD軟件包。軟件大小約為100MB，提供良好可移植性，實現設計成果的快速共享。

1.設計流程

（1）根據液壓支架設計依據和地質條件如頂板性質、煤層厚度、頂壓、瓦斯含量等進行總體方案的擬定和結構分析。結合以往設計經驗初步確定外形尺寸，和工作阻力。

（2）在已知基本參數情況下進行液壓支架整體和各零部件受力分析；在軟件的運行界面上直接輸入參數然后單擊受力分析按鈕即可自動實現受力結果的顯示。

（3）實現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）實現運動件的動態特性分析

（5）當所有驗算校核均通過時可單擊保存設計數據按鈕將設計數據保存為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文件。

2.軟件的開發環境

操作系統：Windows XP Professional Edition；

開發工具一：Microsoft公司的Visual Basic 6.0 簡體中文企業版；

開發工具二：Autodesk公司的AutoCAD 2004 簡體中文版。

3.軟件的運行環境

本軟件在Windows2000 Professional、Windows XP Home Edition、Windows XP Professional Edition 中調試通過，可穩定運行于以上操作系統中。

4.軟件包提供

在VB6.0開發環境下的各種工程文件；包括：工程文件（*.vbp），模塊文件（*.bas），窗體文件（*.frm），二進制數據文件（*.frx）等；包括所有源代碼，支持用戶進行二次開發，但開發者不對使用不當造成的損失負責任。

脫離VB環境獨立運行的可執行文件（*.exe）；

AutoCAD格式的代碼文件，備份文件，AutoCAD宏等。

三、結論

煤礦支護機械系統設計的一個重要的任務就是以最低的費用為使用者提供所要求的功能，達到最高的性能價格比。采用設計制造費用比較法即制造費用作為主要的評價目標選擇最優設計方案，其評價值為理想費用和實際費用之比。理想費用可按照允許制造費用的70%來計算，允許費用一般按照市場最低價格確定，保證產品經濟同時又有足夠的使用壽命，實際費用應該包含材料費、工資費用、和管理費用等。經濟價值越大，經濟效益越好。本設計依靠計算機輔助設計優化設計方案和質量標準，使ZFS系列放頂煤支架明顯減少設計周期和設計費用，同時設計產品的性能有了相對提高。

總體上看，本放頂煤液壓支架計算機輔助設計克服了傳統設計的一些缺點，系統統把參數輸入、運動分析、力學分析、結構設計和圖形輸出集成在一起，形成一個體系，大大提高了設計質量，縮短了設計周期，在技術與經濟兩方面達到了較優結合。可以獲得良好的經濟效益，可為廠家研制更為優良的產品提供有效幫助。

（作者單位：許昌市高級技工學校）