基于Pro/E的新型超前支架设计及运动分析#李伟，张鹏程，汪爱明*5101520（中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京，100083）摘要：针对当前综采工作面顺槽超前支护装置存在的问题，本文研究了一种新型超前支护装备。该装备一组由5个具有齿形边缘顶梁的支架组成，各支架顶梁之间彼此啮合，可显著降低空顶面积；同时设有直角式双侧可调护帮机构，对巷道两帮进行支护。采用Pro/E对该新型支架进行了三维建模和运动学仿真，结果表明该支架组结构合理。本文为该装备的实际应用提供了设计参考。关键词：超前支护；齿形顶梁；运动仿真中图分类号：TD353DesignandKinematicAnalysesofNew-typeAdvancedSupportbyPro/ELIWei,ZHANGPengcheng,WANGAiming(SchoolofMechanicalElectronic&Information,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing,100083)Abstract:Accordingtotheproblemsofadvancedsupportinfully-mechanizedfacecrossheading,thispaperdesignedanew-typeadvancedsupportgroup,whichconsistof5supportwithtooth-likeedgesintopbeam.Thetopbeamsmesheachtoreducesuspendingroofareaandalsohaverightanglespragunitsadjustableinbothsidestosupportroadwaysides.Pro/Ewasusedtomakethreedimensionalmodelsandkinematicsimulation,theresultsimprovedthereasonabilityofthesupportgroup.Thispapercouldgivereferenceontheequipmentapplication.Keywords:Advancedsupport；Tooth-liketopbeam；Kinematicsimulation0引言煤矿井下工作面顺槽超前支护的传统方式为单体液压支柱与金属铰接顶梁相配合，存在工人劳动强度大，安全系数低等缺点，已严重制约工作面安全高效推进[1,2]。国内有不少厂家针对此问题研制了一系列的自移式顺槽超前支架，并在各个矿区进行了应用[3,4]。从现场应用情况来看，仍存在护顶面积小、漏矸、空顶暴露面积大及缺少护帮功能等不足之处，或者在支架重量、井下安装和底板适应性方面需要进一步改进[5,6]。为此，本文在传统垛式支架的基础上，结合自移式超前支架的特点，设计了新型自移式超前支架组。1新型支架总体设计该新型支架为5架1组，其总体布置如图1所示。按照在端头处布置的位置（从左向右为工作面推进方向），依次命名为支架1～支架5。其中，支架3与支架4之间为工作面刮基金项目：国家自然科学基金联合基金项目：U1361127作者简介：李伟（1975-），男，讲师，在站博士后，主要研究方向为矿山设备动力学仿真及故障诊断.liwei7511@126.com-1-板输送机机头位置。各支架的底座通过推移千斤顶与转载机机身连接，并互相推移和拉架，实现支架组依次自行移动。该支架具有如下特点：1）顶梁主体采用箱体构造，支护面积大，行人空间充足；2）各支架通过顶梁的矩形齿状边缘彼此“啮合”，移架时空顶面积减小；3）各支架与转载机互相推移，实现快速移架，空顶暴露时间短；4）每个支架顶梁均增设护帮机构，总体护帮面积大。(a)支架组俯视图(b)支架组前视图图1新型超前支架组总体布置图2支架关键部件设计本文采用三维造型软件Pro/E对该支架主要部件建立了三维模型，具体如下：1）顶梁支架顶梁主体为三腔室箱体结构，边缘设计为深度为一个推移步距（如0.8m）的矩形齿；支架1～支架5的顶梁结构并不完全一致，如图2所示。顶梁底部焊接柱帽，以与液压立柱铰接。（a）支架1顶梁（b）支架2-4顶梁（c）支架5顶梁图2新型超前支架组的顶梁三维图2）底座超前支架底座设计为船型底分式刚性底座，如图3所示。此结构便于支架组骑跨在转载机上，左右底座通过推移千斤顶与转载机机身连接，实现推移转载机和依次拉架；同时也有-2-利于底座克服底板起伏的不利条件，有利于快速移架。3）四连杆机构超前支架的四连杆机构，其空间位置确定需要考虑采煤机截割头、刮板机机头以及转载机的干涉。本文设计四连杆机构三维图如图4所示，其固定座与支架底座固连。需要指出的是，图1中支架3和支架4的四连杆运动方向正好相反，保证了各自顶梁的运动轨迹相反，避免与其它设备干涉。图3新型超前支架底座三维图图4支架四连杆三维图4）护帮机构为避免巷道片帮，同时也增强护顶效果，在支架顶梁两侧...