基于Solidworks的液壓支架自頂向下設計方法的研究

閆磊 魏濤

摘要：液壓支架是綜采設備組成重要的一部分，結合液壓支架產品的特點和設計過程，為了進一步提高液壓支架設計水平，以掩護式液壓支架為例，運用Solidworks對液壓支架不同部件采用自頂向下設計方法實現高效、快速的設計，顯著提高設計效率。

關鍵詞：液壓支架、自頂向下、Solidworks、骨架模型

中圖分類號：TD355.41 ?文獻標識碼：B

引言

隨著綜采工作面的高產高效，對液壓支架的要求越來越高，支架設計技術不斷迭代跟新，傳統的二維設計技術已不能滿足滿足現代設計需求，設計人員在設計方案、匯報方案、人員培訓等方面，利用Solidworks軟件設計的液壓支架實體模型、裝配關系、運動分析可直觀的展示出來。同時，采用Solidworks自頂向下設計方法，能夠快速準確的完成設計。

1 設計方法比對

在產品設計的過程中，存在2種設計方法，自頂向下設計與自下向上設計，自頂向下設計方法是相對于傳統的自下向上設計方法而言。

自底向上設計方法順序是零件——組件——部件，根據設計的零件利用裝配關系進行裝配成組件，在進行總裝配，其各零件都是相互獨立的。

自頂向下設計方法順序是部件——組件——零件，也就是先在裝配體中建立骨架模型，約束裝配關系，然后將骨架模型中幾何關系傳遞到組件，這樣各零部件可以實現并行設計，同時設計變更很容易。當總體幾何關系發生變化時，信息會傳遞到零部件。這樣就可以提高工作效率，同時也避免干涉現象。

2 液壓支架建模

液壓支架設計項目一般是根據《三機配套協議》、《液壓支架技術協議》、《三機配套圖》在Solidworks環境下進行支架總方案設計，初選出符合技術協議要求的架型[1]，并將液壓支架分為五大塊設計，分別為頂梁設計、掩護梁設計、底座設計，連桿設計、千斤頂設計并分發工程師進行并行、協同設計，具體流程見圖1。

2.1 ?骨架模型設計

（1）再骨架模型中建立幾何尺寸關系

點擊菜單插入裝配體，在前視集中面中創建各幾何尺寸關系，設置好各參考基準面、基準線及基準點，形成形成草圖布局。

（2）傳遞幾何尺寸對各部件進行骨架模型設計

骨架模型主要是為了確定液壓支架產品中各部件之間的約束、數據等，其中包括支架的結構形式、高低位置，以及零部件支架的相互約束關系和主要零部件的截面形狀等[2]。首先在Solidworks中插入裝配體，在裝配體中創建如圖3所示的整體骨架模型，此模型主要用來控制子裝配體和自頂向下設計幾個關系數據的傳遞。

2.2部件骨架模型

以頂梁為子裝配體設計為例，參照骨架模型，在裝配體中前視基準面創建輪廓草圖，通過Solidworks命令“轉換實體引用”將相應的頂梁骨架模型引用到頂梁子裝配體中[3]，頂梁骨架模型。然后再對頂梁骨架模型截面草圖進行細化設計，在子裝配體中的上視基準面建立寬度驅動草圖。如圖4。

2.3協同設計、生成模型

根據前視基準面、上視基準面建立輪廓草圖及寬度驅動草圖，通過將骨架模型中的尺寸、形狀、位置通過轉換實體引用來創建零部件特征，進而生成頂梁模型。如圖5。用相同的方法完成液壓支架其余部件的設計，然后在設計庫中調用液壓系統元件，完成支架裝配。圖6顯示的是支架三維參數化實體模型。若改變骨架模型尺寸，修改的信息自動傳遞到相關零部件，零件也會發生相應變化。

3液壓支架自頂向下設計技巧

（1）利用Solidworks軟件功能，充分利用骨架草圖模型中的線條，通過轉換實體命令直接獲取，快捷并準確，液壓支架各部件基本上是對稱件，可快速生成部件的一半，再通過鏡像命令生成另一半。然后利用標準庫文件進行完善細節。

（2）在骨架草圖模型中，避免出現草圖過于精細，生成模型時占用太多的計算機資源。盡可能的讓草圖簡單，也便于后期的設計變更。完成虛擬裝配后，為后續運動學分析有著重大意義。

4液壓支架自頂向下設計方法優點

（1）修改骨架模型參數就能傳遞到零件和支架模型改變，實現了參數驅動支架模型修改，設計效率明顯提高。

（2）采用“自頂向下”設計方法，當整體骨架模型設計變化的時候，信息會自動的傳遞到下游零部件，使之自動的發生相應的變化。因此，當發生設計變更時，采用“自頂向下”的設計方法可以顯著提高更改設計效率。

（3）采用三維參數化設計，可以分別對液壓支架的其它結構件例如：掩護梁、底座、擺梁、前梁、護幫板、伸縮梁、尾梁等建立模型標準化數據庫。遇到產品結構相似的，稍作修改就可以調用。避免重復性工作。

5 結束語

利用SolidWorks軟件的三維造型功能實現了對液壓支架的三維參數化設計、虛擬裝配和運動仿真，為支架的有限元分析提供三維模型。隨著CAD/CAE/CAM技術的不斷發展，以三維建模軟件為平臺，結合有限元分析軟件和運動仿真軟件的應用系統已經越來越多地應用于液壓支架的設計使支架設計水平越來越完善。同時不斷建立架型模型庫，這種方法可縮短開發周期，極大地提高產品的設計效率和質量。

參考文獻

[1]王國法等.高端液壓支架及先進制造技術[M].北京：煤礦工業出版社，2010.

[2]徐亞軍，王國法等.液壓支架三維建模軟件設計平臺選型分析[J].煤礦開采，2002（4）：1-4.

[3]陳超祥，胡其登等Solidworks高級教程簡編[M]北京：機械工業出版社，2017.

作者簡介：閆磊（1985—），男，碩士，工程師，煤礦用液壓支架的設計。