支撐掩護(hù)式液壓支架總體方案設(shè)計及仿真模擬畢業(yè)論文

1、支撐掩護(hù)式液壓支架總體方案設(shè)計與仿真模擬 79/80支撐掩護(hù)式液壓支架總體方案設(shè)計與仿真模擬畢業(yè)論文目錄TOC o 1-3 u緒論11 液壓支架概述21.1液壓支架的組成與工作原理21.1.1 液壓支架的組成21.1.2 液壓支架的工作原理51.2 液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)61.2.1 支撐式支架81.2.2 掩護(hù)式支架81.2.3 支撐掩護(hù)式支架91.2.4 特種支架102 實體建模和虛擬現(xiàn)實簡介112.1 參數(shù)化設(shè)計軟件Pro/ENGINEER112.2 VRML虛擬現(xiàn)實語言122.2.1 VRML的發(fā)展史122.2.2 VRML的工作原理133 支撐掩護(hù)式液壓支架總體方案選擇233.1 采煤

2、工作面頂板組成與其分類233.1.1 頂板組成233.1.2 頂板穩(wěn)定性特征與分類233.2 支架架型選擇233.2.1 液壓支架選型準(zhǔn)則253.2.2 圍巖可控性分組263.2.3 液壓支架型選擇263.3 支架參數(shù)確定283.3.1 支架高度283.3.2 支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力293.3.3 中心距和寬度293.3.4 初撐力303.3.5 移架力和推溜力303.3.6 梁端距和頂梁長度303.4 支架受力分析303.4.1 四柱支撐掩護(hù)式支架受力分析313.5 支架結(jié)構(gòu)選擇323.5.1 頂梁323.5.2 側(cè)護(hù)板323.5.3 底座333.5.4 推移裝置334 液壓支架液壓系統(tǒng)設(shè)計34

3、4.1 支架液壓系統(tǒng)的特點344.1.1 液壓系統(tǒng)特點344.1.2 液壓支架傳動系統(tǒng)基本要求354.2 液壓系統(tǒng)擬定354.2.1 立柱系統(tǒng)354.2.2 千斤頂系統(tǒng)364.3 液壓系統(tǒng)的計算374.3.1 液壓損失的計算374.3.2 支架移架速度的計算385 Pro/E建模與仿真425.1 液壓支架的測繪425.2 Pro/E實體建模425.2.1 液壓支架各部件實體建模435.2.2 典型部件建模485.2.3 液壓支架裝配526 VRML機(jī)構(gòu)仿真596.1 實體模型數(shù)據(jù)處理596.1.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換596.1.2 VRML模型文件整理606.2 液壓支架VRML仿真636.2.1 液壓

4、支架仿真規(guī)劃636.2.2 液壓支架仿真實現(xiàn)636.3 虛擬液壓支架的使用68參考文獻(xiàn)76致謝77緒論采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需求，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速發(fā)展綜合機(jī)械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。而每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，液壓支架的需求量也是日益增大。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。而液壓支架的類型很多，因此液壓支架的設(shè)計工作也較繁重。在設(shè)計過中，對設(shè)計結(jié)

5、果的有效模擬和檢驗是提高設(shè)計工作效率的重要途徑。同時，在工人培訓(xùn)過程中也存在許多的麻煩，例如，大型設(shè)備的啟停、拆裝等，能采用接近真實的虛擬設(shè)備進(jìn)行該培訓(xùn)，又直觀又方便。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種能對現(xiàn)實場景實現(xiàn)有效模擬的技術(shù)，它是高度發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用過程中的結(jié)晶，它不僅僅包括所說的圖形學(xué)、圖像處理、模式識別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能等高性能等計算機(jī)技術(shù)，還涉與了數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科領(lǐng)域，甚至與氣象學(xué)、美學(xué)、地理、生物、心理學(xué)與社會學(xué)科等相關(guān)。此技術(shù)也不僅為液壓支架的設(shè)計起到很好的輔助作用，也是為現(xiàn)有液壓產(chǎn)品的展示和宣傳的提供了很大的方便。1 液壓支架概述采煤工作面支護(hù)設(shè)備是支撐和

6、維護(hù)采煤工作面控頂區(qū)頂板，為采煤創(chuàng)造安全作業(yè)空空間的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)特點和支護(hù)方式不同分為單體支架、液壓支架、特種支架。單體支架是由單體支柱和頂梁組成的支護(hù)設(shè)備。單體支柱為支撐于頂板或頂梁和底板之間的單根桿狀構(gòu)建。液壓支架以液壓為動力實現(xiàn)升降、前移等運(yùn)動，既能支撐又能維護(hù)頂板的支護(hù)設(shè)備，為采煤工作面綜合機(jī)械化的主要設(shè)備。特種支架按結(jié)構(gòu)、功能等因素分為工作面錨桿支架、剛性或柔性掩護(hù)支架和氣囊支架。液壓支架能可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進(jìn)而機(jī)械化移動，不斷地將采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)推向煤壁，從而滿足工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。

7、液壓支架的總重量和初期投資費(fèi)用占工作面整套綜采設(shè)備的60%70%左右，因此液壓支架是現(xiàn)代采煤技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。1.1液壓支架的組成與工作原理1.1.1 液壓支架的組成液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件與一些金屬結(jié)構(gòu)件按一定連接方式組合而成的一種采煤工作面支護(hù)設(shè)備，一般由承載結(jié)構(gòu)件、執(zhí)行元件、控制元件和輔助裝置四大部分組成，如圖1-1所示。一、承載結(jié)構(gòu)件承載結(jié)構(gòu)件包括頂梁、底座、掩護(hù)梁和連桿等金屬構(gòu)件。(一)、頂梁頂梁直接與頂板接觸。傳遞支撐力并起護(hù)頂作用的承載構(gòu)件。除滿足一定的風(fēng)度和強(qiáng)度要求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：有足夠的頂板覆蓋率；同時要適應(yīng)頂板的不平整性，避免因局部應(yīng)力

8、而引起的損壞。各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型。頂梁前端呈滑撬式圓弧形，以減少移架阻力。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋矸簾之用。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架在頂梁后端有孔，通過銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。(二)、底座底座直接與底板接觸。傳遞支撐力并用于支托立柱和其他部件的承載構(gòu)件。支架通過底座與推移裝置相聯(lián)，實現(xiàn)自身前移和推動刮板輸送機(jī)前移。 因此，底座除滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要求其對底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對底板的接觸比壓要??；要有足夠的

