液压支架选型设计系统.pdf

第 4 3卷 第 1 l 期 2 0 1 7年 1 1月 工矿 自 动化 I n dus t r y an d M i ne Aut oma t i on Vo 1 ． 4 3 NO ． 1 1 NO V ． 2 O 1 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 l 1 0 0 9 4 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 l 一 2 5 1 X ． 2 0 1 7 ． 1 1 ． 0 1 9 液压支架选型设计系统 刘 印 ， 杨 兆建 1 ． 太 原 理工 大学 机 械工 程学 院 ，山西 太 原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 煤 矿综 采装 备 山西省 重 点实验 室 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘 要 为 了方便煤 矿设 计人 员对 液压 支架进 行 选型 设 计 ， 采 用 C语 言 、 AS P． NET技 术 、 Vi s u a l S t u d i o 2 O 1 3系统 开发 工 具及 S QL S e r v e r 2 0 0 8数 据 库 ， 开 发 了基 于 B ／ S模 式 的液 压 支 架选 型设 计 系统 ， 介 绍 了 系 统 总体设 计及 功 能 实现 方案 。采用该 系统 ， 用户输入 设 计参 数 即可得 出选型 结果 ， 并 能够对 选 型结 果进 行择 优 。以某煤 矿液 压 支架选型 设计 实例 验证 了该 系统的 可行性 。 关键 词 煤炭 开 采 ；液压 支架 ； 选 型设 计 ； 选 型结 果择 优 中图分类 号 T D3 5 5 文献 标志 码 A 网络 出版 时间 2 0 1 7 1 O 一 2 7 0 9 3 7 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 7 1 0 2 7 ． O 9 3 7 ． 0 1 9 ． h t ml Ty pe s e l e c t i o n d e s i g n s y s t e m f o r h yd r a ul i c s u p p or t LI U Yi n 一． YANG Zh a o j i a n 1 ． S c h o o l o f M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g ，Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，Ch i n a 2． Sh a nx i Ke y La b or a t or y of Fu l l y M e c ha n i z e d Co a l M i ni ng Equ i p m e nt ，Ta i y ua n 0 3 0 02 4，Chi n a Ab s t r a c t I n o r de r t o f a c i l i t a t e hy dr a u l i c s u pp o r t t y pe s e l e c t i o n de s i g n f or c oa l m i n e d e s i gn e r s，a t y pe s e l e c t i o n d e s i g n s y s t e m f o r h y d r a u l i c s u p p o r t b a s e d o n B／ S mo d e l wa s d e v e l o p e d b y u s e o f C l a n g u a g e ， AS P． NET t e c h n o l o g y，Vi s u a l S t u d i o 2 0 1 3 s y s t e m d e v e l o p me n t t o o l a n d S QI S e r v e r 2 0 0 8 d a t a b a s e ．