液压支架及综采工作面配套三维动态设计平台.pdf

第 1 6卷 第3期 总第 1 0 0期 2 0 1 1 年 6月 煤 矿 开 采 Co a l mi n i ng Te c h n o l o g y V o 1 ． 1 6 N o ． 3 S e r i e s N o ． 1 0 0 J u n e 2 0 1 1 液压支架及综采工作 面配套三 维动 态设计平台 任怀伟 ，李提建 ，徐亚军，王建国 天地科技股份有 限公司 开采设计事业部 ，北京 1 0 0 0 1 3 [ 摘要] 针对目前液压支架设计缺乏专业化、集成化设计软件的问题，利用三维设计软件 P r o ／ E进行二次开发，将 已有的液压支架设计知识和经验固化到程序 中，并结合 P r o ／ E系统的 T o p d o w n流程、有限元分析模块和3 D Ma x动态模拟系统，开发 了液压支架及综采工作面配套三维动态设 计平 台，集设计、运动仿真、力学分析和工作面配套模拟为一体。该平台的应用可大大提高支架的设 计效率 ，充分保证支架 的设 计质 量和 适应性。 [ 关键词] 液压支架；动态设计；P r o ／ E二次开发；工作面配套模拟 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 1 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 1 1 0 3 - 0 1 0 1 -0 6 3 - D Dy na mi c De s i g n Pl a t f o r m o f Po we r e d S upp o r t a nd Eq ui p me nt s M a t c h i n g f 0 r Ful l - me c ha ni z e d M i ni ng Fa c e R E N H u a i ． w e i ， L I T i ． j i a n ，X U Y a - j u n ，WA N G J i a n g u o C o a l Mi n i n g＆D e s i g n i n g D e p a r t me n t ，T i a n d i S c i e n c e＆ T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ，C h i n a Abs t r ac t Ai mi n g a t t he pr o b l e ms i n c ur r e nt p o we r e d s u pp o r t d e s i g n i n c l ud i ng s p e c i a l i z a t i o n a nd i n t e g r a t i o n a bs e n c e，a p pl y i n g 3- d d e s i g n s o f t wa r e P r o ／ E t o s o l i d i f y i n g p o w e r e d s u p p o rt d e s i g n k n o w l e d g e a n d e x p e r i e n c e i n t o p r o gra mme ，c o mb i n i n g To p d o wn p r o c e d u r e o f Pr o ／E，fini t e e l e me n t a n a l y s i s mo du l e a nd 3DMa x d y na mi c s i mul a t i o n s y s t e m o f Pr o ／E s y s t e m ，a 3- d dy na mi c de s i g n p l a t f o r m o f po w e r e d s u p p o r t a n d e q u i p me n t s ma t c h i n g f o r f u l l me c h a n i z e d mi