液压支架三维建模及运动分析
基于ProE的液压支架的设计与分析

摘要液压支架是综采工作面煤层地下支护的关键设备,它的性能的好坏直接影响着矿山企业的产量和井下人员的安全。
长期以来,对液压支架进行设计以及运动模拟主要是通过数据和二维图形进行的,局限性大。
本文将优化设计、三维参数化造型、虚拟装配和运动仿真引进液压支架的设计中,以期缩短开发周期,减少研发成本,提高产品质量,提升产品的市场竞争力。
本文分析了液压支架的工作原理,进行了液压支架整体结构尺寸设计及主要部件的设计,其中采用电算程序对四连杆机构进行了优化设计。
本文利用Pro/ E对液压支架进行快速建模,然后利用其运动仿真模块(MECHANISM)实现了对支架的伸柱、降柱、推溜、移架的运动过程的动态仿真,分析仿真结果表明建立的模型和设置的仿真参数正确,支架尺寸合理,运动灵活,无运动干涉区域,顶梁前端一点的运动轨迹符合近似双扭线的要求。
关键字:液压支架; Pro/E; 三维建模; 运动仿真ABSTRACTThe hydraulic support is the leading equipment in the mine undergroud , it's quality effects the output of a mine company and the safety of the people at the bottom of a well. For a long time ,the design method of mine hydraulic support and it's dynamic simuilation mostly adopts static date and two-dimension ,which is very confine. In this paper, the technique of virtual prototype is introduced in study of hydraulic suppor, and hope it can shorten the exploit period, reduce cost and obviously improve quality, effectively promote the competitory ability of producuts in the markets.Based on the working principle of the hydraulic support,the overall structure of the hydraulic support and it’s major components were designed. In his process, it focus on the design of the four-bar using procedures.In this paper, the model of the hydraulic support was built rapidly by using of Pro/E, then the rising, declining, pushing and moving process were simulated with mechanism module of the Pro/E. After the movement simulation analysis of the hydraulic support, it is proved that the modle and the simulation parameters are correcrt, this hydraulic support have a reasonable size, flexible movement and no movement interferes region, the movement path of one point at the front of top-beam reaches request of similarly double turns the line.Key words:Pro/E; hydraulic support; three-dimension model; movement simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录............................................................................................................ I II 1绪论. (1)1.1本课题的研究目的及意义 (1)1.2国内外液压支架研究现状与发展趋势 (2)1.3本论文主要研究内容 (5)2 液压支架的基本理论分析 (6)2.1液压支架的工作原理 (6)2.2液压支架的承载过程 (7)2.3液压支架的类型与结构 (9)2.3.1 支撑式支架 (9)2.3.2 掩护式支架 (9)2.3.3 支撑掩护式支架 (10)2.3.4 特种液压支架 (10)2.4采煤工作面液压支架设计要求和设计必需的基本参数 (11)2.4.1 采煤工作面对液压支架的设计要求 (11)2.4.2 设计液压支架必需的基本参数 (11)3 液压支架的整体结构尺寸设计 (13)3.1支架的选型设计 (13)3.2支架高度、支架间距、底座长度的确定 (14)3.2.1 支架高度和支架的伸缩比 (14)3.2.2 支架间距 (15)3.2.3 底座长度 (16)3.3四连杆机构的设计 (16)3.3.1 四连杆机构的作用 (16)3.3.2 四连杆机构设计要求 (17)3.3.3 四连杆机构优选设计法 (18)3.4顶梁长度的确定 (29)3.5立柱和千斤顶位置的确定 (30)3.5.1 立柱的布置 (30)3.5.2 立柱柱窝位置的确定 (30)3.5.3 平衡千斤顶位置的确定 (34)4 液压支架部件设计 (40)4.1顶梁的设计 (40)4.2掩护梁与连杆的设计 (41)4.3底座的设计 (41)5 液压支架的建模与仿真 (43)5.1液压支架的建模与装配 (43)5.1.1液压支架建模与装配的目的及要求 (43)5.1.2液压支架的三维实体建模 (43)5.1.3液压支架的整机装配 (45)5.2液压支架的运动仿真 (48)5.2.1液压支架运动仿真的一般过程 (48)5.2.2 仿真结果分析 (51)6 总结与展望 (55)6.1总结 (55)6.2展望 (56)参考文献 (57)致谢 (59)附录一(英文) (60)附录二(译文) (74)附录三电算程序 (85)1绪论1.1 本课题的研究目的及意义综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。
浅谈液压支架的三维建模

2006年12月第期TAIYUANSCI-TECH浅谈液压支架的三维建模王政宏综采工作面设备一般都是成套配置的,主要包括采煤机、刮板输送机和液压支架,只有实现“三机配套”才能使综采工作面发挥最大的生产能力。
其中,液压支架是实现综采工作面高产高效的关键设备,其主要部件结构是由各种钢板焊接而成的箱形结构,各关键部件形状复杂且体积庞大。
所以,做好各部件及整个液压支架的设计工作,对于减轻支架的重量、提高支架的性能、降低支架的原材料成本都具有重要意义。
据统计,支架设计所花费用只占总成本的5%左右,但超过70%的产品成本是在设计阶段由设计所决定的。
因此,降低产品成本,加快产品的更新换代,关键在于采用先进的现代设计方法,而SolidWorks软件恰恰以其高效快捷、简单易学,以及强大的设计功能符合了这一要求。
1三维建模方法在传统设计中,设计者在设计时,头脑中最先产生的是三维实体图像,然后再利用投影及附加的各种规则、标准,将其“翻译”出来,描绘到图纸上成为二维工程图纸。
随着计算机技术的发展和计算机三维软件的产生,设计者头脑中产生的三维实体图像可被直接仿真到屏幕上,既形象又直观。
因此,应用三维软件进行设计时,可使设计者的思想不经“翻译”就能进行直观的交流,达到自然的思维过程,表达更加准确和清晰,从而大大减轻设计者的工作量。
2三维设计软件SolidWorks的主要功能特点1)界面友好,使用方便。
SolidWorks采用用户熟悉的Windows界面和简单的对话框以及设计历史树等功能,使软件操作简单易懂,使熟悉Windows操作的用户可以迅速掌握其应用方法。
2)参数化特征造型。
功能齐全的三维特征造型方法,动态的草图绘制功能,可以保证图形的比例和尺寸精度。
将草图经过拉伸、旋转和切除等操作就可以得到理想的三维设计模型。
所有特征都具有动态变化和测量功能,便于设计中特征的任意改变。
3)装配体设计。
直观的三维装配功能可以将设计系统中的各零件按照相应的装配关系形成装配体,建立虚拟样机,并且可以在装配过程中检查装配体的静动态干涉情况,便于设计者随时完善自己的设计。
