掩護(hù)式支架的配置與變型設(shè)計(jì)方法

摘 要：為實(shí)現(xiàn)掩護(hù)式支架各級(jí)功能部件的選型優(yōu)配設(shè)計(jì)，提出模塊化配置設(shè)計(jì)方法。對(duì)模塊化配置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)模塊劃分進(jìn)行了研究，基于顧客需求分析對(duì)掩護(hù)式支架的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的模塊劃分，依據(jù)顧客需求與機(jī)械產(chǎn)品性能的關(guān)系選取最佳匹配實(shí)例。模塊化配置設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)可以保證支架產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很大的靈活性和應(yīng)變性，提高了掩護(hù)式支架產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率。

關(guān)鍵詞：掩護(hù)式支架；模塊化；配置設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH162 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，保證工人安全和各項(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是以高壓液體作為動(dòng)力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。液壓支架與刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此液壓支架是技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠、實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備[1-2]。

2 配置與變型設(shè)計(jì)方法

隨著市場對(duì)產(chǎn)品越來越多的個(gè)性化需求，以及在成本和交貨時(shí)間上的壓力，迫使企業(yè)采用大批量定制生產(chǎn)模式，這也必然使越來越多的企業(yè)采用產(chǎn)品配置技術(shù)來進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。配置設(shè)計(jì)可理解為：根據(jù)預(yù)定義的零部件集合以及它們之間的相互約束關(guān)系，通過合理的配置組合，形成滿足客戶個(gè)性化需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程。產(chǎn)品配置的前提是已經(jīng)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(chǎn)品本身零部件之間的組成關(guān)系。

產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)是在保持產(chǎn)品基本功能、原理和總體結(jié)構(gòu)不變的情況下，根據(jù)需求的變化，從已有產(chǎn)品的原型出發(fā)，通過對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品局部結(jié)構(gòu)形式和工程約束的變異形成新的產(chǎn)品，來滿足不同工作性能的需求。其目的是快速、高質(zhì)量、低成本地生產(chǎn)新產(chǎn)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(shè)計(jì)

模塊化配置與變型設(shè)計(jì)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(diào)用金屬構(gòu)件模塊，根據(jù)客戶技術(shù)要求，進(jìn)行變型設(shè)計(jì)調(diào)整。

3.1 千斤頂?shù)哪K化

將千斤頂按照重要程度進(jìn)行分級(jí)。第一級(jí)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(guī)格，可覆蓋掩護(hù)式支架常規(guī)的工作阻力。將推移千斤頂分為φ125/90、φ140/90、φ160/105三種規(guī)格型號(hào)。第二級(jí)為平衡千斤頂，分為φ100/70、φ125/90、φ160/105、φ180/120、φ200/140五種規(guī)格。其余為第三級(jí)別，伸縮千斤頂分為φ63/45、φ80/60、φ100/70三種規(guī)格，護(hù)幫千斤頂分為φ100/70、φ140/105兩種規(guī)格，側(cè)推千斤頂分為φ63/45、φ80/60兩種規(guī)格，抬底千斤頂分為φ100/70、φ125/90兩種規(guī)格。

這樣理論上掩護(hù)式支架可存在5×3×5×3×2×2×2=1800種組合，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)各類千斤頂存在相互約束的關(guān)系，例如立柱φ200/160和φ230/160規(guī)格的千斤頂不會(huì)與φ200/140規(guī)格的平衡千斤頂組合使用，而這種約束關(guān)系需要建立內(nèi)部的規(guī)則去實(shí)現(xiàn)。

3.2 金屬構(gòu)件的模塊化

將結(jié)構(gòu)件按照與千斤頂?shù)囊蕾囮P(guān)系進(jìn)行分級(jí)。第一級(jí)為頂梁、底座、推移機(jī)構(gòu)。第二級(jí)為掩護(hù)梁、連桿機(jī)構(gòu)。第三級(jí)為護(hù)幫機(jī)構(gòu)、伸縮梁、側(cè)護(hù)板等。頂梁有四個(gè)千斤頂接口：立柱接口，平衡千斤頂接口，伸縮千斤頂接口，側(cè)推千斤頂接口。將立柱接口設(shè)為關(guān)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(chǔ)模塊。由基礎(chǔ)模塊通過千斤頂?shù)慕涌趨?shù)，衍生出不同的頂梁適應(yīng)性模塊。同理建立其他結(jié)構(gòu)件的基礎(chǔ)模塊和適應(yīng)性模塊。

3.3 實(shí)例

以ZY5200/19/42型號(hào)的掩護(hù)式支架為例?？蛻魧?duì)支架結(jié)構(gòu)的要求：整體頂梁，內(nèi)置伸縮梁，帶護(hù)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(jié)構(gòu)，便于移架。設(shè)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(jī)構(gòu)型式。雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。采用倒裝千斤頂整體推桿結(jié)構(gòu)。抬底裝置位于底座前過橋后側(cè)。千斤頂參數(shù)見表1。

可以根據(jù)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(gòu)件基礎(chǔ)模塊，按照客戶結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行參數(shù)化變型設(shè)計(jì)，極大縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。

4 結(jié)束語

（1）通過對(duì)掩護(hù)式支架的千斤頂和金屬構(gòu)件的模塊化設(shè)計(jì)，建立了支架產(chǎn)品配置數(shù)據(jù)庫。（2）根據(jù)客戶的需求，迅速的調(diào)用基礎(chǔ)模塊，并利用參數(shù)化技術(shù)變型設(shè)計(jì)后，可快速計(jì)算出產(chǎn)品的Bom和成本，極大縮短了設(shè)計(jì)和報(bào)價(jià)周期。

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