9、空間為立柱、推移裝置和其他輔助裝置提供必要的安裝條件；要便于人員操作和行走;能起一定的擋矸作用與具有一定的排矸能力；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性等。底座的結(jié)構(gòu)型式有以下圖幾種，分別是：1整體式底座，如圖中a、b； 整體式底座是由鋼板焊接的箱式整體結(jié)構(gòu)，又稱剛性底座。這種底座穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小。如圖中a所示的底座箱體高度大，便于安裝立柱的復(fù)位裝置，底座箱后部具有一定的檔矸作用，前、后底座箱中間有人行道，但占用空間大，一般只用于支撐式支架。如圖中b所示的底座高度低，占用空間小，一般用于掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。整體式底座的缺點是接底性較差。圖1-1 支架底座結(jié)

10、構(gòu)型式2對分式底座，如圖中c、d、e；為使底座在一定圍適應(yīng)底板起伏不平的變化，將底座做成前后或左右對分式結(jié)構(gòu)。如圖中c, d所示底座為前、后座對分式結(jié)構(gòu)，前座箱與后座箱用銷軸直接鉸接(如圖中c)或通過彈簧鋼板連接(如圖中d)。圖中e所示底座為左右座箱對分式結(jié)構(gòu)，左座箱與右座箱用過橋、彈簧鋼板和銷軸等連接。對分式底座接底性能好，有較大的變形能力，又稱半剛性底座。其缺點是穩(wěn)定性較差。3底靴式底座，如圖中f。整個底座分為4個底靴，每個底靴上支承1根立柱，用銷軸連接。立柱之間用彈簧鋼板連接。這種底座結(jié)構(gòu)輕巧，動作靈活，對底板起伏不平適應(yīng)性很強(qiáng)，但剛度差，穩(wěn)定性差，接底面積小，對底板比壓大，易壓人底板。

11、所以底靴式底座只適用于底板堅硬且起伏較大的工作面，多用于節(jié)式支架。各種型式的底座前端均做成滑橇形，可減小支架的移動阻力，避免移架時出現(xiàn)啃底現(xiàn)象。底座與立柱均采用球面接觸、并用限位板或銷軸限位，以防止因立柱偏斜而受到橫向載荷，或防止支架在升降過程中立柱脫出柱窩。(三)、掩護(hù)梁掩護(hù)梁連接頂梁與底座(或連桿)，承受支架水平力和垮落頂板巖石壓力，防止采空區(qū)冒落矸石涌入工作面。掩護(hù)梁也是鋼板焊接的箱式結(jié)構(gòu)，是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的特征結(jié)構(gòu)部件。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。(四)、前、后連桿掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的特征結(jié)構(gòu)部件。前、后連桿與掩護(hù)梁、底座鉸接形成支架四連桿機(jī)構(gòu)，既可承

12、受頂板水平力，使立柱無需復(fù)位裝置，又可在支架升降時頂梁前端沿雙紐線運(yùn)動，使梁端與煤壁之間的端面距變化較小，從而提高了支架控制頂板的可靠性。二、執(zhí)行元件執(zhí)行元件包括立往和各種千斤頂。(1)立柱在底座和頂梁或掩護(hù)梁之間，調(diào)節(jié)支架高度并承載的液壓缸。立柱是液壓支架的主要執(zhí)行元件，用于承受頂板載荷、調(diào)節(jié)支護(hù)高度。國產(chǎn)液壓支架中，立柱根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同大致可分為：單伸縮立柱和雙伸縮立柱兩種。單伸縮立柱有不帶機(jī)械加長桿和帶機(jī)械加長桿兩種型式。當(dāng)要求支架調(diào)高圍較大時，可選用帶機(jī)械加長桿的單伸縮立往，也可選用雙伸縮立柱。單伸縮立柱結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但不如雙伸縮立柱使用方便。(2)千斤頂液壓支架上除立柱以外的用于完

13、成推移、護(hù)幫和調(diào)架等功能的其他液壓缸的總稱，主要有前梁千斤頂、推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、平衡千斤頂、護(hù)幫千斤頂、復(fù)位千斤頂、防倒防滑干斤頂和調(diào)架千斤頂?shù)?。三、控制元件液壓支架液壓系統(tǒng)中使用的控制元件主要有兩大類:壓力控制閥和方向控制閥。壓力控制閥主要有安全閥；方向控制閥主要有掖控單向閥、操縱樹等。(1)安全閥 支架液壓控制系統(tǒng)中限定掖體壓力的液壓元件、當(dāng)立柱和千斤頂工作腔的液體壓力在外載作用下超過安全閥的調(diào)定壓力時，安全閣開啟，工作腔的壓力液通過安全閥位流，達(dá)到卸壓的目的。卸載后，當(dāng)工作腔的壓力低于調(diào)定壓力時，安全閥自動關(guān)閉。這樣可使立柱和千斤頂保持恒定的工作阻力，避免立柱、千斤頂過載損壞。(2

14、)液控單向閥 閉鎖并控制釋放立柱或千斤頂工作腔液體，使立柱或千斤頂獲得額定工作阻力的液壓元件。(3)操縱閥 支架液壓系統(tǒng)中使液壓缸換向;實現(xiàn)支架升降、推移等不同動作的換向(分配)閥。(4)截止閥 液壓支架管路系統(tǒng)中截斷供液的液壓元件。四、輔助裝置輔助裝置包括推移裝置、擋矸裝置、復(fù)位裝置、護(hù)幫裝置、防倒防滑裝置等。(一)、推移裝置 推移裝置是液壓支架必備的輔助裝置。擔(dān)負(fù)著推溜和移架任務(wù)。推移裝置由推移千斤頂與其附屬裝置組成。對整體自移的垛式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，移架和推溜動作用1個千斤頂來完成。將千斤頂布置在底座的中部缺口處，兩端分別與支架底座和刮板輸送機(jī)連接。對于節(jié)式或各種組合邁步式支架，