放顶煤液压支架进行三维建模与运动仿真分析毕业设计

放顶煤液压支架进行三维建模与运动仿真分析毕业设计第1章绪论1.1 本课题的研究目的和意义课题提出:目前,许多国内外的大型辅助设计软件都包含了机械虚拟装配和运动仿真的模块,如国外PTC公司的Pro/ENGINEER,EDS的UG,SDRC的I - DEAS,MATRA的EUCLID和国内的CAXA等。
这些软件都给设计人员提供了更完善的机械设计途径。
本文主要基于美国PTC 公司的Pro/ ENGINEER WILDFIRE软件,对ZF3700/16/26型放顶煤液压支架进行三维建模与运动仿真分析。
目的和意义:1、采煤综合机械化,是加速我国煤炭工业发展,大幅度提高劳动生产率,实现煤炭工业现代化的一项战略措施。
综合机械化不仅产量大,效率高,成本低,而且能减轻笨重的体力劳动,改善作业环境,是煤炭工业技术的发展方向。
液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一,加大对液压支架的设计与研究力度,对实现我国煤炭工业高产高效科学发展具有重要意义。
2、随着全球经济的一体化,工程机械产品市场的竞争日益激烈。
为了提高市场竞争力,各企业必须不断缩短新产品的研发周期,提高产品质量、性能,降低开发成本。
在这种需求下,以虚拟现实技术为代表的计算机技术不断发展,使虚拟设计逐步成为工程领域一种新的现代化设计手段。
运用虚拟设计的方法,可以在产品设计初期,设计、分析和评估产品的性能,确定和优化物理样机参数,从而降低新产品的开发风险,缩短开发周期,提高产品性能。
Pro/E软件是目前国内外最为先进的基于特征的三维参数化设计系统之一,易学易用、功能强大。
利用Pro/E软件实现放顶煤液压支架的三维参数化造型与运动仿真,简捷方便、形象直观、效果逼真,能显著提高提高液压支架的设计效率、降低研发周期。
1.2 相关技术研究现状1.2.1 放顶煤液压支架的技术现状(1)支架设计随着计算机技术的发展和应用,支架CAD理论的发展已相对成熟,借助Pro/ ENGINEER或其他实体设计软件,可以实现支架的总体设计、部件设计及零件设计,并可根据参数变化,实现总装图、部件图和零件图的自动生成、打印;为了验证支架结构设计的合理性,可进行支架的运动模拟分析,实现支架的可视化。
基于ProE的液压支架三维建模及分析

基于ProE的液压支架三维建模及分析摘要:介绍了三维建模软件Pro/E的主要功能及特点,并以两柱掩护式液压支架为例,分析讨论了应用Pro/E对液压支架进行三维建模的基本方法与技巧。
结果表明应用本方法可更好的获得液压支架的建模过程及相关的参数。
关键词:液压支架三维建模Pr o/E1前言液压支架作为综采工作面三大配套设备之一,具有较高的自动化程度,可实现支撑、切顶、移架、推溜等一整套工序,能够可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板,隔离采空区,防止矸石进入回采工作面和输送机。
本文以两柱掩护式液压支架为例,利用Pro/E软件对其进行三维建模。
Pro/E是由美国参数技术公司(PTC)推出的一款集CAD /CAE/CAM于一身的全方位三维设计软件,该软件的主要功能包括零件设计、产品装配、曲面造型、模具设计、钣金设计、机构运动及仿真等。
它的主要特点是参数化设计、基于特征建模、单一数据库以及全相关性。
本文系统地讨论了应用Pro/E对液压支架建模过程中的一些方法和技巧,分析了一些常见问题及解决方法。
2液压支架的三维建模两柱掩护式液压支架主要由顶梁、掩护梁、底座、立柱、前后连杆、伸缩梁、一二级护帮板及各类千斤顶等部件组成。
本文针对其结构复杂的特点,采用自下而上的方法进行建模,即先将各部件单独建模成零件再按照连接及约束关系进行装配。
2.1各部件的三维建模对于同一零件的造型方法可以有很多种,不同的造型方法生成文件的大小各不相同,造型速度也会有很大差别。
因此,选择科学合理的造型方法不仅能提高工作效率,而且能够节约计算机磁盘空间、加快软件的分析速度等。
整体液压支架的三维建模是在Pro/E的零件模块和组件模块中完成的。
建模之前,根据支架的组成将其分为顶梁、掩护梁、底座、立柱、前后连杆、伸缩梁等部件,首先对这些部件进行建模。
对部件建模时,需要注意的是:立柱、千斤顶作为单个部件需要实现伸缩运动,即组成它们的零件之间有相对运动关系,建模时需要先分别创建出各个零件,再按照其运动形式在组件模块中进行装配,其余部件如顶梁、掩护梁等为组焊件,单个部件中各部分之间无相对运动,所以可以直接在零件模块中创建。