W h o l e d e s i gn a n d f un c t i on r e a l i z a t i o n s c he m e s o f t h e s y s t e m w e r e i n t r od uc e d．Th e s y s t e m c a n ou t pu t hy dr a ul i c s upp o r t t y pe s e l e c t i o n r e s u l t s by us e r s i n put t i ng d e s i g n pa r a me t e r s a nd s e l e c t t he o pt i m a l t y pe f r o m t he t y pe s e l e c t i o n r e s u l t s ． Fe a s i b i l i t y o f t he s y s t e m i s v e r i f i e d t hr ou g h a n a c t ua l hyd r a ul i c s upp o r t t y pe s e l e c t i o n e xa m pl e o f a c o a l m i n e． Ke y wo r ds c oa l m i ni n g；h y dr a u l i c s u pp or t ；t y pe s e l e c t i on de s i g n；op t i mi z a t i o n o f t y pe s e l e c t i o n r e s u l t 0 引 言 液压支架稳定、 可靠地工作是煤矿开采工作面 安全 、 高 效 的重 要 保 证Ⅲ 。液 压 支 架 的正 确 选 型 直 接影 响其 寿命 及 工作 面安 全 性 。传 统 液 压 支 架 选 型主要 由设 计人 员 凭经 验查 阅相关 设 计手 册及 产 品说 明书进行 ， 过 程 复 杂 ， 速 度 慢 ， 对 设 计 人 员 的专 业性要求高 ， 且满足条件的液压支架型号众多， 用户 从 所有 型 号 中选 出最合 理型 号 的过程 较 为复 杂 。另 外 ， 选 择型 号后 需 要 查 询 生产 厂 家 ， 获 取 厂家 信 息 ， 这 也是 一 项 繁 杂 的工 作 。we b技 术 的 普 及 和 推 广 使计算 机辅 助 计算 成 为 工程 领 域 的研 究 热 点 之 一 I 】 。 一 些液压支架选型设计软件应运而生 ， 但大 多数软件 由大 型煤矿企业 或煤机装备 厂家 自主研 收稿 日期 2 O 1 7 0 5 1 7 ； 修回 日期 2 0 1 7 0 9 1 7 ； 责任编辑 李明 。 基金 项 目 山西省科技 重大专项 项 目 2 0 1 1 1 1 0 1 0 4 0 。 作者 简介 刘 印 1 9 9 2 ， 女 ， 河北衡水 人， 硕士研 究生 ， 研究 方向为基于 网络 的矿 用设备 选型设计 ， E ma i l l i u y in 8 5 8 0 1 6 3 ． e o m。通 信作 者 杨兆建 1 9 5 5 一 ， 男， 河北保 定人 ， 教 授 ， 博 士 ， 研 究方 向 为基于 网络 的现 代设 计、 机 械结 构与 系统 动力 学 ， E ma i l y a n g z h a o j i a n t y u t ． e d u ． e n。 引用格式 刘 印， 杨兆建． 液压 支架选 型设计 系统 l J ] ． 一 f 矿 自动化 ， 2 O l 7 ， 4 3 1 1 9 4 9 7 ． L I U Yi n ， YANG Z h a o j i a n ． Ty p e s e l e c t io n d e s i g n s y s t e m f o r h y d r a u l i c s u p p o r t [ J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 O 1 7 ， 4 3 1 1 9 4 9 7 2 0 1 7年 第 1 1期 刘 印等 液压 支架选型 设计 系统 9 5 发 ， 要求用户下载使用 ， 且只适应本企业条件或 只针 对本厂家生产 的产品 ， 应用范 围较窄 ] 。对煤矿 企 业来说 ， 该类软件不能提供生产厂家信息 ， 用户购买 软件后还需查询液压支架说明书 ， 然后才能进行 下 一 步选 择 。 