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专题综述

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虚拟样机技术在液压支架中的研究现状与前景

徐亚军

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，马晓东

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，王国法

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，孙

文

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（! $ 天地科技股份有限公司 开采所，北京 !%%%!#；" $ 兖州矿业集团（公司）综机管理中心，山东 邹城 "&#’%%；

# $ 中国矿业大学 北京校区，北京 !%%%(#）

摘

要：虚拟样机技术是当前仿真技术研究 与 应 用 的 热 点。 根 据 实 践，对 液 压 虚 拟 样 机 的 组

成技术及其在液压支架应用现状做了简要介绍，给 出 了 部 分 阶 段 性 研 究 成 果，在 此 基 础 上，对 下 一

步研究内容做了展望。

关键词：液压支架；虚拟样机；仿真；重心；间隙；接触

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前言

虚拟样机（U6>?H34 *>2?2?<=678，U*）技术又称系统

动态仿真技术，是 "% 世 纪 (% 年 代 随 着 计 算 机 技 术
的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程设计

技术。作为一项 新 型 工 程 技 术，虚 拟 样 机 日 益 显 示

出强大的 生 命 力，正 越 来 越 多 地 被 应 用 于 机 械、电

子、航空和国防等领域。但就液压支架而言，各方面

研究才刚刚展开。本文结合作者近年来的一些具体

使用经验，对液压 支 架 虚 拟 样 机 的 特 点、特 征、性 能

进行了分析，对已 取 得 的 有 关 应 用 成 果 做 了 简 要 介

绍，并对其发展前景进行了展望。

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应用现状

液压支架虚拟样机系统的开发与实施涉及许多

关键技术与研究内容。本文主要根据近年来的具体

使用经验，着重介 绍 其 在 静 力 学 分 析、重 心 求 解、含

铰接间隙运动仿真以及结构有限元优化等方面应用

现状。

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静力学分析

静力学分析主要是通过有限元分析软件对液压

支架的静力承载 能 力 计 算 评 估，而 关 键 的 内 容 主 要

在于相关计算参数的选取与边界条件的确定。由于

液压支架在井下 实 际 工 作 中 受 力 工 况 十 分 复 杂，很

难用现有的数学 方 法 进 行 处 理，切 实 可 行 的 办 法 是

采用液压支架型式试验标准（《液压支架通用技术条

件》，以下简称《条 件》）来 确 定 载 荷、支 架 高 度、加 载

方式和边界条件等参数。

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计算参数确定

（!）支架高度

根据《条件》规 定，支 架 承 载 高 度 为 支 架 最 大 高

度减去支架 行 程 的 ! V #，其 中 偏 载 试 验 高 度 为 支 架
最低高度加 #%% @@。

（"）边界条件

将垫块当 作 边 界 条 件 来 处 理。不 管 何 种 工 况，

都约束垫块 垂 向 平 动 自 由 度（ !

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）和 侧 向 平 动 自 由

度（ !

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）以 及 所 有 转 动 自 由 度（ $

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、$

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），至 于 水

平移动自 由 度（ !

%

），除 水 平 加 载 工 况，给 定 位 移 量

外，其余情况都约束其水平移动自由度。

（#）载荷大小

将立 柱 提 供 的 额 定 工 作 阻 力 作 为 外 载，大 小 以

! & " 倍额定工作阻力 作 为 计 算 依 据。 例 如 工 作 阻 力

为 ’，则 单 根 立 柱 作 用 于 柱 窝（帽）施 加 的 载 荷 为

! W " ’ ( ) ，方向与立柱实际工作方向一致。

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破坏准则

将 56M9M 屈服条件作为支架强度破坏标准。规定

56M9M 计算应力超过材料许用应力时，

即认为支架结构

已发生破坏。计算时根据式

（!）要求进行判别。

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第 "( 卷第 / 期
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