基于SolidWorks的液压支架三维建模和运动仿真

计算机应用 基于S olidW orks 的液压支架三维建模和运动仿真蔡文书,程志红,沈春丰(中国矿业大学,江苏徐州221008)摘要:基于S olidW orks 三维建模软件的功能和特点研究了ZF720放顶煤液压支架的三维建模与运动仿真的方法和应注意的问题。
通过建模和运动仿真,达到优化液压支架设计的目的。
关键词:液压支架;三维建模;运动仿真中图分类号:T D35514;TP31 文献标志码:A 文章编号:100320794(2008)11201652033D Modeling and Dynamic Simulation of H ydraulic Support withS olidw orksCAI Wen -shu ,CHENG Zhi -hong ,SHEN Chun -feng (China University of M ining and T echnology ,Xuzhou 221008,China )Abstract :The function and characteristic of 3D m odeling s oftwares S olidW orks are introduced.Based on S olid 2W orks ,the way and issues of 3D m odeling and dynamic simulation of hydraulic support are studied.Through 3D m odeling and dynamic simulation ,the design of hydraulic support is optimized.K ey w ords :hydraulic support ;three -dimension m odeling ;dynamic simulation0 前言液压支架是煤矿生产的主要设备,其主要部件况通过控制系统的控制信号传递给远程控制大厅。
基于Pro_E的液压支架三维实体建模与运动仿真

3D Parameter Solid Modeling and Simulation of Hydraulic Support with Pro E
MA Xi- qing1 , JIAO Guang- yin2, LI Qiu- sheng1, MA Yue- jun1 ( 1. Hebei University of Eng ineering, Handan 056038, China;
74
第 28 卷第 1 期 基于 Pro E 的液压支架三维实体建模与运动仿真
不同。只有当被装配件处于完全约束时, 被装配件 才可能具有确定的运动, 联接!才会有效。
完成支架所有部件的装配后, 进行干涉检查, 确 认无误后, 保存文件。完成装配的 ZF24 17 2000B 放 顶煤液压支架三维实体模型如图 4 所示。
在对液压支架某部件的结构形状进行正确分析 的基础上, 将复杂的部件分解为若干个简单构件, 如 肋板、弯板或圆管等, 并分析它们的形状、位置及相 互关系。在不影响实质问题的情况下, 为了简化建 模, 均舍去了部件中的焊缝、螺纹、管线等细部结构, 以提高系统的处理速度。
图 1 底座
根据构件的形状和尺寸, 在 Pro E 软件的 零件 模块中利用拉伸、旋转、扫描等特征创建方式建立各 个构件。在建模过程中, 一定要充分利用各构件之 间的位置关系和连接关系, 选择合适的草绘平面、参 照平面及特征的生成方式, 即通过合理地设定各构 件间的父子关系, 以尽量减少部件上的定位尺寸, 方 便特征的修改和重定义, 提高设计效率。
参考文献: [ 1] 李富柱. 矿用防爆装载机工作装置虚拟样机研究[ D] . 2005.
[ 2] 刘小平, 郑建荣, 等. 虚拟样机及其相关研究和实践[ J] . 机械科 学 与技术, 2003( 11) : 235- 238.
液压支架的三维建模及运动分析

连 杆 , 连 杆 , 梁 之 间 共 添 加 七 个 转 动 后 顶
运 用 软 件 对 复 杂 的 液 压 支 架 系 统 建 立 副 ; 虚 拟 样 机 , 迅 速 地 检 测 、 析 和 比 较 多 种 可 分 ( ) 柱 活 柱 和 中缸 体 , 5立 中缸 体 和 外 缸 添 加 完 运 动 副 后 , 液 压 支 架 添 加 驱 为 动 。 压 支 架 是 由立 柱 的 升 降 带 动 顶 梁 的 液