15、移架和推溜動作各用1個千斤頂來完成，移架千斤頂布置在主、副架之間，分別與兩者的底座相連;推溜千斤頂一端與支架相連，另一端與刮板輸送機(jī)相連。推溜千斤頂是單作用的，它的數(shù)量可適當(dāng)減少，每5-6m布置1個。推移裝置按結(jié)構(gòu)和推移方式的不同，可分為直接推移裝置和間接推移裝置兩種。 (二)、側(cè)護(hù)裝置 布置在頂梁、掩護(hù)梁或連桿側(cè)面。側(cè)護(hù)裝置用于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，作用是防止架間漏矸和調(diào)架。側(cè)護(hù)裝置由位于支架頂梁和掩護(hù)梁兩側(cè)的側(cè)護(hù)板、側(cè)推千斤頂、伸出彈簧等組成。側(cè)護(hù)裝置的伸縮動作是在支架卸載后進(jìn)行的，由側(cè)推千斤頂和伸出彈簧控制。(三)、梁端支護(hù)裝置 割煤后梁端距擴(kuò)大，用于與時支護(hù)頂板的裝置，多用伸縮前梁實

16、現(xiàn)。(四)、擋矸裝置 防止矸石從采空區(qū)涌入工作面的裝置。 (五)、復(fù)位裝置保證支撐式支架立柱在垂直頂板的位置，使支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且具有抵抗頂板水平分力的裝置。掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架靠支架四連桿機(jī)構(gòu)復(fù)位。(六)、護(hù)幫裝置 護(hù)幫裝置安裝在頂梁前端下部，一般由護(hù)幫千斤頂和護(hù)幫板組成。正常情況下，護(hù)幫板伸出緊貼煤壁，防止片幫或在片幫時起緩沖作用。當(dāng)采煤機(jī)割到支架前面時，需將護(hù)幫板收回，讓采煤機(jī)通過。支架移到新的工作位置后，重新伸出護(hù)幫板，以支護(hù)新裸露的煤壁。 (七)、防倒防滑裝置防止支架傾例和支架移動時下滑的裝置的總稱。1.1.2 液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安

17、全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實現(xiàn)升、降、推、移四個基本動作。圖1-2 液壓支架工作原理1頂梁；2立柱；3底座；4推移千斤頂；5安全閥；6液控單向閥7、8操縱閥；9輸送機(jī)；10乳化液泵；11主供液管；12主回液管這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的，如下圖。一、支架的升降和推移 當(dāng)操縱閥8處于升柱位置時，乳化液泵站來的高壓液體通過操縱閥8、液控單向閥6進(jìn)入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥8處于降柱位置時，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。 支架的前移和推溜是通過操

18、縱閥7和推移千斤頂4來進(jìn)行的。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥7置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂4的前腔與活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。這時，支架以輸送機(jī)為支點前移。移架完畢后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥7置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時，輸送機(jī)將以支架為支點被推向煤壁。 二、支架的承載過程支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用過程。它包括初撐、承載和恒阻三個階段。（一）、初撐階段 在升架過程中，當(dāng)支架的頂梁接觸到頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站的工作壓力時，停止供液，液控單向閥6立即關(guān)閉，這一過程為

19、支架對頂板的支撐力為初撐力。支撐式液壓支架的初撐力為 KN式中 D支架立柱的缸徑，m Pb 泵站的工作壓力，MPa n支架立柱的數(shù)量由上式可知，支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱缸徑和立柱數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。一般采用提高泵站工作壓力的方法來提高初撐力，以免立柱的缸徑過大。（二）、承載增阻階段 支架出城完畢后，隨著頂板下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。（三）、恒阻階段 隨著頂板來壓的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越來高。當(dāng)升高到安

20、全閥5調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這時支架的恒阻階段。此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥調(diào)定壓力決定的。支撐式支架的工作阻力為 KN式中， Pa 支架安全閥調(diào)定壓力支架的工作阻力標(biāo)志著支架的最大承載能力，是支架的一個重要參數(shù)。但是，由于之家的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。因此，常用單位面積支護(hù)面積頂板上所受支架工作阻力的大小，即支護(hù)強(qiáng)度來表示支架的支護(hù)性能。即, MPa式中 F支架的支護(hù)

21、面積，m2 對于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。由上可知，支架工作時的支撐力與時間圖1-3 液壓支架特性曲線的關(guān)系：開始升柱至單向閥關(guān)閉時的初圖1-3 液壓支架特性曲線撐增阻階段t0，初撐后至安全閥開啟前 的增阻階段t1, 以與安全閥出現(xiàn)脈動卸載時的恒阻階段t2 , 這就是液壓支架的阻力時間特性。它說明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時，具有增阻性，以保證對頂板的有效支撐作用；在達(dá)到額定工作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向閥和立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個重要元

22、件。1.2 液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)液壓支架按其對頂板的支護(hù)方式和結(jié)構(gòu)特點的不同，分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三種基本架型。1.2.1 支撐式支架 支撐式支架是出現(xiàn)的最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架和節(jié)式支架兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機(jī)聯(lián)接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由23個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機(jī)由與支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式由于穩(wěn)定性差已基本淘汰。支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點：頂梁較長，其長度多在4m左右；立柱多，一般46根，而且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。以平平推力和防止矸石竄入支架的工作空間。 支撐式支架

23、的支護(hù)性能：支撐力大，且作用在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復(fù)支撐次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石以竄入工作空間；支架的工作空間和通風(fēng)斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強(qiáng)烈周期來壓，且水平力小的條件。a垛式支架；b節(jié)式支架圖1-4 支撐式支架結(jié)構(gòu)型式1.2.2 掩護(hù)式支架掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)型式如以下圖所示，它的結(jié)構(gòu)特點是有一個較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)的矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座。底座、前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用于頂梁（以下圖

24、a）或直接作用于頂梁上（以下圖b）。掩護(hù)式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護(hù)式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高圍，支架兩側(cè)有活動側(cè)護(hù)板，可把架間密封。通常頂梁較圖1-5 掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)型式短，一般為3.0m左右。掩護(hù)式支架的支護(hù)性能：支撐力較小，切頂性較差，但由于頂梁較短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁較短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。1.2.3

25、 支撐掩護(hù)式支架 支撐掩護(hù)式支架式在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點和性能，可適應(yīng)各種頂板條件。按支撐位置不同支撐掩護(hù)式支架分為：支頂支撐掩護(hù)式支架(如圖a所示)；支頂支掩支撐掩護(hù)式支架(如圖b所示)，其中一排立柱支撐在掩護(hù)梁上。(a) (b)圖1-6 支撐掩護(hù)式液壓支架 支撐掩護(hù)式支架結(jié)構(gòu)：頂梁一般由前梁和主梁構(gòu)成，四根立柱支撐于頂梁和底座支間，掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。這種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用圍廣。它的缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 支撐掩護(hù)式支架的立