n i n g f a c e w a s d e v e l o p e d ． T h e s y s t e m i n t e g r a t e d d e s i gn ， mo v e me n t s i mu l a t i o n，me c h a n i c a l a n a l y s i s a n d e q u i p me n t s ma t c h i n g ． I t s a p p l i c a t i o n wo u l d i mp r o v e l a r g e l y d e s i g n e f f i c i e n c y o f p o w e r e d s u p p o r t a n d e n s ur e d e s i g n q u a l i t y a n d a da p t a b i l i t y． Ke y wo r d sp o we r e d s u p p o rt；d y n a mi c d e s i g n ；P r o ／ E s e c o n d a r y d e v e l o p me n t ；s i mu l a t i o n o f f a c e e q u i p me n t 目前 ，液压支架设计 已经从传统的二维绘图跨 入到 三维 虚 拟 设 计 阶 段⋯。2 0 0 0年 后 ，P r 0 ／ E， S o l i d Wo r k s ，U G等 中高端 三维设计 软件就 已经开 始在煤机行业推广应用。然而，这些设计软件基本 上只是作为绘图工具在应用，设计人员往往需要借 助其他计算工具来完成结构方案设计 ；另一方面 ， 作为通用软件 ，一般三维设计软件无法提供液压支 架设计过程中所需要的设计知识和设计思维。 针对上述 问题 ，本文利用 已有的 C A D设计平 台P r o ／ E，对其进行二 次开发，将 已有 的液压 支架设计知识和经验 固化到程序 中，并结合 P r o ／ E 系统 的 T o p d o w n流程 、有限元分析模块 和 3 D Ma x 动态模拟系统 ，开发 了液压支架及综采工作 面配套 三维动态设计平台 ，集设计 、运动仿真 、力学分析 和工作面配套模拟为一体 ，涉及了影响液压支架结 构的所有方面。该平台的开发使液压支架设计有 了 自己的专业化设计平台 ，不但大大提高 了支架设计 效率 ，而且充分保证了支架设计质量和适应性。 1 总体思路 液压支架及综采工作面配套三维动态设计平台 的设计流程如图 1 所示。实现这一过程的总体思路 为 充分利用 P r o ／ E的三维设计和计算功能 ，通过 P r o ／ T o o l K i t 编程，将 自顶向下结构设计、参数优 化 、有限元分析和工作面三维配套模拟集中到一个 平台之上 。通过数 据 的双 向传 递将 P r o ／ E，A n s y s 和 3 D Ma x有机联系起来 ，实现设计 、分析和模拟 的一体化。在设计系统中，P r o ／ E设计完成的三维 模型通过接 口程序导 人到有限元分析及 优化模块 中，优化计算完成后 ，结果返回 P r o ／ E生成最优方 案 ，再通过工作面配套模拟系统验证其是否符合使 用要求 。 2 设计平台构成及关键技术 2 ． 1 液压支架参数化设计 对于具体情况下的液压支架选型，必须综合考 [ 收稿 日期 】2 0 1 1 - 0 4 2 0 [ 基金项 目]“十一五” 国家科技支撑计划项 目大采高综放液压支架研发 2 0 0 8 B A B 3 6 B 0 3 ；天地科技股 份有 限公 司青年科技创新项 目 液压支架智能化辅助设计平 台研究 T Z G Y一 2 0 1 0 一 K C 一 2 。 [ 作者简介 ]任怀伟 1 9 8 0 一 ，男 ，河北廊坊人 ，煤炭科学研究总 院博 士后。 l 01 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 0 0期 煤矿 开 采 2 0 1 1 年 第 3期 图 1 液压支架及综采工作 面配套三维动态设计平台流程 虑直接顶类 别 、基本 顶级别 和底板类别 j 。