本文提出将液压支架选型设计与 网络技术相结 合 ， 采用 C编程语言 ， 在 Vi s u a l S t u d i o环境下 开 发了基于 B ／ S模 式的液压支架选 型设 计系统 。用 户在该系统软件界面上在线输人参数 即可得出选型 结果 ， 从结果中择优选出最合理型号 ， 点击该型号即 可显示生产厂家， 点击厂家名称 即可显示其具体联 系方式 包括电话 、 地址 、 网址、 邮箱等 。该 系统设 计时间短 ， 成本低 ， 在很大程度上为中小型煤矿企业 选择液压支架型号提供了便利。 1系统 总体 设 计 1 ． 1 系统组成 液压支架选 型设计系统主要包括选型设计 、 辅 助选型和系统资料三部分， 如图 1 所示 。 液 压 支 架 选 型 设 计 系 统 选型设计 辅助选型 系统资料 自主 择优 推荐 择优 图 1 液 压 支 架 选 型设 计 系 统组 成 F i g ． 1 Co n s t i t u t i o n o f h y d r a u l i c s u p p o r t t y p e - s e l e c t i o n d e s i g n s y s t e m 1 ． 2 系统 流 程 用 户在选 型 设计 页 面选择 综采 或综 放选 型 后输 人设计参数 ， 服务器计算参数后访问数据库进行查 询 ， 并 将 选 型结 果 显 示 在浏 览 器 上 。用 户可 对 选 型 结果进行择优 ， 并查看生产厂家信息、 液压支架说明 书、推荐与液压支架配套使用的“ 三机” 采煤机 、 刮 板输送机、 液压支架 配套 图册等。系统流程如 图 2 所示 。 1 ． 3 系统 功 能模 块 1 选 型设 计 模 块 能 够 实 现 综 采 工 作 面 及 综 放 工作 面 的液压 支 架在线 选 型 。 2 数据库模块 为系统提供数据支持， 可存储 不同型号液压支架的技术特征、 用户输入记录、 液压 支 架生产厂家基本信息 、 学术论文 、 技术手册 、 “ 三 图 2系 统 流 程 Fi g． 2 Sy s t e m pr o c e s s 机” 配套图册等数据。 3 择 优模 块 实 现 对选 型 结果 的 自主择 优 或 推荐择优 ， 找到最符合矿区的液压支架型号。 4 帮助模块 包括系统帮助 、 联 系我们 、 产 品 介绍、 支持系统等部分 。 1 ． 4 系统 开发平 台 1 AS P ． NE T框架 用于开发动态 We b程序 ， 可使程序具有交互 性、 多态性 ， 具有使用方便 、 功能 强大 、 设计效率高等优点 。 2 C语言 是构建软件组件和应用程序的编 程语言l 8 ] ， 较 C， C语法更严谨 ， 与 We b紧密连 接 ， 还能够避免一些常见 的编码错误。 3 Vi s u a l S t u d i o 2 0 1 3系统 开发 工 具 具有 开 发好的各种控件和完善的解决方案 ， 使 We b程序设 计过 程更 加准确 、 高效 。 4 S QL S e r v e r 2 0 0 8数据库 是一种关系数据 库管理 系统[ 9 ] ， 能够 为系统提供数据支持 ， 安全性 好 ， 且 具有 完善 的数 据处 理 功能 ， 广泛 应用 于 网络 系 统设计 。 2系统 功能 实现 2 ． 1 液 压 支架选 型计 算 用户在客户端浏览器选择采煤工艺并对工作面 一 圆 圃 圆 圆 圆 一 9 6 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 的地质条件 涌水量 、 地质构造、 煤层倾角 、 煤层采高 等 进行检验 ， 若不合格则显示该采煤工艺下工作面 参数 的合 理 范 围 ， 并 提 示 用 户选 择 其 他 采 煤 工 艺 。 用户通过选择基本顶来压显现强度级别及直接顶类 别 ， 查询数据库中架型选择参照表选择架型， 然后输 入设计采高 、 煤层倾角、 控顶宽度 梁端距与顶梁 长 度之和 等工作面参数 。 服务器根据输入 的参数计算支护强度、 工作 阻 力 、 结构高度等。 1 采 用 顶 板 载 荷 估 算 法 和 实 测 统 计 法 。 。 计 算支护强度 ， 计算公式分别为 l 6～ 8 h ， 1 P 2 7 2 ． 3 h q -4 ． 5 L。 7 8 ． 9 B 一 1 0 ． 