26、柱均為兩排，立柱可前傾或后傾，也可倒八字形和交叉布置。通常，兩排立柱都直接支撐在頂梁上，個別的有后排支撐在掩護(hù)梁上，前排支撐在頂梁上（如圖1-6(b)）。1.2.4 特種支架 特種支架是為了滿足某些特殊要求發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)型式上仍屬于上述幾種基本架型。具體的有放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、三軟支架和端頭支架。其它分類方法有：按適用煤層傾角分：一般工作面支架；大傾角支架。按適用采高分：薄煤層支架；中厚煤層支架；大采高支架。按適用采煤方法分：一次采全高支架；放頂煤支架；鋪網(wǎng)支架；充填支架。按在工作面中的位置分：工作面支架；過渡支架(排頭支架)；端頭支架。按穩(wěn)定機(jī)構(gòu)分:四連桿機(jī)構(gòu)支架；單鉸點機(jī)構(gòu)支

27、架；反四連桿機(jī)構(gòu)支架；單擺桿式支架；機(jī)械限位支架(橡膠限位、彈簧鋼板限位、千斤頂限位)。按組合方式分：單架式支架；組合式支架。按控制方式分：1)本架控制支架；鄰架控制支架；成組控制支架。按控制原理分：液壓直接控制支架；液壓先導(dǎo)控制支架；電液控制支架。2 實體建模和虛擬現(xiàn)實簡介在這一章中重點介紹制作虛擬液壓支架的工具：建模軟件Pro/Engineer和仿真編程語言VRML(Virtual Reality Model Language)。2.1 參數(shù)化設(shè)計軟件Pro/ENGINEERPro/ENGINEER 是參數(shù)化、基于特征的實體造型軟件，由美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technol

28、ogy Corporation,簡稱PTC）開發(fā)。其功能十分廣泛，包含實體建模、曲面設(shè)計、工程圖、拆模、NC加工等。Pro/ENGINEER第一個提出參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/ENGINEER基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計到生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計。軟件界面如以下圖：圖2-1 Pro/ENGINEER軟件界面在此，利用Pro/ENGINEER的實體建模(Solid)功能完成對ZY型液壓支架各個部分的三維模型建立。再利用其裝配(ASM)功能完成液壓支架各個部件的整體裝配

29、，得到一個完整的3D液壓支架模型。裝配過程中，采用一定連接約束條件使支架能夠用Pro/ENGINEER的機(jī)構(gòu)仿真模塊進(jìn)行運(yùn)動仿真，以與通過改變機(jī)構(gòu)位置并導(dǎo)出為VR文件(*.wrl)，獲得VR仿真中的關(guān)鍵幀(key frame)，用于支架動作仿真。2.2 VRML虛擬現(xiàn)實語言2.2.1 VRML的發(fā)展史VRML的歷史可以上溯到1994年，當(dāng)時在日瓦的第一次WWW年會上，一些與會者提出為創(chuàng)建三維網(wǎng)絡(luò)的界面必須有一種通用的描述性語言，用于在 WWW上超級類似于超文本描述語言(HTML)，于是誕生了虛擬現(xiàn)實描述語言(Virtual Reality Makeup Language)。稍后，改為虛擬現(xiàn)實建

30、模語言 (Virtual Reality Modeling Language)，用于反映圖像的本質(zhì)?，F(xiàn)在世界上有一個管理 VRML 的團(tuán)體 ，簡稱為 VRML結(jié)構(gòu)組織 (VGA)，VGA為網(wǎng)絡(luò)的三維功能建立了標(biāo)準(zhǔn)。1995年5月，VRML1.0規(guī)正式出臺，但此規(guī)缺少對一些關(guān)鍵特性如動作、交互和行為的支持，為此，急需對它進(jìn)行修訂。1996年8月，在新奧爾良舉行的SIGGRAPH96會議上公布了VRML2.0規(guī)的第一版，經(jīng)ISO JTCI/ SC2 4同意，這一版被作為14772號委員會草案公布，并且于1997年4月提交審議。該草案又稱為VRML 97(遵循ISO把發(fā)布年號寫入名字的命名約定)。從

31、此之后，許多公司紛紛推出了自己的 VRML瀏覽器，如 Netscape公司 Live3D，IE嵌的Microsoft VRML 2.0 Viewer，Apple公司的 Quick Time VR等等。我國對VR技術(shù)的正式研究起步卻很晚，大概在20世紀(jì)90年代初，發(fā)展到現(xiàn)在已初步取得了成果，但與發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距。其研究概述如下。國最早開展此項技術(shù)試驗的是虛擬現(xiàn)實工程技術(shù)研究中心；航空航天大學(xué)計算機(jī)系也是國最早研究VR的單位之一，它在VR視覺接口方面獲得了一部分研究成果；大學(xué)設(shè)計了基于PC機(jī)的VR系統(tǒng)；清華大學(xué)國家光盤工程研究中心所作的“布達(dá)拉宮”，采用了QuickTime技術(shù)，實現(xiàn)大全

32、景VR制作；大學(xué)CAD&CG國家重點實驗室開發(fā)了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)；工業(yè)大學(xué)計算機(jī)系已經(jīng)成功地合成了人的高級行為中的特定人臉圖像，解決了表情的合成和唇動合成技術(shù)問題，并正在研究人說話時手勢和頭勢的動作、語音和語調(diào)的同步等；交大信息工程研究所對VR中的關(guān)鍵技術(shù)立體顯示技術(shù)進(jìn)行了研究；中國 HYPERLINK :/ / 科技開發(fā)院威海分院研究了視覺接口技術(shù)，完成了VR中的體視圖與軟件接口；北方工業(yè)大學(xué)CAD中心是我國最早開展計算機(jī)動畫研究的單位之一，完成了通訊圖像顯示系統(tǒng)的多媒體平臺與相關(guān)音頻資料庫, 并且中國第一部完全用計算機(jī)動畫技術(shù)制作的科教片相似就出自該中心；#大學(xué)CIMS中

