一種固體充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種固體充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法，屬于煤礦用固體充填采煤液壓支架的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。該液壓支架設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法按照下述步驟進(jìn)行：A、確定液壓支架設(shè)計(jì)及優(yōu)化的要求與依據(jù)；B、確定液壓支架基本類(lèi)型；C、確定液壓支架的技術(shù)參數(shù)；D、確定液壓支架構(gòu)件的形式；E、構(gòu)建液壓支架基本模型，初步設(shè)計(jì)及優(yōu)化液壓支架各構(gòu)件的尺寸；F、利用Pro/Engineer或SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)支架零件，并進(jìn)行整機(jī)裝配，構(gòu)建出支架的三維實(shí)體模型；G、結(jié)合具體的優(yōu)化目標(biāo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)支架進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化和強(qiáng)度校核，得到支架最終設(shè)計(jì)結(jié)果。本發(fā)明為廣大科研人員提供了一種科學(xué)合理的固體充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)流程和優(yōu)化方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種固體充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及一種煤礦用液壓支架的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，尤其涉及一種固體充填采煤液壓 支架的設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 2013年我國(guó)煤炭產(chǎn)量完成37億噸，預(yù)計(jì)2014年產(chǎn)量將突破38億噸。我國(guó)大中型 礦井的已普遍采用綜合機(jī)械化采煤技術(shù)。煤炭行業(yè)的快速發(fā)展為我國(guó)煤機(jī)裝備制造業(yè)提供 了難得的機(jī)遇和市場(chǎng)空間。液壓支架在現(xiàn)代綜合機(jī)械化采煤中占有重要地位。礦井機(jī)械化 程度提高和開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)步對(duì)液壓支架提出了新的技術(shù)性能要求。
[0003] 傳統(tǒng)的液壓支架設(shè)計(jì)與研制是基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)模式進(jìn)行的，不僅存在嚴(yán) 重的缺陷，而且嚴(yán)重制約著產(chǎn)品質(zhì)量的提高。因此，快速高質(zhì)量的設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足礦井實(shí)際要求 和與新型開(kāi)采技術(shù)相匹配的液壓支架顯得十分重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和計(jì)算速度的 不斷提高，基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)與有限元分析相結(jié)合的液壓支架設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)模式顯示出 來(lái)強(qiáng)大的優(yōu)越性，大大降低了液壓支架的開(kāi)發(fā)周期和設(shè)計(jì)成本?；谶@種設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)模式，本 發(fā)明一種液壓支架設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法，為廣大科研人員和中低端用戶(hù)提供了一種切合實(shí) 際又簡(jiǎn)單清晰的固體充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)流程和優(yōu)化方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種固體充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法，解決傳統(tǒng) 的液壓支架設(shè)計(jì)與研制是基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)模式進(jìn)行的，不僅存在嚴(yán)重的缺陷，而 且嚴(yán)重制約著產(chǎn)品質(zhì)量的提高的問(wèn)題。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的液壓支架設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0006] A、確定液壓支架設(shè)計(jì)及優(yōu)化的要求與依據(jù)；
