在薄煤層液壓支架設計中應用Pro/E 軟件可以快速準確地確定薄煤層液壓支架各種狀態(tài)的動態(tài)參數(shù)，改善設計環(huán)境。可隨時修改設計參數(shù)，使結果可視化，便于設計人員修改、確定設計方案，縮短研發(fā)周期。

　　引言

　　薄煤層液壓支架是薄煤層綜采配套設備主要設備之一，薄煤層支架最大高度一般不高于1.5 m，其伸縮比為2～3，并且要考慮采高限制，這就構成了薄煤層支架結構的獨特性。在傳統(tǒng)的設計方法中，存在難題：(1)很難檢查支架在各個狀態(tài)時的干涉現(xiàn)象;(2)液壓支架的重心是隨著支架的動作而動態(tài)變化的， 這對液壓支架的井下運輸及使用穩(wěn)定性很重要;(3)液壓支架的空間受力分析及空間力系在各個結構件間的分配問題。

　　采用先進的虛擬仿真技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以二維力學模型設計為主的設計方法，將極大地縮短設計周期，降低成本。使產品在保證礦方要求的前提下，實現(xiàn)產品設計的一次性成功。

1、液壓支架設計方法及注意問題

　　利用Pro/E 三維設計軟件可在薄煤層液壓支架的整個設計過程中隨時動態(tài)地驗證支架模型的各種空間位置關系、重心軌跡的動態(tài)變化及液壓支架重量的核算。

　　采用自下而上建模方法，整個建模過程可表示為：新建裝配體→選取草繪平面→繪制草圖輪廓→進行特征創(chuàng)建→零部件的保存→重復創(chuàng)建其他零部件→裝配體保存。

　　在液壓支架各個零部件的模型創(chuàng)建完畢后， 進行整體裝配。創(chuàng)建裝配體文件，以默認方式調入底座，然后以底座為基準裝配其他零部件，通過距離、對齊、同軸、角度等約束關系，約束零部件間彼此關系，完成整架模型的創(chuàng)建。

　　為了使分析結果更接近于真實，同時節(jié)省計算時間，利用Pro/Mechanica 進行分析前，對模型做以下假設：

　　(1)對于柱窩、柱帽等結構復雜的部件，應在不影響其強度的前提下簡化特征;

　　(2)為使結果更接近于真實，應盡可能保留危險截面的模型細節(jié);

　　(3)默認焊縫強度與母材強度等同，即部件肋板間為實體結構;

　　(4)去掉吊裝孔、吊環(huán)等不影響強度的工藝特征;

　　(5)立柱及各千斤頂在裝配體中進行裝配，方便進行運動分析。

　　用Pro/E4.0 建立的ZY3500/7/13 型薄煤層液壓支架模型如圖1 所示。

圖1 薄煤層液壓支架模型

　　在整架模型建立后，進行干涉檢驗。分別在液壓支架的最高位置及最低位置進行干涉檢驗，可以極大地降低模型設計時的出錯率。Pro/E 可以根據(jù)設計者的意圖，以不同于裝配體的顏色顯示發(fā)生干涉的部位， 以便設計者查找原因。設計者可以對Pro/E軟件顯示的干涉部位進行重新定義，直至沒有干涉為止，最后反映到施工圖紙。

　　可以利用Pro/E 自動完成支架重量統(tǒng)計和重心計算，并生成文字性報表。礦方一般要求薄煤層液壓支架的重量在一定范圍以內。支架的重量往往會影響支架的設計單位與生產廠家投標，這時準確的重量計算對支架的投標方來說就至關重要。只要在零件建模階段進行材料定義，在裝配體的環(huán)境下軟件就會自動給出支架重量，迅速且準確。

　　在給礦方做方案演示時， 利用虛擬仿真技術，可以形象、動態(tài)地顯示支架的每一個構造細節(jié)及彼此之間的配合關系和動作主次關系。虛擬仿真技術的采用可以把液壓支架的結構及支架的運動特性客觀地反映給不是支架設計專家的礦方審核人員。方便雙方的交流和溝通。

2、液壓支架強度分析

　　利用Pro/Mechanica 軟件可對液壓支架的模型進行有限元強度分析，得到應力、應變的集中區(qū)域，發(fā)現(xiàn)支架的危險部位及安全系數(shù)的規(guī)律，以便給設計者提供參考。

　　本文根據(jù)《MT312-2000 液壓支架通用技術條件》進行液壓支架有限元強度分析。模擬實際工況，采用外加載方式進行靜強度分析計算。在計算中，采用外加載方式，外力通過墊塊作用于頂梁，而將柱窩作為邊界位移約束條件來處理。由于支架設計中， 銷軸與銷孔為間隙配合，所以其接觸點隨著加載方式和支架高度的不同而不同。在進行有限元分析時，省略接觸問題，將銷軸的間隙配合視為過盈配合，與梁體作為一個實體來進行有限元分析。

　　對ZY3500/7/13 型薄煤層液壓支架模型的有限元分析按照《液壓支架通用技術條件》規(guī)定的8 種加載方式分別進行：(1)頂梁兩端集中載荷; (2)頂梁扭轉;(3)頂梁偏載;(4)頂梁中部集中載荷;(5)底座兩端集中載荷;(6)底座扭轉;(7)柱窩試驗;(8)水平加載。

3、結語

　　應用Pro/E 軟件設計的ZY3500/7/13 薄煤層液壓支架，極大地縮短了設計周期，并在圖紙設計完成后一次投產成功。綜采工作面一次安裝配套成功，達到設計的要求。說明在薄煤層液壓支架的設計過程中應用Pro/E 軟件是可行的。