33、心開發(fā)了一套基于IRIX的虛擬科技園區(qū)環(huán)境實時漫游系統(tǒng)；另外，# HYPERLINK :/ /Traffic/ 交通大學(xué)圖像處理模式識別研究所，國防科技大學(xué)計算機(jī)研究所、華東船舶工業(yè)學(xué)院計算機(jī)系、大學(xué)電子工程與住處科學(xué)系等單位也進(jìn)行了一些研究工作和嘗試。2.2.2 VRML的工作原理一、VRML的結(jié)構(gòu)體系VRML文件描述的基于時間的三維空間稱為虛擬境界（VirtualWorld），它由對象構(gòu)成，而對象與其屬性用節(jié)點描述，節(jié)點是VRML的基本單元。每個節(jié)點由類型、域、事件、實現(xiàn)、名字組成，節(jié)點按一定規(guī)則構(gòu)成場景圖（Scenegraph），場景圖中分兩類節(jié)點，第一類節(jié)點用于視覺、聽覺角度表現(xiàn)對象，

34、它們按層次體系組織，反映境界的空間結(jié)構(gòu)，提供顏色、燈光、超、材質(zhì)、化身、重力、碰撞、地形隨動、飛行等功能，支持局部坐標(biāo)系；第二類節(jié)點參與事件產(chǎn)生和路由機(jī)制，形成路由圖，確定境界隨時間推移如何動態(tài)變化。環(huán)境變化、用戶交互、時間推移產(chǎn)生事件，傳感器（Sensor）檢測并發(fā)出初始事件，實踐產(chǎn)生其他事件或修改場景圖結(jié)構(gòu)，從而提供動態(tài)特性。插補(bǔ)器（Interpolator）是特殊事件處理器，利用它可以設(shè)計動畫。對于復(fù)雜行為處理則須利用腳本節(jié)點（Scriptnode），它包含一組腳本描述語言編寫的函數(shù)，Script節(jié)點收到事件后，將執(zhí)行相應(yīng)的函數(shù)，該函數(shù)可以通過常規(guī)的事件路由機(jī)制發(fā)送事件或直接向Scrip

35、t節(jié)點指定節(jié)點發(fā)送事件，腳本也能動態(tài)增、刪路由。二、VRML腳本的執(zhí)行過程VRML語言是一種用來描述幾何形體的ASCII文本語言，它不需要經(jīng)過任何編譯器編譯，直接由具備腳本解釋功能的瀏覽器逐行解釋執(zhí)行。當(dāng)用戶打開VRML文件時，瀏覽器調(diào)用解釋器逐行進(jìn)行解釋，把不同的圖形節(jié)點按其參數(shù)在瀏覽器窗口中生成相應(yīng)圖形顯示出來。同時，通過設(shè)置的傳感器(Sensor)節(jié)點檢測瀏覽器窗口中用戶的動作，并將結(jié)果反饋回解釋器中相應(yīng)的節(jié)點進(jìn)行再次運(yùn)算，得出各個虛擬物體新的外觀、形體尺寸、位置尺寸，并立即刷新屏幕。這段時間間隔十分短暫，所以用戶根本感覺不出畫面的停滯。三、VRML節(jié)點VRML 2.0使用場景圖(Sce

36、ne Graph)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立3D實境，這是以SGI(Silicon Graphics Inc.)的Open Inventor 3D工具包為基礎(chǔ)的一種數(shù)據(jù)格式，其基本單元被稱為節(jié)點(Node)，場景圖規(guī)定了節(jié)點之間的等級關(guān)系與嵌套關(guān)系。VRML2.0使用符合右手規(guī)則的三維坐標(biāo)系統(tǒng)(3DCS)，原點在屏幕中心，它也是使用這一坐標(biāo)系統(tǒng)的各種幾何體的中心。所以，當(dāng)某個幾何體的中心不在屏幕中心時，就需要適用Transform節(jié)點偏移坐標(biāo)系統(tǒng)，在該節(jié)點的Children域定義的幾何體都以該節(jié)點中所定義的坐標(biāo)系統(tǒng)的原點為基準(zhǔn)創(chuàng)建。一般只有簡單的空間造型才使用VRML語言直接編寫，對于復(fù)雜形體就需要借助前

37、面提到的Pro/E類似的3D建模工具進(jìn)行。（一）節(jié)點類型VRML2.0總共定義有54個節(jié)點，它大致可以分為如下幾類：造型節(jié)點(Shape)。用于表示各種基本的幾何體和用于任意幾何體的線框圖和面框圖。屬性節(jié)點。用于定義相關(guān)對象的顏色、材質(zhì)、紋理以與攝像機(jī)組、燈光組、視點、背景等。組節(jié)點(Group)。用于將節(jié)點分組，把相關(guān)節(jié)點組合成為同一個對象。 傳感器節(jié)點(Sensor)。用于感知用戶的輸入或動作 ，以觸發(fā)相應(yīng)的動作。其它節(jié)點。包括移動和旋轉(zhuǎn)動作 ，腳本(Script)節(jié)點、錨節(jié)點(Anchor)等。（二）基本造型節(jié)點盒子節(jié)點Box、球節(jié)點sphere、圓柱節(jié)點cylinder、圓錐節(jié)點con

38、e。節(jié)點應(yīng)用舉例：Shape appearance Appearance #包含幾何造型的外觀特征參數(shù)geometry Box #包含幾何造型的尺寸等設(shè)置（三）復(fù)雜造型節(jié)點1. 擠壓造型節(jié)點Extrusiongeometry Extrusion spine crossSection #定義截面形狀 scale #截面縮放 orientation 0.0 0.0 1.0 0.0 #截面旋轉(zhuǎn) 例：花瓶造型，如圖2-2圖2-2 花瓶造型2. 海拔柵格造型節(jié)點ElevationGridgeometry ElevationGrid xDimension 10 zDimension10 #x、z方向的柵格

39、點數(shù) xSpacing1 zSpacing 1 #柵格間距 height #各點高度值列表例：山巒造型，如圖2-3 圖2-3 山巒造型（四）編組節(jié)點Group children #MFNode，子節(jié)點包含在 bboxCenter #SFVec3，組成員約束框架中心 bboxSize -1 -1 -1 #SFVec3，組成員約束框架尺寸 addchildren #輸入輸出接口 removechildren （五）Transform節(jié)點Transform children center rotation #當(dāng)前坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)translation #當(dāng)前坐標(biāo)系偏移坐標(biāo)scale #尺寸縮放scaleO