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将 液 压 支 架 的 三 维 模 型 以 x t 式 文 —格 件 导 入 AD AMS 件 中 , 不 影 响液 压 支架 软 在 仿 真 的 结 果 的 情 况 下 , 以 对 液 压 支 架 添 可
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液 压 支 架 的 三维 建 模 及 运 动 分 析
柳高艳 刘颖 范凯 郑晓 雯 ( 中国矿 业大 学 ( 京 ) 电 与信息 工程 学 院 北 机 北 京 1 0 8 ) 0 3 0
数。
( ) 略 平 衡 千 斤 顶 的 作 用 , 液 压 支 2忽 在
照底座 , 连杆 , 连杆 , 连杆 , 梁 , 后 前 后 顶 立 架 顶 梁 上 表 面 和 底 座 地 面 添 加 一 个 平 行
柱 外 缸 , 柱 小 柱 , 柱 中缸 的 顺 序 依 次 添 副 ; 立 立
液压支架在Solidworks平台上的运动仿真分析

液压支架在Solidworks平台上的运动仿真分析摘要三维设计软件不仅能够进行结构设计,更能够对设计进行检测、分析,能够及时有效的发现设计的干涉,有效性等等。
Solidworks软件是一款非常优秀的三维设计软件,能够满足大多数的设计需求。
Solidworks中的运动仿真模块COSMOS motion,能够对设计的产品进行虚拟环境下的仿真。
通过仿真能够模拟设计产品的运动,以及在运动中的受力情况,在设计产品的时候就了解产品的动力学特性,从而为产品的有效性和合理性进行检测,也对产品的再开发提供了基础。
本文通过对一种液压支架的运动仿真分析,探索了一种分析的思路和步骤,为以后的工作提供方便。
关键词产品设计;Solidworks;运动仿真;动力学特性1建立液压支架的三维模型三维模型设计在机械设计领域已经慢慢的普遍开来,但是大多数还仅仅停留于表面的机械结构的设计,并不能充分的利用三维设计软件的作用。
Solidworks 是一款强大的机械行业三维模型设计软件,不仅具有强大的三维建模、曲面设计、管道布置、虚拟装配、产品分析功能,还能够对设计的产品进行动力学仿真和有限元受力分析,大大的提高了设计的可能性。
Solidworks软件中的COSMOS motion模块能够十分准确的进行动力学仿真,能够在实际生产之前就达到产品的运动情况。
液压支架液压支架是煤矿综合机械化开采的重要装备,在井下采煤工作面能够有效地支撑和控制工作面顶板,保证工人、机器的安全工作空间。
液压支架的主要是由顶梁、底座、掩护梁、前后连杆、立柱以及各个千斤顶等组成。
本文研究的液压支架型号是ZF15000/28/52型放顶煤液压支架,分别对液压支架的各个部分进行1:1建模之后三维模型如图1所示。
本文中的模型建模过程采用的是较为普遍的bottom-up建模顺序,思路明确,条理清晰。
建模的操作非本文重点,不再赘述。
2对模型进行优化对于一个庞大的系统,如果对其所有的部分全都应用仿真分析,是十分不明智的。
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液压支架的三维建模及运动分析
摘要:运用ug软件建立两柱掩护式液压支架的三维模型,并将该模型导入adams软件中进行运动学仿真,将仿真后得到的液压支架的四连杆机构定位尺寸和极限参数与对应的液压支架设计标准进行对比,验证了设计的合理性,通过这种方法可以更好地获得液压支架的运动过程和有关参数。
关键词:液压支架;三维建模;adams;运动分析
中图分类号: td355 文献标识码:a 文章编
号:1674-098x(2011)12(c)-0000-00
前言
近年来虚拟样机技术发展迅速,通过建立虚拟样机模拟产品在真实环境下的运动状况,并根据仿真结果对产品的设计方案进行优化,以缩短开发周期,提高设计质量[1]。
本文采用ug软件对两柱掩护式液压支架进行三维建模,然后运用adams软件对液压支架进行运动学仿真分析,以获得液压支架的四连杆机构定位尺寸和极限参数。
1 液压支架的三维建模
本文针对液压支架结构复杂的特点,运用ug软件强大的三维造型功能,采用自下而上的方法进行建模,即先将各组件单独建模,再参考零件尺寸进行装配。
1.1 各部件的三维建模
液压支架的组成主要分为顶梁、掩护梁、底座、立柱、前连杆、
后连杆等。
