液压支架总体结构设计

摘 要 本文介绍了ZY4200/14.5/32型两柱掩护式液压支架总体结构设计方法。应用Matlab软件进行参数优化和弯矩计算，利用Pro/E三维建模进行运动分析，使用ANSYS软件对液压支架总体结构进行有限元分析。为液压支架总体结构设计提供参考。

关键词 液压支架；Matlab；Pro/E；安全系数；有限元

中图分类号TD3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）86-0122-02

1 液压支架主要技术参数

根据山西焦煤正益的矿井特点，研发了ZY4200/14.5/32型两柱掩护式液压支架。支架主要技术参数见表1。

支架总体设计方案：采用正四连杆结构型式，支护方式采用及时支护；顶梁结构为整体顶梁带铰接前梁，带护帮；底座为分体式刚性结构，底座上配置抬底机构；立柱前方设置人行通道；推移装置采用倒装千斤顶长推杆结构。

2确定液压支架变量

利用二次开发的Matlab软件对液压支架各设计变量进行优化设计。液压支架设计变量主要包括：顶梁与掩护梁的铰点变量L2、Y2；掩护梁前后连杆铰点变量Y0、Y1、Y5、Y6；底座前后连杆铰点变量Z1、Z2、Z3、Z4；前、后连杆长度变量G1、G2，如图1所示。

变量优化满足以下几点要求：1）支架由高到低双纽线轨迹始终向前，并且摆动幅度不超过100mm，；2）掩护梁背角大于18°；3）后连杆的水平夹角不超过85°；4）前、后连杆力绝对值之和最小；5）支架四连杆长度之和最小；6）满足平均支护强度0.53MPa～0.6MPa，底座前端比压1.6MPa～2.3MPa。综合考虑最终优化出一组参数。

3 三维建模

根据优化的参数和技术协议的要求进行Pro/E三维建模（尽量选择骨架建模方式，模型进行改动更方便快捷）。模型建好后进行运动分析，确保支架在最高和最低位置各零件间无干涉。

4 计算危险截面安全系数

应用Matlab软件分析摩擦系数f=0.2时顶梁、掩护梁、底座三大部件的最大弯矩和危险截面。利用Pro/E软件计算危险截面惯性矩和形心坐标。通过计算得出：顶梁柱冒处截面安全系数为1.26，掩护梁危险截面安全系数为2.58，底座柱窝处截面安全系数为1.20，均符合MT/T556-1996《液压支架设计规范》等相关标准要求。