对各 种典型的围岩组合 ，从有利于改善支架与围岩适应 性方面考虑 ，依据 M T 5 5 4 1 9 9 6 采煤工作面顶板 分类 附件中给出的选型建议给出推荐的架型。 通过液压支架选型可得 出某一种架型的骨架结 构 ，作 为 后 续 参 数 化 设 计 的 基 础。骨 架 模 型 s k e l e t o n 是用以定义模型基本结构 、参数和装配 关系的草绘图，其体现 出了液压支架的基本结构关 系与装配体信息 j 。严格来说，骨架模型可分为 2 种 ，一种为静态的骨架 ，一种为运动骨架。静态骨 架是将产 品的所有零件特征都集中在一个骨架模型 中，零部件间没有相对运动。运动骨架则是每一个 零部件 自成一个小骨架 ，这些小骨架再装配成整个 产品的骨架 ，零部件间可以实现相对运动。一般情 况下，产品设计都是依附于某一种骨架进行。因为 液压支架结构件间的关联性较强 ，某个零部件的形 状很多时候是 由其周边零部件的外形及运动空间决 定的。在静态骨架 中，由于零部件均在 一个骨架 中，就可以直接利用其他零部件的外形轮廓确定当 前零件的外形线条。但静态骨架零部件问无法做相 对运动 ，不能实现后续 的连杆机构 优化和运动仿 真。倘若只采用运动骨架，虽然可以实现相对运 动 ，但 由于运动骨架实际是有多个小骨架零件组成 的，无法在零件编辑环境下 ，通过参考周边零部件 l 02 来确定当前零件的形状。 为克服上述矛盾 ，同时采用静态 和运动骨架 ， 通过发布几何与复制几何将两套骨架联系起来 。 静态骨架用来设计零件外形 ，运动骨架则承载 机构和运动相关 的信息。需要说 明的是 ，虽然静态 骨架不能运动 ，但可以通过调整顶梁和底座问的距 离使骨架处于最高／ 最低位置 ，就可 以通过连杆 的 形状和运动情况确定斜梁 中间盖板的形状 。 为实现参数化设计 ，还需在骨架模型的基础上 定义布局 ，以实现参数化设计。支架布局分为骨架 模型参数控制布局与筋板布置参数控制 布局 2类 ， 分别对应骨架模型 中的纵 向骨架和横向截面骨架。 前者主要反映支架纵向结构几何关系，后者主要反 映支架横向空间位置关 系。 1 骨 架模 型参数控制 布局 如图 2所示 ， 骨架布局将 四连杆机构 、顶梁 、底座 以及掩护梁长 度 、平衡千斤顶与立柱空间位置关系等尺寸定义为 参 数 。 图 2 支 架 平 面 杆 糸布 局 液压支架模型参数说明 为长度方向／ 连杆机构长度结构参数 水平 方 向 ；B 为 高度／ 厚 度 方 向结 构 参 数 竖 直 方 向 ；S i 为平衡千斤顶固定位置／ 掩护梁长度参数； E为底座末端 到后 连杆铰点水平距离 ；L 为底座 前端到煤壁距离 ；L 为顶梁长度。 2 筋板布置参数控制布局 图 3为筋板布 局 。在布局 中定义参数后 ，通过声明操作完成布局 与骨架的关联操作。这样修改布局参数 ，便能控制 骨架模型数据修改 ，完成参数化设计 目的。 2 ． 2 液压支架结构件辅助设计流程 在设计过程 中，每一个设计步骤都可能有多种 设计方案 ，需要根据需求和设计原则选择最佳的方 案 j 。 最佳设计方案应从设计 、 材料 、 工艺等多 种角度进行评价， 且每个部件所遇到的设计问题都 不相同。液压支架辅助设计系统 中给出了几个主要 部件的设计流程控制 ，如图 4所示结构件 自顶 向下 冒固囡 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 任怀伟等液压支架及综采工作面配套三维动态设计平台 2 0 1 1年第3期 底 座 一与 后 连 杆 铰 点 巾 ．峨顶 粱 掩 护 梁 铰 点 中 心 线 后连杆与掩护梁 点中心线 底痤 后连杆掩护粱 顶梁 图3 液压 支架筋板布局 架 ，在此基础上开始底座三维结构 的设计。 图4 液压支架结构件自顶向下设计菜单 图6 液压支架底座二级骨架选择对话框 设计菜单 ，这里以底座设计为例说明。 在整体骨架 中，底座部分仅仅只有描述外形及 与其他部件连接尺寸的线条 。