对顶梁、掩护梁、底座、前连杆、后连杆可根据其各自的对称性运用镜像功能完成建模,而立柱则可以运用旋转功能完成模型。
图1是利用ug软件创建的两柱掩护式液压支架各主要部件的三维模型。
1.2 液压支架的装配
本文的装配采用自底向上的装配方法,先全部设定好装配中的组件,然后将组件添加到装配中,通过给定相配零件之间的配对约束关系,得到装配体的过程[2],按照底座,后连杆,前连杆,后连杆,顶梁,立柱外缸,立柱小柱,立柱中缸的顺序依次添加组件完成装配,即可得到两柱掩护式液压支架的三维实体模型。
2 液压支架的运动仿真
运用软件对复杂的液压支架系统建立虚拟样机,可迅速地检测、分析和比较多种参数,从而根据分析结果修改方案。
通过建立虚拟样机仿真方法能在很大程度上减少昂贵的物理样机制造及试验费用[3]。
2.1 运动过程设计
将液压支架的三维模型以x_t格式文件导入adams软件中,在不影响液压支架仿真的结果的情况下,可以对液压支架添加运动副。
(1) 液压支架的底座和地面无位移,故运用一个固定副连接;
(2) 忽略平衡千斤顶的作用,在液压支架顶梁上表面和底座地面添加一个平行副;
(3) 立柱和顶梁、底座的连接均为铰接,故该液压支架系统中添加四个球铰副;
(4) 底座和前连杆,后连杆,掩护梁和前连杆,后连杆,顶梁之间共添加七个转动副;
(5) 立柱活柱和中缸体,中缸体和外缸体均为滑移副连接,共添加四个滑移副。
添加完运动副后,为液压支架添加驱动。
液压支架是由立柱的升降带动顶梁的升降,故在立柱上添加驱动,驱动采用step函数定义液压支架的运动过程。
液压支架活柱和中缸体设置的step函数为:+step (time, 0.0, 0.0, 2.0, 163.0) + step (time, 2.0, 0.0, 10.0, 0.0)-step (time, 10.0, 0.0, 15.0, 1224.0);
中缸体和外缸体设置的step函数为:-step (time, 0.0, 0.0, 2.0, 0.0)-step (time, 2.0, 0.0, 6.0, 1250.0)+step(time, 6.0, 0.0, 10.0, 1250.0)+step(time, 10.0, 0.0, 15.0, 0.0)
添加完运动副和驱动的液压支架三维模型如图2所示。
2.2 仿真结果及分析
为了保证液压支架处于良好的工作状态,液压支架的四连杆机构定位尺寸和极限参数需要进行测量:
(1) 掩护梁上铰点到顶梁顶面之间距离h0、后连杆下铰点至底座地面之距y5、后连杆长度l2及掩护梁长度(l3+l4)的曲线,四条曲线按上述顺序自下而上排列,如图3所示。
由图3可知,h0为200mm,y5为530mm,(l3+l4)为2817mm,l2为1800mm,则掩护梁和后连杆的长度比(l3+l4)/l2=1.565。
一般设计中取h0=150~200mm,y5=450~600mm,(l3+l4)/l2=1.4~2.1[4],符合设计要求,因而说明该液压支架设计的合理性。
(2) 后连杆的转动角α2的变化曲线和掩护梁与水平的夹角α的变化曲线,如图4所示,虚线表示α2变化曲线,实线表示α的变化曲线。
通过图4可知,后连杆的转动角α2的最小值为10.0026°,掩护梁与水平的夹角α的最小值αmin=19.3706°,最大值α
max=60.7584°。
一般实际设计中应保证α2≥5°,αmax=58~62°,αmin=12~18°,所以后连杆的转动角、掩护梁与水平的夹角符合设计要求,使液压支架掩护梁上背负的矸石能够沿梁体下滑的同时,也能保证顶梁的合理支护强度。
(3) 顶梁端点的轨迹曲线,如图5所示,纵坐标表示支架顶梁端点的升降位移,横坐标表示支架顶梁端点的摆动位移。
为保证液压支架梁端距的稳定稳定,一般控制顶梁端点摆动幅度为30~80mm。
由图5可知,顶梁端点的摆动幅度值为104.3612 mm。
该摆动幅度超过了顶梁端点合理的幅度范围,所以该液压支架顶梁端点的摆动幅度设计有待优化。
3 结语
本文以两柱掩护式液压支架为例,探讨了以ug软件建立液压支架的三维模型和adams软件下的运动仿真与分析的方法,这种设计
方法获得了液压支架的四连杆机构定位尺寸和极限参数,通过与对应的设计标准比较可知该液压支架的四连杆机构的参数有待优化。
这种设计方法简单精确,对提高液压支架设计的质量提供了一种参考。
参考文献
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[4] 王国法. 液压支架技术. 北京: 煤炭工业出版社, 1999, 49-50.。