[0007] B、確定液壓支架基本類(lèi)型；
[0008] C、確定液壓支架的技術(shù)參數(shù)；
[0009] D、確定液壓支架構(gòu)件的形式；
[0010] E、構(gòu)建液壓支架基本模型，初步設(shè)計(jì)及優(yōu)化液壓支架各構(gòu)件的尺寸；
[0011] F、利用Pro/Engineer或SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)支架零件，并進(jìn)行整 機(jī)裝配，構(gòu)建出支架的三維實(shí)體模型；
[0012] G、結(jié)合支架優(yōu)化目標(biāo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)支架進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化和強(qiáng)度校核，得到支架最 終設(shè)計(jì)結(jié)果；
[0013] 所述步驟A所指的要求和依據(jù)是：滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求、適應(yīng)煤層賦存條件、 滿(mǎn)足采煤工藝要求、結(jié)構(gòu)合理，受力狀態(tài)良好，具有穩(wěn)定性和較好的移架能力，能夠提供有 效的支護(hù)強(qiáng)度；
[0014] 所述步驟B確定液壓支架基本類(lèi)型，液壓支架的基本類(lèi)型包括：六柱正四連桿固 體充填采煤液壓支架、六柱反四連桿固體充填采煤液壓支架和四柱正四連桿固體充填采煤 液壓支架；液壓支架基本類(lèi)型具體根據(jù)煤層賦存條件、頂?shù)装迩闆r和采煤工藝確定；
[0015] 所述步驟C確定液壓支架的技術(shù)參數(shù)包括：支護(hù)強(qiáng)度、工作阻力、初撐力、最大/最 小支護(hù)高度、支架中心距與寬度的確定和其它參數(shù)的確定；所述的其它參數(shù)包括：頂梁長(zhǎng) 度、夯實(shí)力和夯實(shí)離頂距；
[0016] 所述步驟D確定液壓支架構(gòu)件的形式包括頂梁、四連桿機(jī)構(gòu)、立柱、底座和夯實(shí)機(jī) 構(gòu)；
[0017] 所述步驟E構(gòu)建液壓支架基本模型，按以下步驟進(jìn)行：
[0018] a)對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)化，構(gòu)建液壓支架的基本模型；
[0019] b)對(duì)支架基本模型的四機(jī)配套尺寸、運(yùn)動(dòng)軌跡等進(jìn)行分析和計(jì)算，完成各構(gòu)件主 要尺寸的初步設(shè)計(jì)；
[0020] 所述的步驟F利用Pro/Engineer或SolidWorks等三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)零件， 并進(jìn)行整機(jī)裝配，構(gòu)建出支架的三維實(shí)體模型；利用Pro/Engineer設(shè)計(jì)的頂梁、底座與夯 實(shí)機(jī)構(gòu)的三維模型裝配圖；
[0021] 所述的步驟G，按以下步驟進(jìn)行：
[0022] a)通過(guò)Pro/Engineer或SolidWorks中的仿真模塊，導(dǎo)出支架的運(yùn)動(dòng)特性曲線(xiàn)、夯 實(shí)離頂距曲線(xiàn)、四連桿雙紐線(xiàn)和頂梁加載曲線(xiàn)；
[0023] b)以最優(yōu)運(yùn)動(dòng)特性、最優(yōu)夯實(shí)離頂距、雙扭線(xiàn)偏擺量為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)支架的結(jié)構(gòu)尺 寸進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化；
[0024] c)將優(yōu)化后的支架模型導(dǎo)入ANSYS或Nastran等有限元分析軟件，應(yīng)用結(jié)構(gòu)非線(xiàn) 性分析模塊，對(duì)敏感零部件的強(qiáng)度進(jìn)行校核；
[0025] d)若校核結(jié)果滿(mǎn)足《MT312-2000液壓支架通用技術(shù)條件》及《煤礦用固體充填液 壓支架技術(shù)條件》的要求，貝1J從Pro/Engineer或SolidWorks軟件中導(dǎo)出三維模型及設(shè)計(jì)圖 紙，得出優(yōu)化后的設(shè)計(jì)結(jié)果；若不滿(mǎn)足要求，則重復(fù)步驟（a)?（c)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
[0026] 所述的液壓支架基本類(lèi)型包括：六柱正四連桿固體充填采煤液壓支架、六柱反四 連桿固體充填采煤液壓支架、四柱正四連桿固體充填采煤液壓支架；液壓支架基本類(lèi)型具 體根據(jù)煤層賦存條件、頂?shù)装迩闆r、采煤工藝確定。