为形成设计者可 以直 接设计三维模型的基础 ，控制更多的细节结构 ，需 要在一级骨架的基础上 ，添加表达内部零件形状和 相互位置关系的点 、线 、面 ，构成二级骨架。如图 5所示 ，为支架的一级与二级骨架。 图5液压支架一级 骨架 与二级 骨架 如前文所述 ，每个设计步骤都有可能有多种方 案，因而可以形成各种不同的结果。所以，基于一 个一级骨架可以设计出若干个不同的二级骨架。如 图 6所示 ，点击 “ 结构件 自顶 向下设计 ”一 “ 底 座” ， 通过对话框选择和约束出一个合适的二级骨 结构件 中零件问有很多 的相互位置 和空间约 束 ，且 由于结构件中的零件多是以焊接方式结合在 一 起 的，因而在设计结构时还要考虑到焊接的工艺 性 。在三维软件中考虑上述问题就涉及到一个零件 建模顺序的问题 ，这也是结构件设计流程控制 的重 点。液压支架结构件多为箱型结构 ，主要是由各种 形状 的钢板焊接而成。结构件的外形尺寸总是确定 的，而其 内部的某个位置是否需要设置筋板 、筋板 的厚度和尺寸等都 随着对结构件强度要求 的不 同而 有所变化 。也就是说 ，结构件中的许多板件并没有 严格 的位置 、尺寸要求 ，只有当确定其放在哪些位 置后 ，才 由周边 的零件 空间约束确定其 具体 的尺 寸。因而 ，必须按照设计意 图，先确定那些 自身尺 寸不受其他零件影响的零件，然后通过 “ 空间借 用” 已有零 件上 的几何 元素来 设计后 续 的零件。 只需要关心零件能否达到想要实现的功能，而不必 关心它们的具体尺寸。 每个部件的结构不同，建立零件模型的顺序也 不相同，因而有必要对每种部件的设计顺序进行规 范和整理，使每个设计者在设计时都能按照统一的 设计顺序进行 ，而不至发生需要借用前端零件几何 1 0 3 厂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 0 0期 煤 矿 开 采 2 0 1 1 年 第 3期 元素时该零件却不存在的问题。一般情况下 ，建立 底座三维模型的顺序如图7 。 图7 基 于骨架的底座三维模 型建模 顺序 在底座二级 骨架 的基 础上 ，采用 插入 “ 新零 件” 的方法依次进行零件设计 。图 8即采用上述 方法创建的底座模型。 图8 采用标准建模顺序创建的底座模型 2 ． 3液压支架有限元分析 与优化 通常情况下支架结构设计与有限元分析是分别 进行的，即产品结构模型和有限元分析模型是独立 的，两 种模 型 自身 的改 动都 不 能 影 响另 外 的模 型[ 6 - 8 ] 。在本文开发的设计平台中，结构模型和有 限元模型是相互关联 的修改 P r o ／ E模型 ，A N S Y S模 型 随 之 改 变 ；反 之 ，改 变 A N S Y S模 型 ， P r o ／ E模型也随之相应变化 。这样 ，在结构设计过 程 中可随时进行有限元 的分析计算 ，校核设计方案 的强度 ；在有限元模型上得 出的优化结果也可实时 传递到 P r o ／ E的几何模型上 ，即刻利用到设计方案 中，真正达到有 限元实施动态分析的 目的。A n s y s 中的 D e s i g n X p l o r e r 模块具有 功能强大 的多 目标优 化功能 J ，利用其可对 C A E模型进行参数化处理 ， 并绘制设计空间，计算得到多项指标皆趋于最好的 优化方案。一个典型 的有限元优化流程如图9 。 整个过程分为 3个主要步骤 首先 ，通过求解 约束条件并综合其他 因素的影响 ，初步确定箱型结 构 的尺寸。在 P r o ／ E中建立三维结构模型并将需要 优化的参数设为状态变量；随后将三维模型导入 A n s y s 进行常规的结构静力学分析 ，从而得出初始 结构的应力分布 ；设定 目标函数为最大等效应力和 总质量 ，然后进 入 D e s i g n X p l o r e r模块 ，给定状 态 1 0 4 图9 箱型结构有限元优化计算流程 变量的变化范围。程序 自动改变设计参数集并进行 迭代计算 ，直至求得若干局部最优解 也称设计 样本点 。