40、rientation #縮放方向 rotation的值為四位，前三位指定旋轉(zhuǎn)軸，后以為指定旋轉(zhuǎn)量；scale的三個數(shù)值表示的是三個坐標(biāo)軸方向上的縮放比例值；scaleOrientation的數(shù)值類型與rotation的一致，前三位表示轉(zhuǎn)軸，后一位表示轉(zhuǎn)角（六）聯(lián)節(jié)點(Inline)Inline url “ *.wrl” 當(dāng)場景很大的時候，若所有的造型都在一個wrl文件中創(chuàng)建，將造成單個文件十分龐大，導(dǎo)致動作設(shè)置編程十分麻煩。所以，一般是將大場景分為幾個部分，分別創(chuàng)建單獨(dú)的wrl文件，最后用VRML文件引用到一個wrl文件中；通常，總的VRML文件中只設(shè)置Fog、Background，造型都用I

41、nline引入。這樣就減少了調(diào)試錯誤發(fā)生的可能性和加快了瀏覽器下載速度。（七）DEF、USE的使用 DEF用于給造型節(jié)點、腳本節(jié)點命名以便之后的路由定義和有重復(fù)幾何造型使用。例如：Group children DEF BSphere Shape Transform translation 5.0 0.0 0.0Children USE BSphere 前面用DEF定義了一個BSphere造型,即 “ DEF BSphere Shape”，在后文中遇到了相同的造型時，使用USE引用了該造型，即 “ children USE BSphere” 。當(dāng)重復(fù)造型較多時，如陣列時，將大大減小代碼量。 例：

42、333球陣列該造型通過DEF、USE從一個球開始變成31，再由31變成33，最后USE33構(gòu)成333陣列。四、事件驅(qū)動機(jī)制和傳感器 圖2-4 球陣列由面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)可以知道，對象之間的相互作用是通過一個對象向另一個對象發(fā)出某個操作消息而實現(xiàn)的，VRML也是這樣。它在兩個要傳遞消息的節(jié)點之間綁定一個路由。于是，第一個節(jié)點就可以通過路由傳遞消息給第二個節(jié)點。這樣的消息稱為事件(event)，它包含的是一個值，即節(jié)點需要傳遞的某個域值。當(dāng)一個節(jié)點承受到某個事件時，它將根據(jù)新得到的域值，去進(jìn)行一次數(shù)據(jù)更新，從而可能引發(fā)某個動作。通過綁定多個節(jié)點，就可以創(chuàng)建出復(fù)雜的線路 ，從而使創(chuàng)造出的世界充滿動感和

43、交互性。傳感器(Sensor)是VRML中提供交互能力和動態(tài)行為的單元。一個具有動態(tài)能力的節(jié)點需包含傳感器。VRML共提供7種傳感器節(jié)點，即Cylinder Sensor、Plane Sensor、Sphere Sensor、Time Sensor、Touch Sensor、 Visibility Sensor、Proximity Sensor。它們提供了用戶與虛擬世界中的物體進(jìn)行交互的機(jī)制:根據(jù)時鐘或者用戶的動作，它們可以產(chǎn)生一個相應(yīng)的事件，這事件沿著事先設(shè)定好的路由傳遞下去，從而使得虛擬世界對用戶做出反應(yīng) ，實現(xiàn)交互。 以下是用觸摸傳感器、Script對Time Sensor的啟動進(jìn)行控制

44、。如下圖，Touch Sensor檢測到觸摸動作時，輸出一個觸摸時間（Touch Time）通過RouteTouch Sensor Time SensorTouch Time Start TimeEnableB (Script)Toggle NowToggle_changed圖2-5 事件作用關(guān)系示意圖路由傳送到Time Sensor的Start Time輸入接口和B (Script)的Toggle Now輸入接口處，通過B代碼運(yùn)算得出一個布爾(Bool)值傳送到Time Sensor的開關(guān)接口Enable。由此可見，Time Sensor的啟動與否、啟動時間是由兩個節(jié)點控制的，路由表達(dá)式為：

45、圖2-6 路由ROUTE TouchSensor.touchTime TO TimeSensor.startTimeROUTE TouchSensor.touchTime TO B.Toggle_NowROUTE B.Toggle_changed TO TimeSensor.enabled其路徑圖為：圖2-7 路徑圖如此進(jìn)一步深化便可實現(xiàn)復(fù)雜的交互操作。五、動畫的實現(xiàn)（一）、實現(xiàn)動畫的關(guān)鍵插節(jié)點 (Interpolator node)是實現(xiàn)動畫的重要手段之一。通過一個被啟動的時間傳感器(Time Sensor)，不停地向插節(jié)點輸出浮點時刻（該浮點時刻值的大小為0.0-1.0，每個時間循環(huán)開始為

46、0.0，完畢時為1.0）。插節(jié)點一旦接收到一個浮點時刻，就會結(jié)合其的關(guān)鍵時刻列表(key )，從自己的關(guān)鍵值列表(keyValue)中，通過線性插值的算法，得到一個收到浮點時刻的關(guān)鍵值，并經(jīng)過路由送至Transform節(jié)點的相應(yīng)域，從而實現(xiàn)幾何體的移動、變色、旋轉(zhuǎn)等關(guān)鍵幀動畫。（二）、動畫相關(guān)節(jié)點 和關(guān)鍵幀動畫相關(guān)的節(jié)點有位置插補(bǔ)節(jié)點(Position Interpolator)、朝向插補(bǔ)節(jié)點(OrientationInterpolator)、顏色插補(bǔ)節(jié)點(ColorInterpolator)、矢量插補(bǔ)節(jié)點(NormalInterpolator)、標(biāo)量插補(bǔ)節(jié)點(ScalarInterpolat

47、or)。以上節(jié)點分別用于移動、旋轉(zhuǎn)、變色、亮暗、透明度動畫等（三）、動畫控制 如果僅僅使用時間傳感器和插補(bǔ)節(jié)點完成動畫的話，該動畫將是在場景載入后自動運(yùn)行的，不受控制。事實上虛擬現(xiàn)實之所以稱之為“現(xiàn)實”，是因為它具有可交互性，能夠讓人控制甚至感受到。這就需要實現(xiàn)對動畫播放的控制。例如：虛擬現(xiàn)實環(huán)境里有 圖2-8 虛擬電視一臺電視，要更真實的模擬就 需要為它加上一個開關(guān)、甚至亮度、色彩、音量調(diào)節(jié)按鈕等。虛擬電視如圖2-8（帶有開關(guān)）。具體實現(xiàn)動畫控制的是通過傳感器對時間傳感器的使能、循環(huán)控制，即對enable，loop，startTime，stopTime域值進(jìn)行控制；從而可控的驅(qū)動插補(bǔ)節(jié)點輸出