2 4N 一 6 2． 1 2 式中 h 为煤层采高 为顶板岩石容重 ； L 。为基本 顶周期来压步距 ； B。 为控顶宽度 ； N 为直接顶充填 系数 ， NM／ A ， M 为直接顶厚度。 对 2种 方法 得 到 的支 护 强 度 结果 进 行 比较 ， 选 择 较 大的结 果作 为最 小支 护强 度 。 2 工作阻力计算公式 “ 为 Q 一 B S 3 Qz一 ／ K 一 p B S／ K 4 式 中 卵 为液压支架选型系数 ， 取 1 ． 5 2 ； p为支护强 度 ； S为支架中心距 ， 取 1 ． 5 ； A 为液压支架支护 面 积 ； K 为支 撑 效 率 ， 支 掩 式 掩 护 支 架 K 一0 ． 6 5 ～ 0 ． 7 5 ， 支顶式掩护支架 K -_0 ． 8 ～0 ． 9 ， 支撑掩护式 支架 K。 一0 ． 8 O ～ 0 ． 9 5 ， 支 撑 式 支 架 K 一 0 ． 9 0 ～ 0 ． 96。 对 式 3 、 式 4 得 到 的工作 阻力 结果 进行 比较 ， 选择 较大 的结 果作 为最 小 工作 阻力 。 3 结构高度计算公式n 为 H 一 h⋯ S 5 H 一 h⋯ 一 Sz 6 式 中 H ， H 。 分 别 为 最 大 、 最 小 结 构 高 度 ； h ⋯ ， h m l n 分 别为煤 层 最大 、 最小 截 割厚 度 ； S 为 考虑 伪 顶 冒落的最大厚度 ， 厚 煤层 s 一2 0 0 ～4 0 0 mm， 中厚 煤 层 S 1 2 0 0～ 3 0 0 mm， 薄 煤 层 s 1 1 0 0～ 2 0 0 mm； S 。为考 虑周 期来压 时的下 沉量 _ 1 ， 厚 煤 层 S 2 5 0 0 ～9 0 0 mm， 中厚煤层 S 2 3 0 0 4 0 0 I T l m， 薄 煤层 S 2 1 5 O ～2 5 0 mm。 2 ． 2选型 结果择 优 系 统选 型结 果 择 优包 括 自主择 优 和推 荐 择 优 ， 方便 用 户在 大量 符合 条件 的液 压支 架 型号 中选 出相 对合理的型号 。 自主择优 即根据用户输入 的生产厂 家、 支架高 度范围、 支护强度范 围、 工作 阻力范 围及 支架类 型 等 ， 从选型结果中优选 出满足用户要求 的液压支架 型 号 。对 中小 型煤 矿 企业 来 说 ， 购 买 的 液 压 支架 可 能会使用在不同工作面上， 这就要求 一组液压支架 需同时满足 2个或多个工作面支护要求 。自主择优 允许设计人员添加额外的限定条件 ， 以确保选择 的 液压 支架能 在不 同工 作 面使用 。另外 ， 用 户对 厂家 、 高度、 架型等的约束有可能不全面， 因此需要考虑当 用 户对 某一 种 约束 没 有 要 求 时 ， 系 统 不 添 加 额 外 约 束 条件 。 推荐择优即当用户没有额外选择条件时， 系统 自动为用户推荐支架型号。系统的使用者一般为中 小 型 煤 矿 设 计 人 员 ， 因 此 择 优 标 准 主 要 为 经 济 性 口 。 l 。同 一厂 家 生产 的 液 压 支 架 ， 质 量 越 大 、 制 造 时消耗 原 材 料 越 多 ， 则 价 格 越 高 l_ l 。支 架 支 护 强 度 、 工作阻力、 结构高度能满足支护条件即可， 过大 会增加额外的资金投入 。两柱掩护式液压支架应用 广泛 ， 因此针对综采工作 面， 若掩护式与支撑掩护式 液压支架均符合条件 ， 推荐掩护式液压支架 。推荐 择优 结果 是所 有 满 足条 件 的液 压 支 架 型 号 中 ， 同一 厂家生产的质量最小 、 结构高度 与额定支护 高度差 距最 小 、 支护 强度 与额 定 支护强 度 差距 最小 的 型号 。 在 输入 选 型 参 数并 确 定 型 号 后 ， 系 统 将用 户 输 入的参数及选型结果保存 到数据库 ， 以便 用户下 次 选 型前 查看 。 3 系统 应 用 以山西义棠煤业有限责任公司金山坡煤矿 9号 煤 层液 压 支 架 选 型 为 例 介 绍 系 统 应 用 n 。在 系 统 界 面输 入 煤层 参 数 煤 层 倾 角 6 ～ 2 6 。 ， 平 均 1 4 。 ； 煤 层厚度 2 ． 4 ～2 ． 8 m， 平均 2 ． 6 I n； 基本顶周期来压 步距 3 0 m； 顶板厚 2 ． 6 m。计算得 出最小支护强度 为 0 ． 