基于PROE 和ADMAS 的薄煤層液壓支架建模與仿真

韓文東

（遼北技師學(xué)院，遼寧 調(diào)兵山 112700）

虛擬樣機(jī)技術(shù)（Virtual Prototyping VP）又稱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，是20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速起來的計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE-Computer Aided Engineering）技術(shù)。它以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制學(xué)理論為核心，借助于成熟的三維計(jì)算圖形技術(shù)，圖形的用戶界面技術(shù)、信息技術(shù)、集成技術(shù)等。將分散的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和分析過程集成在一起。

液壓支架是綜采設(shè)備的主要設(shè)備之一，薄煤層液壓支架在開采過程中由于煤層的特殊性，要求有更大的伸縮比，因此關(guān)鍵技術(shù)之一就是需要有合理的四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)向高工作阻力，大中心距發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多的采用高強(qiáng)度鋼材；無論薄煤層液壓支架還是其他類型的液壓支架另一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)就是控制系統(tǒng)，先進(jìn)的控制系統(tǒng)，會(huì)使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高。

本文以ZY5200/8/18D 型薄煤層液壓支架為例，在三維軟件Pro/E 中建立起液壓支架的三維實(shí)體模型，使用虛擬樣機(jī)技術(shù)（采用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS）建立液壓支架的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)。

1 薄煤層液壓支架的建模

圖1 液壓支架三維實(shí)體模型

2 實(shí)體模型導(dǎo)入

進(jìn)行三維實(shí)體建模之后,然后采用標(biāo)準(zhǔn)文件轉(zhuǎn)換協(xié)議,在ADAMS 中創(chuàng)建虛擬樣機(jī)主模型,把每一個(gè)零件的IGES 文件讀入到虛擬環(huán)境中,進(jìn)行裝配,定義運(yùn)動(dòng)副和邊界條件。以上工作完成之后,就可以根據(jù)研究工作的具體需要選取不同的分析參數(shù)和邊界條件來研究液壓支架的受力和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)問題。

圖2 導(dǎo)入實(shí)體模型

3 仿真分析

通過對(duì)模型的仿真分析，它能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上就可進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3.1 頂梁位移與立柱支撐力的關(guān)系

立柱的液壓力是通過彈簧來實(shí)現(xiàn)的，故將彈簧的剛度設(shè)計(jì)為變量即可得到液壓力對(duì)支架性能的影響。圖3為立柱傾角為零度時(shí)頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨彈簧剛度的變化曲線圖。

由圖3中可看出，頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨彈簧剛度的增大是逐漸減小的，與實(shí)際是相符的。在曲線中有兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，下降速率隨著彈簧剛度的增大降低。

圖4頂梁前端點(diǎn)的垂直位移隨彈簧剛度的變化曲線圖

由圖4中看出，對(duì)于立柱傾角為零度的液壓支架，當(dāng)彈簧剛度小于一定值時(shí)頂梁前端點(diǎn)的垂直位移不隨彈簧剛度的增大而變化，只有當(dāng)彈簧剛度大于一定值時(shí)頂梁前端點(diǎn)的垂直位移隨彈簧剛度的增大而增大。

圖3 頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨彈簧剛度的變化曲線圖

圖4 為立柱傾角為零度時(shí)頂梁前端點(diǎn)的垂直位移隨彈簧剛度的變化曲線圖

3.2 頂梁位移與頂板壓力的關(guān)系

在此模型中頂板壓力簡化為集中力,將該集中力設(shè)為變量,即可進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。圖5 為立柱傾角為零度時(shí)頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨頂板壓力的變化曲線圖。

由圖5中可看出,頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨頂板壓力的增大而增大,其增大趨勢是減小的。

圖5 頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨頂板壓力的變化曲線圖

4 結(jié)論

由于薄煤層對(duì)支架要求的特殊性，通過ADAMS 對(duì)支架進(jìn)行參數(shù)化分析，在對(duì)支架個(gè)機(jī)構(gòu)簡化的基礎(chǔ)上，分析了頂板壓力及立柱支撐力對(duì)頂梁位移的影響，由圖形的走向可看出這種基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的液壓支架的參數(shù)化的分析是可行的。

[1]溫建民,于廣濱，左曉英.Pro/E 野火中文版產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用范例 [M].清華大學(xué)出版社,2006:122-305

[2]崔鳳奎.等.Pro/Engineer 機(jī)械設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004:122-206

[3]黃圣杰，張益三.實(shí)戰(zhàn)Pro/ENGINEER 曲面設(shè)計(jì)[M].中國鐵道出版社，2003：14-129

[4]孫江洪，黃小龍，高宏.Pro/ENGIN-EER WILDFIRE/2001 結(jié)構(gòu)分析與運(yùn)動(dòng)仿真[M].中國鐵道出版社，2004：45-82

[5]田緒東.Pro/ENGINEER Wildfire 2.0 三維機(jī)械設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005:10-9

[6]徐錦康,周國民,劉極峰.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002:122-103

[7]羅述潔,羅正綱,阮月娥.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].重慶大學(xué)出版社,2001:122-91

[8]MSC.Software.MSC.ADAMS FSP 基礎(chǔ)訓(xùn)練教程[M].清華大學(xué)出版社,2004:11-1

[9]李軍,邢俊文,覃文潔.ADAMS 實(shí)例教程[M],北京理工大學(xué)出版社,2002:7-1

[10]鄭凱,胡仁喜,陳鹿民等.ADAMS 2005 機(jī)械設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用實(shí)例 [M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006:122-268

[11]王國彪,饒明杰編著.液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)模擬分析[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.9

[12]（蘇）多庫金等著,趙宏珠等譯.液壓支架及其發(fā)展[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.9

[13]王樹玉等編寫.液壓支架工[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2002.12

[14]王國法等著.液壓支架技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社,2003.10

[15]趙宏珠執(zhí)筆.液壓支架工作阻力[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2002.12

[16] 王國強(qiáng),張進(jìn)平,馬若丁編.虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在ADAMS 上的實(shí)踐[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社,2002:39-30