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1、2009 年全国技工教育和职业培训优秀教研成果评选活动参评论文液压支架 CAD 及可视化研究液压支架 CAD 及可视化研究- 1-液压支架 CAD 及可视化研究摘要：介绍了放顶煤液压支架 CAD 系统的设计思想和设计过程、描述该系统的结构和基本功能。关键词：液压支架 CAD，Visual Basic 程序设计Keyword：CAD of hydraulic powered shield caving support, VB programme1 概 述我国从 70 年代中期才开始液压支架 CAD 技术的应用研究，主要内容是计算机辅助几何设计和计算机辅助绘图，虽然取得了不少的成果，但由于计算机整
2、体水平的落后，CAD 发展始终处于落后状况。在液压支架计算机辅助设计等方面的研究，我们虽取得了一些进步，但由于起步较晚，远远落后于一些先进国家。同时在我国的工业领域中，液压支架的设计和制造技术水平相对落后于其它行业，主要表现在设计中主要以静态的、经验的方法为主；CAD 技术虽有应用，但起步晚，应用水平低；CAPP( 计算机辅助工艺设计 )、CAM( 计算机辅助制造 )的应用几乎还是空白；各种工序中工作机构的动作和工况转换的控制还是以手动为主，最先进的微电子控制技术还很少采用；目前，计算机在液压支架设计方面主要用于优化设计、有限元分析、强度校核以及极少部分图纸绘制，在计算机辅助设计方面实现的不彻
3、底，全面系统的 CAD 技术还未能得到应用。液压支架的制造还处于传统制造阶段，即按照手工绘制的图纸先制造样机，试验合格再讲才进行批量生产。我国的放顶煤液压支架技术自 1984 年以来也在技术上不断发展。随着计算机技术的发展，改变液压支架设计制造的落后状况，无疑需要改变原来的设计制造模式。将计算机技术尤其是 CAD 技术应用于液压支架设计中是当前研究的热点，也极具发展和应用前景。本文将重点探讨集成 CAD 系统在液压支架设计中的应用：即将从液压支架原始条件的输入、结构参数的优化、支架整体和各零部件受力分析、强度校核、动态特性分析、直至绘制出相应图形的整个设计过程集成在一起，用一个软件来实现。如果
4、用户有特殊要求还可以考虑集成有限元分析和可靠性分析模块。 2 系 统 结 构 和 设 计 过 程采煤机械和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。支护设备的发展将带动煤炭开采 各环节的变革，现代煤矿支护设备的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的支护设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。液压支架是典型的小批量多
5、品种生产，先由客户提出使用要求，再由生产厂家进行设计。由于客户的使用环境各不相同，所以几乎每次都要重新设计，设计任务相当繁重。为摆脱繁杂的计算工作和大量重复性劳动，将计算机技术和传统设计相结合，将液压支架 CAD 技术应用于运动学分析、力学分析、有限元分析、机械绘图等方面。大大提高了设计效率。在以上思想的指导下本设计采用软件设计的方式在很大程度上实现了液压支架设计的自动化：着重于 ZFS 系列低位放顶煤支架整体设计和零部件设计、受力分析和强度校核，四连杆运动分析、液压缸设计和自动化绘图。软件分为：顶梁、掩护梁、底座、立柱、四连杆、千斤顶六个模块。各个模块相对独立而又合成一个 CAD 软件包。软
6、件大小约为 100MB，提供良好可移植性，实现设计液压支架 CAD 及可视化研究- 2-成果的快速共享。设计流程为：(1) 根据液压支架设计依据和地质条件如顶板性质、煤层厚度、顶压、瓦斯含量等进行总体方案的拟定和结构分析。结合以往设计经验初步确定外形尺寸，和工作阻力。(2) 在已知基本参数情况下进行液压支架整体和各零部件受力分析；在软件的运行界面上直接输入参数然后单击受力分析按钮即可自动实现受力结果的显示。(3) 实现液压支架的强度校核，其中包括零部件的剪力计算，弯矩计算，筋板校核。(4) 实现运动件的动态特性分析(5) 当所有验算校核均通过时可单击保存设计数据按钮将设计数据保存为TXT 文本
7、文件。单击出图按钮时于AutoCAD 建立通信连接绘制出所需图形最后保存为 dwg 文件。程序设计流程图如右图所示：软件的开发环境：操作系统：Windows XP Professional Edition；开发工具一：Microsoft 公司的 Visual Basic 6.0 简体中文企业版；开发工具二：Autodesk 公司的AutoCAD 2004 简体中文版；软件的运行环境：本软件在 Windows2000 Professional、Windows XP Home Edition、Windows XP Professional Edition 中调试通过，可稳定运行于以上操作系统中。本
8、软件包提供：在 VB6.0 开发环境下的各种工程文件；包括：工程文件（*.vbp） ，模块文件（*.bas） ，窗体文件（*.frm） ，二进制数据文件（*.frx）等；包括所有源代码，支持用户进行二次开发，但开发者不对使用不当造成的损失负责任。脱离 VB 环境独立运行的可执行文件（*.exe） ；AutoCAD 格式的代码文件，备份文件，AutoCAD 宏等；3 结 论本次设计中，为了实现 ZFS 系列放顶煤液压支架规定功能需要确定系统的具体设计指标以及衡液压支架 CAD 及可视化研究- 3-量标准，并依靠计算机辅助设计优化设计方案和质量标准从各方面进行综合考虑，以达到最优的性价比和较为理想
9、的设计功能要求。现从经济和技术两方面进行分析以求达到要求的目的。煤矿支护机械系统设计的一个重要的任务就是以最低的费用为使用者提供所要求的功能，以求达到最高的性能价格比。采用设计制造费用比较法即制造费用作为主要的评价目标选择最优设计方案，其评价值为理想费用和实际费用之比。理想费用可按照允许制造费用的 70%来计算。而允许费用一般按照市场最低价格确定，同时保证产品经济而又有足够的使用寿命，实际费用应该包含材料费、工资费用、和管理费用等。经济价值越大，经济效益越好。采用本设计后的 ZFS 系列放顶煤支架能明显减少设计周期和设计费用，同时设计产品的性能有了相对提高。总体上看，本次放顶煤液压支架计算机辅
10、助设计克服了传统设计的一些缺点，系统统把参数输入、运动分析、力学分析、结构设计和图形输出集成在一起，形成一个体系，大大提高了设计质量，缩短了设计周期，在技术与经济两方面达到了较优结合。可以获得良好的经济效益，可为厂家研制更为优良的产品提供有效帮助。参考文献1智能设计周济 查建中 高等教育出版社 1998.52液压支架优化设计及计算机模拟分析 王国彪 机械工业出版社 1994.103采煤工作面液压支架设计 丁绍南 世界图书出版社 1992.34Visual Basic 程序设计简明教程 龚沛曾 陆慰民 杨志强 高等教育出版社 2001.95AutoCAD Visual Basic 开发技术 张国宝 科学出版社 2000.1