最后 ，通过设定多个 目标 函数 的优先级 和 目标极限，在设计样本点中找出最优设计方案。 2 ． 4基于 m a x s c r i p t 综采工作面配套三维动态模拟 相 比数 据和二维 图形 ，三维仿 真能 给人 更全 面 、更直观的信息。将设计好的三维几何模型导入 到综采工作面进行配套情况模拟，能充分展现支架 结构和工作状况 ，有效评估支架设计和设备配套 的 合理性 。3 d m a x是 d i s c r e e t 公 司的知名三维设计软 件 ，它提供 了强大的三维建模 、材质 、灯光 、动画 能力 ，并且提供了完全开放 的开发环境。结合其内 建的 m a x s c r i p t 语言可 以开发 出完美 的虚拟现实作 品。本文用 ma x s c r i p t 语 言开发 “ 综采工作面配套 三维动态设计系统” 。 2 ． 4 ． 1 系统结构 综采工作面配套设备包括采煤机 、液压支架 、 刮板输送机 、破碎机 、转载机和胶带输送机等。支 架 、采煤机和输送机的运动都是有规律的运动 ，可 以用数学表达式描述 ，ma x s c r i p t 内置的计算和编程 功能可以完成上述运动。利用该设计系统可以制作 常规的综采工作 面配套运动 ，对 于其 他特殊 的运 动 ，可以在设备通 用运动完成后 ，利 用 3 d m a x的 交互界面单独制作。 2 ． 4 ． 2 综采工作 面配套设备运动分析 综采工作面配套运动模拟可以定位在支架 、采 煤机和刮板输送机三机的运动模拟上。采煤机 的链 轮在刮板输送机销排上牵引实现往复运动 ，同时滚 筒旋转作破煤 、装煤运动。由于牵引链轮位于采煤 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 任怀伟等液压支架及综采工作面配套三维动态设计平台 2 0 1 1年第3期 机机身下面 ，其运动不易观看 ，故可将牵引链轮和 销排的啮合运动简化成采煤机机身沿输送机的往复 运动。 刮板输送机 中链轮的旋转带动刮板链和刮板做 往复循环运动 ，支架推溜时输送机作弯曲运动 。刮 板运煤时链条和刮板 的运动被模拟煤流的特效粒子 系统覆盖 ，所以刮板输送机的运动可以简化为输送 机的弯曲运动。三机 中液压支架 的结构变化最大 ， 结构不同 ，支架的可动部件各异。以带一级护帮板 的一次采全高支架 为例分析 ，采煤机到来前 ，支架 收 回护 帮板 ；采煤机 割煤过后 ，液压支架 完成降 架 、移架 、升架和打开护帮板 的动作。其中护帮板 的打开 、收 回动作和升、降架动作相互独立 ，且都 是油缸 或立柱 带 动各连接部 件运动。可见支 架内部各元件间的运动是相互协调的。根据采煤工 艺 ，采煤机过后一定距离 ，支架推溜。推移千斤顶 为主动件 ，其带动推杆推移刮板输送机前进一个步 距 ，使刮板输送机 的弯曲点发生变化 。采煤机的运 动轨迹也要在相应弯曲点变化 。这组运动也是协调 运动 ，较为复杂。 可见 ，综采工作面配套设备 的运动是各设备相 互协调 的运动。护帮板的收 回动作一定要在采煤机 到来前完成；降架、移架、升架和伸护帮的动作要 在采煤机过后完成等。不同采煤工艺，不同支架结 构 ，需编制不同的设备运动顺序卡片供系统调用。 2 ． 4 ． 3综采工作 面配套运动的参数化 1 支架运动的参数化 关键帧动画指出 给定物体关键时刻的姿态，系统使用控制器进行插 值计算任意帧时物体的姿态。由于支架内部元件间 的运动是相互协调的 ，一个部件做匀速运动时 ，与 之相关的其他部件可能在做变速运动。结果是各部 件在关键帧时姿态正确，而中间帧时插值方法使得 各部件处在不正确的位置 。动画展示的效果是各连 接部件在中间帧时脱离铰接点 。为此 ，采取缩小关 键帧时间间隔的办法 ，用一系列密集的关键帧拟合 物体 的运动曲线 ，弥补插值运算带来的误差 。如图 1 0所示 ，建立正四连杆液压支架数学模型。 O为后连杆 铰点 ；A为后连杆与掩护 梁铰点 ； 0 ， 为前 连杆铰点 ；C为 前连杆 与掩护 梁铰点 ；E 为掩护梁与顶梁铰点；0 为后连杆与 轴的夹角； 为 与 轴夹角 ； 为 A C与 A C 间夹角。 