48、關(guān)鍵值。還有更高級的傳感器如，平面?zhèn)鞲衅?planeSensor)、圓柱傳感器(cylinderSensor)、球面?zhèn)鞲衅?sphereSensor)、visibilitySensor、接近傳感器(ProximitySensor)以與碰撞檢測節(jié)點(Collision)。通過這些傳感器可以實現(xiàn)拖拽動畫、接近動畫等實時交互動畫。例如：操縱閥手柄動畫，自動門等。手柄的動畫可以通過圓柱傳感器將鼠標(biāo)的運(yùn)動角傳遞給手柄的Transform節(jié)點的rotation域；而自動門可以通過visibilitySensor或ProximitySensor傳感器來模擬熱釋電紅外傳感器感知替身進(jìn)入設(shè)定圍的時間，從而啟動門

49、的動畫。圖2-9是一個門的仿真動畫，可以單擊該們的把手開門。圖2-9 門 圖2-10 自動門原理自動門的仿真實現(xiàn)原理：如圖2-10所示，在空間坐標(biāo)系中，存在兩扇門的實體造型（藍(lán)色線條），同時在門所在組定義了一個visibilitySensor可見度傳感器，設(shè)定其感知圍sizex,y,z,即門前的虛線長方體，實際上使看不見該長方體的。豎直箭頭代表虛擬替身，當(dāng)walk進(jìn)入到長方體時，該傳感器將輸出一個激活信息isactive和進(jìn)入時間entertime。將此通過Route傳送給門位置動畫的驅(qū)動時鐘（TimeSensor），分別傳送到set_enable、starttime兩個接口。從而開始驅(qū)動位置

50、插補(bǔ)節(jié)點產(chǎn)生動畫。（四）、交互性的增強(qiáng)Script節(jié)點的使用ScripteventIn #輸入接口eventOut #輸出接口field #域url “” #script代碼或統(tǒng)一資源定位地址(url)url域的 “”之間可以包含一段JavaScript、VrmlScript等腳本或是java的*.class文件的地址。通過script程序可以實現(xiàn)函數(shù)機(jī)構(gòu)（如，四連桿機(jī)構(gòu)等）的運(yùn)算，實現(xiàn)精確的運(yùn)動仿真。圖2-11是一個用PlaneSensor創(chuàng)建的一個Joystick,它具有球鉸副的運(yùn)動特征。實現(xiàn)方法是通過Script節(jié)點將鼠標(biāo)在PlaneSensor中的平面坐標(biāo)值（x，y），換算成為手柄的球

51、面運(yùn)動參數(shù)。（x,y）x（x,y）xy圖2-11 JoystickScript節(jié)點的URL域與JAVA接口，為其擴(kuò)展提供了可能性。我們可以借助JAVA的強(qiáng)大功能大大延伸VRML的功能。因此實際系統(tǒng)設(shè)計中，可以利用Java語言提供的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)編程能力,編寫與遠(yuǎn)程系統(tǒng)通信和共享能力處理等功能的應(yīng)用程序。Java對VRML的所有支持都通過附加的封裝類實現(xiàn)。通過這些類，Java程序就能夠訪問VRML場景、承受和發(fā)送事件、從頁面上得到VRML對象等，實現(xiàn)對VRML場景的完全控制。VRML和JSP互動流程如圖2-12。請求過程回應(yīng)過程圖2-12 VRML&JSP六、VRML技術(shù)特點VRML是一門功能非常強(qiáng)大

52、的、基于Web的語言，由于其發(fā)展技時間不長，存在著很大的開發(fā)潛力，而在Internet飛速發(fā)展如此普與的今天，VRML有著不可估量的前景。VRML 是一種三維和渲染圖形的描述性語言，它把“虛擬世界”看成一個“場景”，而場景中的一切看作“對象”（也就是“節(jié)點” ），對每一個對象的描述就構(gòu)成了*.wrl文件（即VRML文件）。VRML的目的主要是為了在網(wǎng)頁中實現(xiàn)三維動畫效果以與基于三維對象的用戶交互。它與HTML語言一樣，也是一種ASCII的描述語言，且都支持超，只是HTML語言不支持三維圖像和立體聲音文本的顯示。熟悉WWW的人都知道，由于HTML語言有局限性，VRML將網(wǎng)頁顛覆簡單的平面結(jié)構(gòu)的時

53、代，VRML在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用有著其強(qiáng)大的優(yōu)勢：（一）、低帶寬、開放的標(biāo)準(zhǔn)、跨平臺 VRML采用“可執(zhí)行的代碼”技術(shù)，有效克服了網(wǎng)絡(luò)帶寬造成的瓶頸。開發(fā)人員利用VRML可以不必在介質(zhì)中傳輸容大得驚人的圖像和動畫文件，而只需傳輸用VRML描述的小型指令性數(shù)據(jù)集。在客戶端利用本地計算機(jī)的強(qiáng)大計算與三維圖形功能便可把接收的瘦型文件轉(zhuǎn)換成極富感染力的可視化數(shù)據(jù)。 由于Web應(yīng)用框架是由開放的標(biāo)準(zhǔn) (如 ，HTML，VRML等)組成，這些標(biāo)準(zhǔn)相對于硬件平臺和操作系統(tǒng)平臺是中性的。從開發(fā)者的角度來說，開放的標(biāo)準(zhǔn)意味著平臺自由性。開發(fā)者能在Web應(yīng)用框架上采用許多開發(fā)工具編寫應(yīng)用程序，并在許多硬件平臺、操作系統(tǒng)下

54、部署這些應(yīng)用程序。（二）、從LAN到Internet的可擴(kuò)展性好由于VRML和其他Web程序有著共同的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議TCP/IP，因而基于Web的虛擬產(chǎn)品技術(shù)既能在小型局域網(wǎng)上應(yīng)用，又能在大型廣域網(wǎng)乃至Internet上應(yīng)用。 （三）、性/價比高 Web使用統(tǒng)一的通用客戶端程序(即Web瀏覽器)處理顯示來自不同服務(wù)器的數(shù)據(jù)，而這些服務(wù)器可以不同的協(xié)議、不同的格式傳遞文件。由于Web應(yīng)用框架包含了開放標(biāo)準(zhǔn)，客戶端程序可以使用 協(xié)議訪問HTML文件或Java Applet，使用FTP協(xié)議下載文件，使用SMTP或POP協(xié)議收發(fā)Email，通過VRML文件訪問3D影象，以與訪問許多其他的網(wǎng)絡(luò)資源。這個通