[0027] 有益效果，由于采用了上述方案，基于支架設(shè)計(jì)的基本要求與原則，綜合采用Pro/ Engineer、SolidWorks高端三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件及ANSYS，Nastran高端有限元分析軟件，設(shè) 計(jì)人員直接在人機(jī)交互系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)充填采煤液壓支架實(shí)體模型的構(gòu)建與運(yùn)動(dòng)、力學(xué)特性仿 真以及強(qiáng)度校核，設(shè)計(jì)流程相互貫通，大大降低了固體充填液壓支架的研發(fā)周期、提高了優(yōu) 化效率及降低了升級(jí)改造成本，為廣大科研設(shè)計(jì)人員提供了一套科學(xué)合理的固體充填采煤 液壓支架設(shè)計(jì)流程和優(yōu)化方法。 【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為本發(fā)明設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法設(shè)計(jì)流程示意圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的液壓支架基本模型示意圖。
[0030] 圖3本發(fā)明實(shí)施例的液壓支架各構(gòu)件主要尺寸的初步設(shè)計(jì)圖。
[0031] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E繪制的頂梁裝配圖。
[0032] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E繪制的底座裝配圖。
[0033] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E繪制的夯實(shí)機(jī)構(gòu)裝配圖。
[〇〇34] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E繪制的液壓支架整機(jī)裝配圖。
[0035] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E導(dǎo)出的支架的運(yùn)動(dòng)特性曲線(xiàn)。
[0036] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E導(dǎo)出的夯實(shí)離頂距曲線(xiàn)。
[0037] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E導(dǎo)出的四連桿雙紐線(xiàn)。 【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述：
[0039] 本發(fā)明的液壓支架設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法，具體按照下述步驟進(jìn)行：A、確定液壓支 架設(shè)計(jì)及優(yōu)化的要求與依據(jù)；B、確定液壓支架基本類(lèi)型；C、確定液壓支架的技術(shù)參數(shù)；D、 確定液壓支架構(gòu)件的形式；E、構(gòu)建液壓支架基本模型，初步設(shè)計(jì)及優(yōu)化液壓支架各構(gòu)件的 尺寸；F、利用Pro/Engineer或SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)支架零件，并進(jìn)行整機(jī)裝 配，構(gòu)建出支架的三維實(shí)體模型；G、結(jié)合支架優(yōu)化目標(biāo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)支架進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化和 強(qiáng)度校核，得到支架最終設(shè)計(jì)結(jié)果；具體步驟如下：
[0040] 1.步驟A確定液壓支架設(shè)計(jì)及優(yōu)化的要求與依據(jù)是：滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求、 適應(yīng)煤層賦存條件、滿(mǎn)足采煤工藝要求、結(jié)構(gòu)合理，受力狀態(tài)良好，具有穩(wěn)定性和較好的移 架能力，能夠提供有效的支護(hù)強(qiáng)度；具體如下：
[0041] 1.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：
[0042] 支架設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和型式試驗(yàn)執(zhí)行《MT312-2000液壓支架通用技術(shù)條件》、《煤 礦用固體充填液壓支架技術(shù)條件》、《MT/T556-1996液壓支架設(shè)計(jì)規(guī)范》、《MT/T169-1996液 壓支架型式與參數(shù)》、《MT97-1992液壓支架千斤頂技術(shù)條件》、《MT313-1992液壓支架立柱技 術(shù)條件》和《MTT587-2011液壓支架結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)條件（非正式版）》。
[0043] 1. 2工作面概況
[0044] 某固體充填采煤工作面長(zhǎng)95m，工作面近水平，推進(jìn)方向傾角5?8°，平均6°。 煤層厚度2. 10?3. 61m，平均2. 80m，煤層埋深最大180m，最小80m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全區(qū)穩(wěn) 定可采，一般不含夾矸，最多含2層夾矸，夾矸巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖，該煤層直接頂板為石 灰?guī)r，偽頂為鋁土泥巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、中粉砂巖。煤層及頂?shù)装迩闆r如表1所示。 該工作面采用長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化固體充填采煤方法。
