基于VB的液壓支架CAD設(shè)計平臺探析

樂柱

摘 要：液壓支架廣泛應(yīng)用于煤礦機械化綜采作業(yè)面，隨著其應(yīng)用范圍的不斷擴大，傳統(tǒng)液壓支架產(chǎn)品設(shè)計和應(yīng)用顯露出滯后性，為此要開發(fā)基于VB環(huán)境下的液壓支架CAD設(shè)計平臺，結(jié)合液壓支架的實際使用需求，利用三維設(shè)計軟件和ACCESS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，進(jìn)行不同模塊的優(yōu)化設(shè)計，包括整體受力、強度校核、三維參數(shù)建模、數(shù)據(jù)庫等模塊，實現(xiàn)基于VB的液壓支架CAD設(shè)計平臺的參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化。

關(guān)鍵詞：液壓支架 CAD設(shè)計平臺 參數(shù)

中圖分類號：TD35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（c）-0109-02

回采作業(yè)面廣泛應(yīng)用液壓支架，以實現(xiàn)對作業(yè)面頂板的支撐、采空區(qū)的有效隔離，對于提升綜采效率和產(chǎn)量有極其重要的輔助性作用和意義。隨著綜采作業(yè)面的縱深發(fā)展，原有的液壓支架設(shè)計和使用顯露出滯后性，難以滿足高工作阻力、高工作強度的作業(yè)需求。如傳統(tǒng)二維力學(xué)模型設(shè)計為主的液壓支架缺乏實時更新，各零件之間相互干涉等問題。為此，本文重點探討基于VB的液壓支架設(shè)計，運用三維設(shè)計軟件和ACCESS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，研制和開發(fā)液壓支架CAD設(shè)計平臺，進(jìn)行具有高可靠性液壓支架的設(shè)計，較好地實現(xiàn)液壓支架的模塊化、參數(shù)化。

1 液壓支架設(shè)計相關(guān)概述

液壓支架用于對作業(yè)面頂板的支護，體現(xiàn)出良好的支護性、高強度、安全可靠的優(yōu)勢特點，普遍適用于綜采機械化、自動化作業(yè)之中。在當(dāng)前的液壓支架設(shè)計之中，主要采用掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架，其中：（1）掩護式液壓支架。是采用單排斜立柱結(jié)構(gòu)的液壓支架，有相對寬的掩護梁，適用于直接頂中等穩(wěn)定以下、壓力較弱的作業(yè)面，可以承受一定的水平推力，然而作業(yè)空間和通風(fēng)斷面較為狹窄。（2）支撐掩護式液壓支架。該支架采用整體剛性和分體鉸接的不同方式設(shè)計頂梁，并設(shè)計傾斜的兩排立柱，使之支撐頂梁和底座；掩護梁部分上接頂梁、下連底座和連桿，并采用雙人行通道，適宜于直接頂中等穩(wěn)定及堅硬、壓力極強的綜采作業(yè)面。

本文重點研究兩柱掩護式液壓支架，將其設(shè)計為承載結(jié)構(gòu)件、液壓缸、控制元部件、輔助裝置等零部件，其工作原理是利用不同性質(zhì)的液壓缸完成升降、推移等動作，具體來說，主要體現(xiàn)為以下方面：（1）支架升降。通過立柱的伸縮運動實現(xiàn)液壓支架的升降操作，在初撐階段，支架操縱單向閥將泵站輸送的高壓液體送至立柱下腔，立柱上腔進(jìn)行排液，并升起活柱和頂梁，將頂板支撐起來。之后進(jìn)入承載階段，頂板下沉的壓力使液壓支架受到彈性壓縮，液壓缸出現(xiàn)彈性擴張，這就是支架對頂板的支撐力也即工作阻力，它通過安全閥泄出液體而使立柱下縮，并使立柱保持恒定的工作阻力。最后進(jìn)入卸載階段，即操縱閥位于降架位置，立柱上腔注入高壓液體，而立柱下腔則排出液體，支架卸載完成。（2）拉架和推溜。在降柱卸載的條件下，由操縱閥將高壓液體推移進(jìn)入活塞桿腔，實現(xiàn)液壓缸控制下的液壓支架和輸送機前移操作。

2 基于VB的液壓支架CAD設(shè)計平臺總體設(shè)計

基于VB的液壓支架CAD設(shè)計是復(fù)雜的過程，要依循規(guī)劃設(shè)計、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計的流程進(jìn)行運作，在基于市場調(diào)研的前提下，構(gòu)思基于VB的液壓支架設(shè)計方案，并使之轉(zhuǎn)化為合理產(chǎn)品零部件的合理結(jié)構(gòu)。

2.1 平臺架構(gòu)

要運用三維設(shè)計軟件和ACCESS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，研制和開發(fā)液壓支架CAD設(shè)計平臺，并進(jìn)行液壓支架整體受力數(shù)據(jù)分析，了解液壓支架運動狀態(tài)、關(guān)鍵部件處于一定高度時的受力情況、底板比壓分布等，并構(gòu)建液壓支架數(shù)據(jù)庫，較好地提升基于VB的液壓支架CAD平臺的精準(zhǔn)度和質(zhì)量。

