基于VB的液压支架CAD设计平台探析

乐柱

摘 要：液压支架广泛应用于煤矿机械化综采作业面，随着其应用范围的不断扩大，传统液压支架产品设计和应用显露出滞后性，为此要开发基于VB环境下的液压支架CAD设计平台，结合液压支架的实际使用需求，利用三维设计软件和ACCESS数据库系统，进行不同模块的优化设计，包括整体受力、强度校核、三维参数建模、数据库等模块，实现基于VB的液压支架CAD设计平台的参数化、标准化。

关键词：液压支架 CAD设计平台 参数

中图分类号：TD35 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（c）-0109-02

回采作业面广泛应用液压支架，以实现对作业面顶板的支撑、采空区的有效隔离，对于提升综采效率和产量有极其重要的辅助性作用和意义。随着综采作业面的纵深发展，原有的液压支架设计和使用显露出滞后性，难以满足高工作阻力、高工作强度的作业需求。如传统二维力学模型设计为主的液压支架缺乏实时更新，各零件之间相互干涉等问题。为此，本文重点探讨基于VB的液压支架设计，运用三维设计软件和ACCESS数据库系统，研制和开发液压支架CAD设计平台，进行具有高可靠性液压支架的设计，较好地实现液压支架的模块化、参数化。

1 液压支架设计相关概述

液压支架用于对作业面顶板的支护，体现出良好的支护性、高强度、安全可靠的优势特点，普遍适用于综采机械化、自动化作业之中。在当前的液压支架设计之中，主要采用掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架，其中：（1）掩护式液压支架。是采用单排斜立柱结构的液压支架，有相对宽的掩护梁，适用于直接顶中等稳定以下、压力较弱的作业面，可以承受一定的水平推力，然而作业空间和通风断面较为狭窄。（2）支撑掩护式液压支架。该支架采用整体刚性和分体铰接的不同方式设计顶梁，并设计倾斜的两排立柱，使之支撑顶梁和底座；掩护梁部分上接顶梁、下连底座和连杆，并采用双人行通道，适宜于直接顶中等稳定及坚硬、压力极强的综采作业面。

本文重点研究两柱掩护式液压支架，将其设计为承载结构件、液压缸、控制元部件、辅助装置等零部件，其工作原理是利用不同性质的液压缸完成升降、推移等动作，具体来说，主要体现为以下方面：（1）支架升降。通过立柱的伸缩运动实现液压支架的升降操作，在初撑阶段，支架操纵单向阀将泵站输送的高压液体送至立柱下腔，立柱上腔进行排液，并升起活柱和顶梁，将顶板支撑起来。之后进入承载阶段，顶板下沉的压力使液压支架受到弹性压缩，液压缸出现弹性扩张，这就是支架对顶板的支撑力也即工作阻力，它通过安全阀泄出液体而使立柱下缩，并使立柱保持恒定的工作阻力。最后进入卸载阶段，即操纵阀位于降架位置，立柱上腔注入高压液体，而立柱下腔则排出液体，支架卸载完成。（2）拉架和推溜。在降柱卸载的条件下，由操纵阀将高压液体推移进入活塞杆腔，实现液压缸控制下的液压支架和输送机前移操作。

2 基于VB的液压支架CAD设计平台总体设计

基于VB的液压支架CAD设计是复杂的过程，要依循规划设计、方案设计、技术设计的流程进行运作，在基于市场调研的前提下，构思基于VB的液压支架设计方案，并使之转化为合理产品零部件的合理结构。

2.1 平台架构

要运用三维设计软件和ACCESS数据库系统，研制和开发液压支架CAD设计平台，并进行液压支架整体受力数据分析，了解液压支架运动状态、关键部件处于一定高度时的受力情况、底板比压分布等，并构建液压支架数据库，较好地提升基于VB的液压支架CAD平台的精准度和质量。

2.2 平台设计流程

基于VB的液压支架CAD设计平台以Visual Basic为集成开发环境，借助于具有开放性体系结构的三维设计软件Solidworks2009，实现面对对象的可视化程序开发和设计，通过向液压支架数据库调用适宜的参考架型，优化设计合理的支架四连杆结构，并对其进行整体受力分析、强度校核、立体三维干涉检查和运动仿真，最后进行CAE有限元分析和支架动力学分析，使之满足设计规范和相关要求。

3 基于VB的液压支架CAD设计平台的模块化设计应用

3.1 数据库模块设计

在液压支架的数据库模块设计过程中，要结合支架的不同架型进行设计，以掩护式液压支架数据库模块设计为例，主要包括以下设计内容：（1）数据库模块界面设计。要在该界面中显示液压支架的架型、技术特征、使用条件、技术与结构参数，对所有数据实现查询、修改、添加、删除操作和管理。其中，支架的技术参数包括有工作阻力、支架的长宽高及中心距、初撑力、支护强度、立柱缸径及柱径等。支架的结构特征参数主要包括有掩护梁及前后连杆的长度、顶梁与掩护梁铰接点的水平距离和底面距离、立柱上铰点与顶梁的距离等。（2）建立液压支架数据库。可以选取基于VB的Access可视化数据管理库，采用ADO数据访问接口，添加ADO控件，并设置ConnectionString属性。

3.2 优化设计模块

要进行液压支架的优化设计，以支架工作高度和工作阻力为例，可以采用复合型法进行掩护式工作面液压支架的四连杆结构优化设计，改善掩护式工作面液压支架四连杆结构的整体受力状况，并保证支架前后连杆受力最小。

3.3 液压支架整体受力模块设计

考虑到液压支架的顶板压力大小、作用位置、顶板与顶梁接触状况的变化因素，要进行液压支架整体受力情况分析，精准获悉一定高度条件下各部件的空间几何关系、受力变化情况，进行截面强度计算和校核。具体来说，可以利用Matlab和VB混合编程技术，简化显示液压支架运动分析模型，计算刚性铰接支架结构各铰接点的坐标，设计相关程序，输入液压支架的立柱工作阻力、平衡千斤顶、支架最高及最低工作高度等数据，计算分析液压支架顶板载荷、顶梁与掩护梁铰点合力、底板比压等参数，获取液压支架在不同工作高低状态下的受力情况。

3.4 液壓元件校核模块设计

可以在液压支架CAD设计平台中设计并确定“立柱校核程序”，界面展示相关的立柱校核参数，如活柱全部伸出时活柱端部销孔至最大挠度处的间距、活柱直径、外缸的内外径、立柱最大工作阻力等，在程序中输入相关的参数进行计算分析。同时，还要选择和确定“千斤顶校核程序”，在程序中输入相关的参数：油缸最大工作阻力、立柱总重量、油缸轴线与水平线的夹角、缸筒内的液体压力，活塞杆与导向套处最大配合间隙、缸体壁厚等，并进行油缸挠度、活塞杆合成应力、安全系数的计算和自动分析。通过上述液压元件的校核模块设计，可以实现双伸缩油缸的稳定性校核、活塞杆强度校核和缸体强度校核。

4 结语

综上所述，基于VB的液压支架CAD设计采用先进的计算机信息化平台，运用类比优化的理念和思想，对液压支架进行三维参数设计，集成液压支架相关数据库，进行液压支架的整体力学分析和强度校核，实现基于VB的液压支架模型高度参数化、自动化。未来还要加强对液压支架的CAE模块的开发，要运用参数化设计语言和软件进行液压支架设计的二次开发和封装，并全面反映VB环境下液压支架的动力学参数，完善支架顶梁、掩护梁、底座的强度校核模块。

参考文献

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