[0045] 表1煤層及頂?shù)装迩闆r
[0046]
【權(quán)利要求】
1. 一種固體充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法，其特征是包括如下步驟： A、 確定液壓支架設(shè)計(jì)及優(yōu)化的要求與依據(jù)； B、 確定液壓支架基本類(lèi)型； C、 確定液壓支架的技術(shù)參數(shù)； D、 確定液壓支架構(gòu)件的形式； E、 構(gòu)建液壓支架基本模型，初步設(shè)計(jì)及優(yōu)化液壓支架各構(gòu)件的尺寸； F、 利用Pro/Engineer或SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)支架零件，并進(jìn)行整機(jī)裝 配，構(gòu)建出支架的三維實(shí)體模型； G、 結(jié)合支架優(yōu)化目標(biāo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)支架進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化和強(qiáng)度校核，得到支架最終設(shè) 計(jì)結(jié)果； 所述步驟A所指的要求和依據(jù)是：滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求、適應(yīng)煤層賦存條件、滿(mǎn)足 采煤工藝要求、結(jié)構(gòu)合理，受力狀態(tài)良好，具有穩(wěn)定性和較好的移架能力，能夠提供有效的 支護(hù)強(qiáng)度； 所述步驟B確定液壓支架基本類(lèi)型，液壓支架的基本類(lèi)型包括：六柱正四連桿固體充 填采煤液壓支架、六柱反四連桿固體充填采煤液壓支架和四柱正四連桿固體充填采煤液壓 支架；液壓支架基本類(lèi)型具體根據(jù)煤層賦存條件、頂?shù)装迩闆r和采煤工藝確定； 所述步驟C確定液壓支架的技術(shù)參數(shù)包括：支護(hù)強(qiáng)度、工作阻力、初撐力、最大/最小支 護(hù)高度、支架中心距與寬度的確定和其它參數(shù)的確定；所述的其它參數(shù)包括：頂梁長(zhǎng)度、夯 實(shí)力和夯實(shí)離頂距； 所述步驟D確定液壓支架構(gòu)件的形式包括頂梁、四連桿機(jī)構(gòu)、立柱、底座和夯實(shí)機(jī)構(gòu)； 所述步驟E構(gòu)建液壓支架基本模型，按以下步驟進(jìn)行： a) 對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)化，構(gòu)建液壓支架的基本模型； b) 對(duì)支架基本模型的四機(jī)配套尺寸、運(yùn)動(dòng)軌跡等進(jìn)行分析和計(jì)算，完成各構(gòu)件主要尺 寸的初步設(shè)計(jì)； 所述的步驟F利用Pro/Engineer或SolidWorks等三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)零件，并進(jìn) 行整機(jī)裝配，構(gòu)建出支架的三維實(shí)體模型；利用Pro/Engineer設(shè)計(jì)的頂梁、底座與夯實(shí)機(jī) 構(gòu)的三維模型裝配圖； 所述步驟G，按以下步驟進(jìn)行： a) 通過(guò)Pro/Engineer或SolidWorks中的仿真模塊，導(dǎo)出支架的運(yùn)動(dòng)特性曲線(xiàn)、夯實(shí)離 頂距曲線(xiàn)、四連桿雙紐線(xiàn)和頂梁加載曲線(xiàn)； b) 以最優(yōu)運(yùn)動(dòng)特性、最優(yōu)夯實(shí)離頂距、雙扭線(xiàn)偏擺量為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)支架的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn) 行動(dòng)態(tài)優(yōu)化； c) 將優(yōu)化后的支架模型導(dǎo)入ANSYS或Nastran等有限元分析軟件，應(yīng)用結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性分 析模塊，對(duì)敏感零部件的強(qiáng)度進(jìn)行校核； d) 若校核結(jié)果滿(mǎn)足《MT312-2000液壓支架通用技術(shù)條件》及《煤礦用固體充填液壓支 架技術(shù)條件》的要求，貝1J從Pro/Engineer或SolidWorks軟件中導(dǎo)出三維模型及設(shè)計(jì)圖紙， 得出優(yōu)化后的設(shè)計(jì)結(jié)果；若不滿(mǎn)足要求，則重復(fù)步驟（a)?（c)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104063535SQ201410172793
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】繆協(xié)興, 張吉雄, 張強(qiáng), 郭帥 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)