A点的坐标为 L 2 e o s 0 1 【 YA L2 s i n0 。 。 C点的坐标为 J A L 1 ～前连杆长度 ；L 2 一后连杆长度 ； L 3 一掩护梁长度 A J_ 2 【 A 其 中 厶 1 8 一 1 一 一 3 一 Y A 一Y 3 一 ； a 1 K2 b2 K A 一 3 一2 y 3 ； c A 3 Y 3 。一 1 E点 的坐标为 f E 3 4 c o s ／ ， 、 【 Y EY A L 3L 4 s i n O t 其中 a t n L 1 8 ／ ； O ／ a t n l Y 。一Y A ／ 。一 A j 上面 ，c，E点 的坐标 均是 0的函数。支架 初始姿态确定时 0即确定，A ，c ，E点坐标即确 定。这些铰接坐标点是支架初始状态时各部件局部 坐标需要平移的点 。同样方法可 以求 出支架其他可 动部件 比如小 四连杆 的铰接点。另外 ，图所 示的 坐标系方 向和 3 d m a x内置的世界坐标系 方 向相反 ，局部坐标系移动时， 方向的数值要取负 号。 0值和帧频联 系起来 ，便能建立可动部件 的姿 态和帧频 的一一对应关系 。在 m a x s c r i p t 语言 中运 用 f o r 循环语句及相应的创建关键帧函数便能实现 支架可动部件协调运动。 2 其他设备运动的参数化 采煤机的运动 可 以简化为沿刮板输送机的匀速往复运动。支架推 溜时刮板输送机发生弯曲，采煤机的运动轨迹也会 相应发生变化。同时采煤机 的前后 滚筒做旋转破 煤、装煤运动。滚筒和采煤机机身的运动关系可以 通过定义父对象和子对象来实现。刮板输送机的中 部槽间用哑铃或大环连接，既保证 了中部槽一定的 】 05 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 0 0期 煤 矿 开 采 2 0 1 1 年 第 3期 转动空问又使刮板输送机有一定的刚度 。支架推溜 时 ，刮板输送机呈平缓弯曲。这组运动包括 3个分 运动 一是推移千斤顶和推杆组成的推移机构的运 动 ；二是刮板输送机的弯曲运动 ；三是采煤机在此 弯曲段可能的往复循环运动。推杆和输送机中部槽 的弯曲运动可以通过定义父对象和子对象来实现 ， 推溜机构如 图 1 1所示。中部槽 为父对象 ，变 中部 槽的被动弯曲为主动弯曲， 从而带动推杆移动。中 部槽 的弯曲运动可以通过路径约束来实现 。每节 中 部槽都约束在既定 的路径 样条 曲线 上。不 同 的关键帧处通过改变样条曲线的弯曲形状从而改变 刮板输送机的弯曲。采用相同的方法 ，将采煤机约 束在同一路径上便可实现采煤机在刮板输送机弯曲 段的往复运动。 图1 1 推溜机构 2 ． 4 ． 4 搭建人机交互界 面 利用 m a x s c r i p t 语 言搭建人机交互 界面创建 自 己的工具、卷展栏、 按钮等，制作综采工作面配套 动态设计平台 ，可以方便编程者 以外的人员进行相 关工作 。系统主体基本框架完成后 ，可以分别在卷 展栏下添加相应的功能代码 。主框架添加成功 ，会 在 m a x s c r i p t 下的 u t i l i t i e s 菜单下显示主框架的系统 标签名称。 系统的总体功能包括参数的初始化模块、模 型加载模块 、 设备动作设定模块和运动仿真模块。 1 参数的初 始化模块 主要包 括 2部分。 一 是工作面参数 ，包括巷道长度和支架工作高度以 及采煤机和输送机型号。二是支架的结构参数 ，给 出支架架型、稳定机构形式、顶梁形式、护帮板形 式和立柱形式。支架的结构参数决定了可动部件的 数量。 2 模 型加 载模 块 其功能有 3个 。一 是通 过浏览文件夹的方式找到支架可动部件 的 ． s t l 模型 所在的位置，并提取模型文件名。二是模型名称映 射，目的是将程序用名和模型的名称统一起来；三 是加载单个支架模型 ，并进行定位。 3 设备动作设定模块 由于采煤机的往返 1 0 6 运动贯穿于整个模拟时间段内 ，刮板输送机的弯 曲 运动要配合支架的推溜动作 ，所 以设备运动的主角 是液压支架。