5 7 4 MP a ， 最 小 工 作 阻 力 为 5 0 3 7 ． 9 9 0 k N， 支 架高度为 2 ． 0 5 ～3 ． 0 5 m。系统显示符合 条件的液 压支架型号共 2 5种 ， 如 Z Y1 0 0 0 0 ／ 1 6 ／ 3 2 D、 Z Y9 2 0 0 ／ 2 0 ／ 4 2 D、 Z Y6 4 0 0 ／ 1 4 ／ 3 2 、 Z Y8 8 0 0 ／ 1 7 ／ 3 5 等 。 点 击 推荐择 优 后 ， 系 统 显 示择 优 结 果 Z Y6 4 0 0 ／ 1 4 ／ 3 2 、 Z Y6 0 0 0 ／ 2 0 ／ 3 5 ， 如 图 3所 示 。可 见 系统 能够 从 大量 选型 结果 中 ， 选 择 出最适 应 煤 矿 地 质 条 件 且 满 足 经 2 0 1 7 年 第 1 1 期 刘印等 液 压 支架选 型设计 系统 济 性 要求 的液 支架 ‘ 。 - I 结 语 3 推荐择优 页 Fi g ．3 【 、 omm e n da l or y ot r i tua l i nt e r f a c e [7] 8 9 [ 1 O ] 液 支架选 没计 系统 对 客 户 端 硬件 要 求 低 ， 煤 矿 没 ’ f 人 员 系统 界 而输入 参数便 I可得 到合适 的 液 压 支架选 型结 果 及 生 产 厂 家 的 详细 信 息 ， 提 高 r [ 1 1 ] 选 没汁效 率 ， 优 化 r选 型结 果 ， 降低 r对 设计 人 员 的 业 嘤求 。 参 考 文 献 R e f e r e n c e s l 1 ] [2] [3] [d] [5] [ 6] 尚鹏． 煤矿 蚪 卜 液『 I i 芰架掩护梁分析及 火键零 件研究 [ I ] ． } ≯新 宁 技术 大学 ， 2 O l 3 ． { 鹏． fj f 『 置J I q 连f f 四f ￡ 支撑式膏体充填液 支架 没 汁研究_ I _ _ ． 青岛 I 『 I 东科技 人学 ． 2 l 5 ． 叫， 挺． 堪 f ‘ 状念检测的液 吏架 办命 预测方 法研究 l I ． 太原 太原 ㈠ 大学 ， 2 1 3 ． E伟琳． 煤矿 液 i 支架安伞综 合 价及 々家 系统 研究 [ I ． 淮南 徽理 I 大学 ． 2 l 0 ． 孙继 平． 煤矿 鲁舣特 点 煤矿通 信 、 人 员定位及 监视 ，衔技 术l I ‘ 矿 f j 动化 ． 2 O 1 5 ． 1 l 2 1 5 ． 【 1 N ．1 i p i n g． 、 h ar a e l c r i s t i c s of c oa l mi nt 、a c c i d en t s f i nd ne w t e c hn l ogi s of c oa ]m i n e c omm t mi c a t i on． | e r s o n i l e l p o s i t i o n i n g a n d mo n i t o r i n g【一 J 一 】 ．I n d u s t r y ,l nd M i ne Aut i n l l i on．2 01 5，11 2 l ． 畅兆 建， 工学 交． 矿山机械装备 云仿 AE服 务系统 研究 心 川 L J ] ．饥 械 I 科 学 报 ． 2 l 3 ， _ 9 1 9 l l 】 1 l 8 ． YA Zha o i i a n． W AN Xu e wc n ． St u dy o n c l ou d [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] s i mul al i o n E s er v i c e s y s t e m f or mi ni ng ma c h i n e r y E q u i p me n t [ J] ． C h i n e s e J o u r n a l o f Me c h a n i c a l Eng i x l e e r i n g，2 0l 3． 4 91 911 1 一 l 1 8 ． 李建 良， 陆铮 ， 贺耀宜． 