55、用的客戶端程序消除了現(xiàn)在的C/S應(yīng)用中往往需要不同客戶端軟件所帶來的隱含費(fèi)用支出。通用的客戶端程序還使用戶能夠以一致的方式與所有基于Web的應(yīng)用交互，減少了技術(shù)支持和培訓(xùn)費(fèi)用。所有這些因素使得基于 Web的虛擬產(chǎn)品技術(shù)具有良好的性能價格比。七、VRML程序編寫工具VrmlPad VRML是ASCII文本語言，它不需要經(jīng)過任何編譯器編譯，所以，可以在任何文本編輯器里進(jìn)行代碼編寫。下面介紹一個專業(yè)的VRML語言編程工具VrmlPad。VrmlPad 2.1中文版是一個很好的VRML語言編輯器ParallelGraphics公司出口的VRML開發(fā)工具，該工具有以下特點：（一）、可以編本地和遠(yuǎn)程的文件

56、；(二)、支持高級查找，使用書簽，支持取消操作和重復(fù)操作；(三)、分色顯示，自動偵錯功能；(四)采用樹形結(jié)構(gòu)顯示場景；(五)、支持在右邊框中即時預(yù)覽和瀏覽器中全屏預(yù)覽；(六)有功能強(qiáng)大的發(fā)布向?qū)В?七)、VrmlPad環(huán)境中可以處理和執(zhí)行其他語言編寫的外部應(yīng)用程序；(八)、提供了文件列表功能，便于用戶管理目錄。該編輯器具有自動完成功能、糾錯功能、預(yù)覽功能以與場景樹、路徑圖等極大的程度方便了腳本的編寫。軟件界面如圖2-13：圖2-13 VRMLPAD2.1界面3 支撐掩護(hù)式液壓支架總體方案選擇3.1 采煤工作面頂板組成與其分類3.1.1 頂板組成采場圍巖包括煤層上方的直接頂、基本頂、和煤層下方的

57、直接底板。它們的機(jī)械性質(zhì)和運(yùn)動特征對工作面支護(hù)設(shè)備選型和支護(hù)參數(shù)選擇至關(guān)重要。煤層采動后，因頂板出現(xiàn)變形、斷裂和垮落，煤體被壓松和發(fā)生片幫，支護(hù)設(shè)備的載荷增大和底板鼓起等原因引起的礦山壓力顯現(xiàn)。隨著采煤工作面從開切眼向前推進(jìn)，采空區(qū)直接頂懸露面積逐漸增大，其下沉和變形也隨之增大。當(dāng)推進(jìn)到初次垮落步距（從開切眼到工作面初次切頂線的距離）時，直接頂開始冒落，形成冒落帶。直接頂冒落后，基本頂懸露出來。隨著工作面向前推進(jìn)，基本頂在礦壓作用下不斷產(chǎn)生裂隙和變形，形成裂隙帶。當(dāng)達(dá)到極限垮落步距L0時發(fā)生斷裂和垮落，與基本頂初次來壓。以后隨著工作面推進(jìn)，基本頂呈周期垮落。在彎曲下沉帶中，裂隙很少，僅巖層間有

58、離層現(xiàn)象，它對支護(hù)設(shè)備的載荷影響不大。3.1.2 頂板穩(wěn)定性特征與分類一、直接頂?shù)姆€(wěn)定性劃分 直接頂是工作面支架首要的支護(hù)對象。對直接頂?shù)姆€(wěn)定性評價，是支架結(jié)構(gòu)和支護(hù)參數(shù)選擇的首要依據(jù)。研究說明，影響頂板穩(wěn)定性的主要因素是: （一）、組成頂板巖石的堅硬程度和脆性特征。一般用單軸抗壓強(qiáng)度(Rc)表征其堅硬程度，杭拉強(qiáng)度反映其脆性特征。 （二）、頂板巖層分層厚度和分層強(qiáng)度沿厚度的分布。這里涉與剛度較大的巖層(承載層)和剛度較小的巖層(可稱為隨動層)的厚度與相對關(guān)系。 （三）、頂板巖體的完整程度。主要以節(jié)理弱面的發(fā)育程度來表征，包括分層厚度和節(jié)理特征(有密度、方向、組數(shù))。 以上3個指標(biāo)是反映直接頂

59、穩(wěn)定性的基本要素。從巖層控制的需要出發(fā)，有必要對直接頂?shù)姆€(wěn)定性進(jìn)行實用性分類。 研究說明，直接頂初次垮落步距是綜合反映其穩(wěn)定性的權(quán)威性指標(biāo)。直接頂初次垮落步距與直接頂分層厚度、巖石單軸抗壓強(qiáng)度、裂隙密度密切相關(guān)。直接頂分類指標(biāo)見表3-1。表3-1 直接頂穩(wěn)定性分類指標(biāo)項目1類（不穩(wěn)定）2類（中等穩(wěn)定）3類（穩(wěn)定）4類（非常穩(wěn)定）1a（極不穩(wěn)定）1b（較不穩(wěn)定）基本指標(biāo)lz4m4mlz8m8mlz18m18mlz28m28mlz50m輔助指標(biāo)泥巖、泥頁巖節(jié)理裂隙不發(fā)育;分層厚度0.130.41m；抗壓強(qiáng)度小于38MPa；綜合弱化常量泥巖、碳質(zhì)泥巖；節(jié)理裂隙較發(fā)育；分層厚度0.50.42m；抗壓強(qiáng)

60、度1060MPa；綜合弱化常最0.180.383 致密泥巖、粉砂巖、砂質(zhì)頁巖、砂巖；節(jié)理裂隙不發(fā)育；分層厚度0.16-0.86m；巖石強(qiáng)度2666.3MPa；綜合弱化常量0.180.42砂巖、石灰?guī)r；節(jié)理裂隙很少；分層厚度0.33-1.0 m；巖石強(qiáng)度32-99 MPa；綜合弱化常量C=0.28-0.59致密砂巖、石灰?guī)r；節(jié)理裂隙極少；分層厚度0.37-1.1m；巖石強(qiáng)度2256MPa；綜合弱化常量0.370.59二、基本頂?shù)V壓顯現(xiàn)分級 基本頂是指直接位于煤層之上對干工作面動態(tài)有不同程度影響的較硬巖層。它的運(yùn)動特征對于綜采工作面支架設(shè)計和選型有重要意義。研究說明，基本頂斷裂對工作面壓力顯現(xiàn)的影