掩護式支架的配置與變型設計方法

摘 要：為實現掩護式支架各級功能部件的選型優配設計，提出模塊化配置設計方法。對模塊化配置設計的關鍵技術模塊劃分進行了研究，基于顧客需求分析對掩護式支架的功能結構進行合理的模塊劃分，依據顧客需求與機械產品性能的關系選取最佳匹配實例。模塊化配置設計的實現可以保證支架產品的功能和結構設計具有很大的靈活性和應變性，提高了掩護式支架產品設計的效率。

關鍵詞：掩護式支架；模塊化；配置設計

中圖分類號：TH162 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0103-02

Abstract： A modular configuration design method is proposed to optimize the selection and design of functional components at all levels of the sheltering support. The module partition of the key technology of modular configuration design is studied. Based on customer demand analysis， the functional structure of shield bracket is divided reasonably， and the best matching example is selected according to the relationship between customer demand and mechanical product performance. The realization of modular configuration design can ensure the flexibility and variability of the functional and structural design of the scaffold product， and improve the efficiency of the sheltered scaffold product design.

Keywords： sheltered support； modularization； configuration design

1 概述

在采煤工作面的煤炭生產過程中，為了防止頂板冒落，保證工人安全和各項作業正常進行，必須對頂板進行支護。而液壓支架是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構件組成的支護和控制頂板的設備，它能實現支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。液壓支架與刮板輸送機和采煤機組成綜合機械化采煤設備，它的應用對增加采煤工作面產量、提高勞動生產率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產是不可缺少的有效措施。因此液壓支架是技術先進、經濟合理，安全可靠、實現采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設備[1-2]。

2 配置與變型設計方法

隨著市場對產品越來越多的個性化需求，以及在成本和交貨時間上的壓力，迫使企業采用大批量定制生產模式，這也必然使越來越多的企業采用產品配置技術來進行產品的設計。配置設計可理解為：根據預定義的零部件集合以及它們之間的相互約束關系，通過合理的配置組合，形成滿足客戶個性化需求的產品設計過程。產品配置的前提是已經建立了一組模塊化的零部件集合，約束條件是外部的客戶需求以及產品本身零部件之間的組成關系。

產品變型設計是在保持產品基本功能、原理和總體結構不變的情況下，根據需求的變化，從已有產品的原型出發，通過對現有產品局部結構形式和工程約束的變異形成新的產品，來滿足不同工作性能的需求。其目的是快速、高質量、低成本地生產新產品以滿足不斷變化的市場的要求[3-4]。

3 支架模塊化配置與變型設計

模塊化配置與變型設計的總體思路：以液壓千斤頂為通用模塊，通過不同的通用模塊間的組合，調用金屬構件模塊，根據客戶技術要求，進行變型設計調整。

3.1 千斤頂的模塊化

將千斤頂按照重要程度進行分級。第一級為立柱千斤頂和推移千斤頂，它們直接影響到支架的橫向布置。將立柱分為φ200/160、φ230/160、φ250/180、φ280/200、φ320/230五種規格，可覆蓋掩護式支架常規的工作阻力。將推移千斤頂分為φ125/90、φ140/90、φ160/105三種規格型號。第二級為平衡千斤頂，分為φ100/70、φ125/90、φ160/105、φ180/120、φ200/140五種規格。其余為第三級別，伸縮千斤頂分為φ63/45、φ80/60、φ100/70三種規格，護幫千斤頂分為φ100/70、φ140/105兩種規格，側推千斤頂分為φ63/45、φ80/60兩種規格，抬底千斤頂分為φ100/70、φ125/90兩種規格。

這樣理論上掩護式支架可存在5×3×5×3×2×2×2=1800種組合，但實際應用時各類千斤頂存在相互約束的關系，例如立柱φ200/160和φ230/160規格的千斤頂不會與φ200/140規格的平衡千斤頂組合使用，而這種約束關系需要建立內部的規則去實現。

3.2 金屬構件的模塊化

將結構件按照與千斤頂的依賴關系進行分級。第一級為頂梁、底座、推移機構。第二級為掩護梁、連桿機構。第三級為護幫機構、伸縮梁、側護板等。頂梁有四個千斤頂接口：立柱接口，平衡千斤頂接口，伸縮千斤頂接口，側推千斤頂接口。將立柱接口設為關鍵接口，由立柱接口來確定頂梁的主尺寸，材料，梁高，板厚等，建立匹配該立柱的頂梁的基礎模塊。由基礎模塊通過千斤頂的接口參數，衍生出不同的頂梁適應性模塊。同理建立其他結構件的基礎模塊和適應性模塊。

3.3 實例

以ZY5200/19/42型號的掩護式支架為例。客戶對支架結構的要求：整體頂梁，內置伸縮梁，帶護幫板可挑平。頂梁留有漏煤孔。采用中部開襠式底座，底座前部采用船型結構，便于移架。設置雙人行通道，立柱前方為輔助通道，立柱后方為主通道。采用正四連桿機構型式。雙側活動側護板。采用倒裝千斤頂整體推桿結構。抬底裝置位于底座前過橋后側。千斤頂參數見表1。

可以根據模塊化的千斤頂模型滿足客戶需求，并迅速選取匹配的金屬構件基礎模塊，按照客戶結構要求進行參數化變型設計，極大縮短設計周期，降低設計成本。

4 結束語

（1）通過對掩護式支架的千斤頂和金屬構件的模塊化設計，建立了支架產品配置數據庫。（2）根據客戶的需求，迅速的調用基礎模塊，并利用參數化技術變型設計后，可快速計算出產品的Bom和成本，極大縮短了設計和報價周期。

參考文獻：

[1]丁紹南.采煤工作面液壓支架設計[M].北京世界圖書出版社，1992.

[2]王國法.液壓支架技術[M].煤炭工業出版社，1993.

[3]祁國寧，顧新建，譚建榮.大批量定制技術及其應用[M].機械工業出版社，2003.

[4]顧新建，顧復.產品生命周期設計[M].機械工業出版社，2017.

[5]張闖，楊琳琳.掩護式液壓支架優化設計[J].現代制造技術與應用，2014（4）.

[6]楊琳琳，張闖.螺旋滾筒的非線性動態特性分析[J].中國重型裝備，2013（2）.

[7]楊琳琳，張闖.截割滾筒的非線性振動參數研究[J].機械研究與應用，2013（1）.