煤矿全息数字化矿 “ J 平行设计 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 l 5 ， 4 1 3 5 7 6 1 ． I 1 J i a n l i a n g． I ． U Z h e n g， F I E Ya o y i ． I e s i g n o f h o l o g r a p h i c d i g i t a l mi n e p l a t f o r m o f c o a l t h i n e[ J ] ． I n dus t r y a n d M i ne Aut oma t i on．2 0l 5， 4l 3 57 61 ． 周靖． 、 本质 论[ M] ． 北 京 人民邮电出版社 ， 2 o 1 1 ． 杨毅峰． 面向移动应川的数据库应川系统的设 计 j 实 脱E D ] ． 北京 北京邮 电大学 ， 2 O l o ． 刘 金海 ． 姜 福必 ， 孙 京． 等． 深 外综 放面沿 顺槽 超 前液 支 架 选 型研 究 L J ] ． 岩 力学 与 I 程 学 报 ． 2 01 2． 31 11 22 32 22 39 ． I AU J i n h a i ，J I AN F ux i n g．S UN ； u a n g j i n g． e t a 1 ． Se l e c t i on of a dv a nc e d hy dr a ul i c s up por t i n go b s i de e n t r y o f f ul l y me c ha ni z e d c a v i ng f a c e of de e p mi ne [ J] ． C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d En gi ne er i ng，2 Ol 2．3l 11 2 23 2 - - 2 23 9． 林 康 ． 李希海． 采矿 T 科 々业 毕业设 计予册 第 t 分 册i 机 配 套 罔 册 [ M] ． 徐 州 中 周 矿 业 大学 f } I 版 幸 2 0 0 8 ． 拿炳 文， 万丽荣． 矿 f 机 械[ M ． 徐州 中同矿 业大学 小版 ， 2 O1 0 ． 刘瑞 ， { i ． 准大采 高综放 I 2 作 面液 炙架选型设 计[ J j ． 煤 矿 开 采 ， 2 O O 7 ， l 2 5 2 5 t 2 7 ． I I U Ru i s tl e ng ． I ． c c t o t yp e d e s i gn o f p owe r e d s u pp or t i n f ul l me c ha n i z e d c a vi n g mi ni ng f a c e wi t h l a r g e mi n i n g h e i g h t L J ] ．C o a l Mi n i n g l e c h n o l o g y ．2 0 0 7 ， l 2 5 25 27 ． 渠雁 晓。 工学 文． 拿蛸莉 ， 等． 煤 矿机 械装 备数字 模型 资源集 成创 新 平 台[ J ] ． 机 械 设计 与制造 ， 2 o 1 6 5 21 0 2 ．1 3 ． QW Ya n x i a o，W AN Xu e we n．I I J u a n l i ． F h e d i g i t a l mo de l r e s o t l r 、 e i n l e gr a t i o n pl at f or m f o r i n no va t i on of mi n i n g n l , l c ‘ h i n e r y a n d e q u i p me n t[ J J ． Ma c h i n e r y De s i g n ＆ M a n u f a c t u r e ， 2 0 1 6 5 2 4 0 2 d 3 ． 苏林 ． 金 山坡煤 矿液 』 足架 选型 设 汁[ J 一 ． 煤矿 开 采 ． 2 O 0 8 ， l 3 ，{ 7 0 7 j ． S U I i n j o n ．Le c t o t y p e h s i g n o f p o we r e d s u p p r t i n J i n s h a n p o c o l l i e r y l J ． C o a l Mi n i n g I e c h n o l o g y ． 2 0 08． 】 3 1 ． 7 { 卜7】