基于Pro/E的液壓支架三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真

于濤，　劉秀杰，　張玉嬌，　張祥華，　王月亮

(山東科技大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院， 山東 青島　266590)

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基于Pro/E的液壓支架三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真

于濤，劉秀杰，張玉嬌，張祥華，王月亮

(山東科技大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院， 山東 青島266590)

摘要：介紹了利用Pro/E軟件對(duì)液壓支架進(jìn)行三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真的方法。該方法可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析和改進(jìn)，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：液壓支架； 三維建模； 運(yùn)動(dòng)仿真

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160405.1136.020.html

0引言

液壓支架是綜采工作面非常重要的支護(hù)設(shè)備，其工作過(guò)程及性能的優(yōu)劣對(duì)采煤工作的效率影響很大[1]。面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，傳統(tǒng)的液壓支架設(shè)計(jì)方法已不能滿足企業(yè)的要求。本文介紹了一種利用Pro/E對(duì)液壓支架進(jìn)行三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真的方法，該方法可以直觀地看到液壓支架的運(yùn)動(dòng)特性曲線，縮短了研發(fā)周期，降低了試驗(yàn)成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1液壓支架三維建模及虛擬裝配

液壓支架主要由頂梁、立柱、掩護(hù)梁、底座等構(gòu)件組成，而這些構(gòu)件主要為組焊件，焊接完成后裝配到一起。在利用Pro/E進(jìn)行三維建模時(shí)，要充分了解各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，選擇合適的草繪平面及參照面，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行建模，并對(duì)模型進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，以提高仿真效率及準(zhǔn)確性[2]。圖1為通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像等命令建立的液壓支架頂梁、掩護(hù)梁、底座的三維模型。

采用自上而下的方式對(duì)液壓支架進(jìn)行裝配，根據(jù)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系來(lái)選擇合適的約束把各構(gòu)件裝配為一體。底座為靜止部件，采用缺省放置；連桿與底座以及掩護(hù)梁之間、頂梁與掩護(hù)梁之間均為轉(zhuǎn)動(dòng)副，采用銷(xiāo)釘聯(lián)接；立柱、千斤頂?shù)幕钊麠U與缸體之間均為滑動(dòng)副，采用滑動(dòng)桿連接；立柱柱頭與頂梁柱窩、底座柱窩之間為球面副，采用球連接[3-4]。圖2為液壓支架的裝配圖。

2液壓支架運(yùn)動(dòng)仿真

正確建立了液壓支架的裝配模型之后，便可以進(jìn)入Pro/E的機(jī)構(gòu)仿真模塊。液壓支架的運(yùn)動(dòng)主要靠液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)，而活塞桿是主要的傳力零件，它在工作時(shí)只作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)軸放在立柱活塞桿與缸筒的“滑動(dòng)桿”連接上，根據(jù)液壓支架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。在對(duì)液壓支架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析之前，可以設(shè)定一些運(yùn)動(dòng)的初始條件，確定初始位置，然后根據(jù)需要選擇合適的運(yùn)動(dòng)分析類(lèi)型，設(shè)置運(yùn)動(dòng)時(shí)間，觀察液壓支架的運(yùn)動(dòng)情況。在回放時(shí)要進(jìn)行碰撞檢測(cè)，以保證運(yùn)動(dòng)仿真模型的正確性，在沒(méi)有干涉的前提下可以保存運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫(huà)，方便以后查看[5]。

(a) 頂梁

(b) 掩護(hù)梁

(c) 底座

圖1液壓支架三維模型

圖2　液壓支架裝配圖

3液壓支架運(yùn)動(dòng)特性分析

在運(yùn)動(dòng)仿真后，對(duì)液壓支架特殊點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析，特殊點(diǎn)包括掩護(hù)梁頂點(diǎn)、頂梁頂點(diǎn)等。以液壓支架底座對(duì)稱(chēng)面左下角為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，X軸正方向水平向右，Y軸正方向垂直向上(圖2)，現(xiàn)以掩護(hù)梁頂點(diǎn)為例，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡分析，如圖3所示。從圖3可以看出，在支架由低到高的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，掩護(hù)梁頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈雙紐線，且其變化范圍在12 mm內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3　掩護(hù)梁運(yùn)動(dòng)軌跡曲線

圖4為掩護(hù)梁頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性曲線，從圖4可以直觀地看到支架上升過(guò)程中位置、速度、加速度與時(shí)間的關(guān)系。

(a)位置-時(shí)間曲線(b)速度-時(shí)間曲線(c)加速度-時(shí)間曲線

圖4掩護(hù)梁頂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特性曲線分析

4結(jié)語(yǔ)

利用Pro/E對(duì)液壓支架進(jìn)行三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真，得到液壓支架特殊點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性曲線，可在很大程度上反映液壓支架的真實(shí)工作狀況。通過(guò)此種方法，在設(shè)計(jì)階段就可以直觀地看到產(chǎn)品的整體性能及潛在的設(shè)計(jì)缺陷，根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行修改，重復(fù)進(jìn)行仿真，直到符合預(yù)期的結(jié)果為止。利用此方法不僅可以縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，而且可節(jié)約成本，極大地提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬希青，教光印，李秋生，等.基于 Pro/E的液壓支架三維實(shí)體建模與運(yùn)動(dòng)仿真[J]. 煤礦機(jī)械，2007，28(1)：73-75.

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[3]楊繼春，楊建國(guó).裝配設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真及Pro/E實(shí)現(xiàn)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

[4]臧峰，趙啦啦，王忠賓，等.基于Pro/E的液壓支架三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真[J]. 煤礦機(jī)械，2007，28(5)：64-66.

[5]宋東生，王悅勇，魏棟梁，等.基于三化綜合設(shè)計(jì)的液壓支架研究[J].煤炭科技, 2010(3):8-10.

Three-dimension modeling and motion simulation of hydraulic support based on Pro/E

YU Tao，LIU Xiujie，ZHANG Yujiao，ZHANG Xianghua，WANG Yueliang

(College of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China)

Abstract：The paper introduced a method for three-dimension modeling and motion simulation of hydraulic support using software of Pro/E, it can be used to analyze and improve product in design phase and shorten product development cycle.

Key words:hydraulic support; three-dimension modeling; motion simulation

作者簡(jiǎn)介：于濤(1972-)，男，山東泰安人，副教授，博士，主要從事煤炭裝備設(shè)計(jì)制造的教學(xué)與研究工作，E-mail:lxjhktk@126.com。

基金項(xiàng)目：中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科技指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目(MTKJ 2012-344)。

收稿日期：2015-12-03；修回日期：2016-02-23；責(zé)任編輯：胡嫻。

中圖分類(lèi)號(hào)：TD355

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-04-05 11:36

文章編號(hào)：1671-251X(2016)04-0081-02

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.04.020

于濤，劉秀杰，張玉嬌，等.基于Pro/E的液壓支架三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真[J].工礦自動(dòng)化，2016,42(4)：81-82.