2.2 平臺設(shè)計流程

基于VB的液壓支架CAD設(shè)計平臺以Visual Basic為集成開發(fā)環(huán)境，借助于具有開放性體系結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計軟件Solidworks2009，實現(xiàn)面對對象的可視化程序開發(fā)和設(shè)計，通過向液壓支架數(shù)據(jù)庫調(diào)用適宜的參考架型，優(yōu)化設(shè)計合理的支架四連桿結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行整體受力分析、強度校核、立體三維干涉檢查和運動仿真，最后進(jìn)行CAE有限元分析和支架動力學(xué)分析，使之滿足設(shè)計規(guī)范和相關(guān)要求。

3 基于VB的液壓支架CAD設(shè)計平臺的模塊化設(shè)計應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計

在液壓支架的數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計過程中，要結(jié)合支架的不同架型進(jìn)行設(shè)計，以掩護式液壓支架數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計為例，主要包括以下設(shè)計內(nèi)容：（1）數(shù)據(jù)庫模塊界面設(shè)計。要在該界面中顯示液壓支架的架型、技術(shù)特征、使用條件、技術(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)，對所有數(shù)據(jù)實現(xiàn)查詢、修改、添加、刪除操作和管理。其中，支架的技術(shù)參數(shù)包括有工作阻力、支架的長寬高及中心距、初撐力、支護強度、立柱缸徑及柱徑等。支架的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)主要包括有掩護梁及前后連桿的長度、頂梁與掩護梁鉸接點的水平距離和底面距離、立柱上鉸點與頂梁的距離等。（2）建立液壓支架數(shù)據(jù)庫?？梢赃x取基于VB的Access可視化數(shù)據(jù)管理庫，采用ADO數(shù)據(jù)訪問接口，添加ADO控件，并設(shè)置ConnectionString屬性。

3.2 優(yōu)化設(shè)計模塊

要進(jìn)行液壓支架的優(yōu)化設(shè)計，以支架工作高度和工作阻力為例，可以采用復(fù)合型法進(jìn)行掩護式工作面液壓支架的四連桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，改善掩護式工作面液壓支架四連桿結(jié)構(gòu)的整體受力狀況，并保證支架前后連桿受力最小。

3.3 液壓支架整體受力模塊設(shè)計

考慮到液壓支架的頂板壓力大小、作用位置、頂板與頂梁接觸狀況的變化因素，要進(jìn)行液壓支架整體受力情況分析，精準(zhǔn)獲悉一定高度條件下各部件的空間幾何關(guān)系、受力變化情況，進(jìn)行截面強度計算和校核。具體來說，可以利用Matlab和VB混合編程技術(shù)，簡化顯示液壓支架運動分析模型，計算剛性鉸接支架結(jié)構(gòu)各鉸接點的坐標(biāo)，設(shè)計相關(guān)程序，輸入液壓支架的立柱工作阻力、平衡千斤頂、支架最高及最低工作高度等數(shù)據(jù)，計算分析液壓支架頂板載荷、頂梁與掩護梁鉸點合力、底板比壓等參數(shù)，獲取液壓支架在不同工作高低狀態(tài)下的受力情況。

3.4 液壓元件校核模塊設(shè)計

可以在液壓支架CAD設(shè)計平臺中設(shè)計并確定“立柱校核程序”，界面展示相關(guān)的立柱校核參數(shù)，如活柱全部伸出時活柱端部銷孔至最大撓度處的間距、活柱直徑、外缸的內(nèi)外徑、立柱最大工作阻力等，在程序中輸入相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行計算分析。同時，還要選擇和確定“千斤頂校核程序”，在程序中輸入相關(guān)的參數(shù)：油缸最大工作阻力、立柱總重量、油缸軸線與水平線的夾角、缸筒內(nèi)的液體壓力，活塞桿與導(dǎo)向套處最大配合間隙、缸體壁厚等，并進(jìn)行油缸撓度、活塞桿合成應(yīng)力、安全系數(shù)的計算和自動分析。通過上述液壓元件的校核模塊設(shè)計，可以實現(xiàn)雙伸縮油缸的穩(wěn)定性校核、活塞桿強度校核和缸體強度校核。

4 結(jié)語

綜上所述，基于VB的液壓支架CAD設(shè)計采用先進(jìn)的計算機信息化平臺，運用類比優(yōu)化的理念和思想，對液壓支架進(jìn)行三維參數(shù)設(shè)計，集成液壓支架相關(guān)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行液壓支架的整體力學(xué)分析和強度校核，實現(xiàn)基于VB的液壓支架模型高度參數(shù)化、自動化。未來還要加強對液壓支架的CAE模塊的開發(fā)，要運用參數(shù)化設(shè)計語言和軟件進(jìn)行液壓支架設(shè)計的二次開發(fā)和封裝，并全面反映VB環(huán)境下液壓支架的動力學(xué)參數(shù)，完善支架頂梁、掩護梁、底座的強度校核模塊。

參考文獻(xiàn)

[1] 張志清，趙忠輝.液壓支架試驗臺技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析[J].煤礦機械，2011，32（12）：11-13.

[2] 李秋生，王勇，教光印，等.基于VC++液壓支架四連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與分析[J].煤礦機械，2010，31（11）：23-24.

[3] 陳曉鵬，郭聰，芮鵬.基于VB和Pro/E的液壓支架的設(shè)計[J].煤礦機械，2011，32（7）：17-18.