支架动作设定后 ，系统会 自动根据支 架结构和可动部件 的起止帧参数制作单机动画 ，并 载入单个支架供用户进行可动部件数量检查及动作 检查。 4 运动仿 真模块 运动仿真模块是仿真系 统的核心 ，有 大量 的 m a x s c r i p t 脚本程序支 持。这 些程序除用于载入并定位输送机和采煤机模型外 ， 还根据支架可动部件的关键帧值计算采煤机行进速 度 。此外 ，ma x s c r i p t 可 以处理包含 通配符 的字符 串，利用该功能可以对模型批量处理。仿真系统默 认同时操作4台支架进行配合动作采煤机距离支 架组 1 个支架 中心宽度时 ，支架组开始动作 ；采煤 机后滚筒远离支架组 1个支架 中心宽度时 ，支架组 进行降移架动作 。图 1 2为综采工作面配套动态模 拟的效果。 图 1 2 综采工作面配套场景效果 3结 论 1 将设计 、分 析和工作 面配套模 拟集成在 一 起 ，提出了液压支架及综采工作面配套三维动态 智能化设计平台，一次性完成液压支架设计的全部 流程 ，提高了支架的设计效率 ，充分保证 了支架的 设计质量和适应性。 2 基于 P r o ／ E二次开发 ，开发液压 支架智 能化设计系统 ，将已有的液压支架设计知识和经验 固化到程序 中，结合 P r o ／ E系统的T o p d o w n流程 ， 通过参数化手段实现快速变形设计和创新设计 。 3 通过 A n s y s 和 P r o ／ E的双向数据传递实现 了实时的有限元分析和优化 ，有限元模型和几何模 型通过参数互联 ，提高了有限元计算 的效率。 4 开发与 P r o ／ E互连 的 3 D Ma x动态模拟 系 统 ，可将设计好的液压支架几何模型随时导人工作 面虚拟环境中，检查液压支架与采煤机等其他设备 的配套效果 ，及时发现存在的问题并修正。 下 转 1 1 8页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 0 0期 煤矿 开 采 2 0 1 1年第 3期 1 冲击矿压 的类型多种 多样 ，但无论是 哪 种类型 ，均是应力作用下煤岩体突然破坏的结果 ， 采动应力是冲击矿压发生的主要诱发因素。 2 采动应 力在 一定 范 围 内是 可 以控 制 的， 对于煤岩体 中应力的控制是防治冲击矿压 的重要手 段 ；煤岩体的冲击矿压是可以防治的。 3 采动应力监测 系统能够对 回采工作 面范 围内的煤岩体应力演化规律进行监测 ，能够实时 、 准确地评价煤岩体的冲击危险性 ；微震监测技术能 够监测矿井范围内应力演化 ，对于矿井范围内煤岩 介质应力变化及破断位置的监测具有突出优势 。 4 基于采动应力控制理论 的爆破卸载 防治 冲击矿压技术 ，已经广泛应用于实际矿井 ，从工程 效果来看 ，采用深孔断顶爆破技术 ，能够有效破坏 煤岩体系统的应力分布状态和聚集弹性能的条件 ， 进而促使顶板断裂 ，削弱采空区与待采区之间的顶 板连续性 ，同时释放顶板 中所聚集的能量 ，减小顶 板来压时的强度和冲击性 ，从而达到防治冲击矿压 发 生 的 目的。 [ 参考文献 ] [ 1 ]齐庆新 ，李首滨 ，王淑坤．地 音监测 技术及其 在矿 压监测 中 的应用研究 [ J ] ．煤炭学报 ，1 9 9 4 ，1 9 3 2 2 1 2 3 2 ． [ 2 ]姜福兴 ，L u o X u n ．微震监测 技术在矿 井岩层破 裂监测 中的应 用 [ J ]．岩土力学与工程学报 ，2 0 0 2 ，2 4 2 1 4 71 4 9 ． [ 3 ]窦林名 ，何学秋 ，王恩元 ．冲击矿 压预测 的电磁 辐射技 术及 应用[ J ]．煤炭学报 ，2 0 0 4 ，2 9 4 3 9 6 3 9 9 ． [ 4 ]杨志 国，于润沧 ，郭然 ，等．基于微震监测技术 的矿 山高应 力区采动研究 [ J ]．岩土力学 与工 程学报 ，2 0 0 9，2 82 3 6 3 2 3 6 3 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