【導(dǎo)讀】起到了很明顯的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)正從二維CAD向三維。三維CAD/CAE技術(shù)在產(chǎn)品的三維造型、帶來了革命性的突破，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。本論文較系統(tǒng)地闡述了利用Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)低位放頂煤液壓支架三。維實(shí)體建模和運(yùn)動仿真分析的基本方法和技巧。虛擬樣機(jī)的發(fā)展概況與應(yīng)用前景。通過對液壓支架進(jìn)行運(yùn)動仿真證明，設(shè)計(jì)支架尺寸合理，運(yùn)動靈活，無運(yùn)動干涉區(qū)域，頂梁前端一點(diǎn)的運(yùn)動軌跡符合近似雙紐線的要求。

　　

【正文】 往復(fù)運(yùn)動，所以，在建立 液壓支架的仿真模型時，以底座為靜止部件，其他部件均為活動件。將驅(qū)動電機(jī)放在活塞上，以活塞軸線作為聯(lián)接軸，然后根據(jù)各個活塞桿的行程和運(yùn)動時間，在“輪廓”面板的“規(guī)范”欄中選擇“位置”來規(guī)范活塞的運(yùn)動，在“?！睓谥羞x取“表”選項(xiàng)；最后，利用“運(yùn)動分析”命令定義運(yùn)動仿真的起始長度和幀數(shù)等，即可播放完成的動畫。 在組裝好裝配圖后，點(diǎn)選菜單欄中的“應(yīng)用程序”下拉菜單中的“機(jī)構(gòu)”，進(jìn)入機(jī)構(gòu)仿真模塊。運(yùn)動仿真的操作步驟如下： 1）插入伺服電機(jī) 選菜單欄中的“插入”下拉菜單中的“伺服電動機(jī)”，彈出伺服電動機(jī)定義框，在“類型”中選擇從動圖元，如圖 52 所示。 圖 52 在“輪廓”的“規(guī)范”中可以定義從動圖元的位置、速度、加速度，33 在“?！敝锌梢远x速度函數(shù)。在“圖形”中可以選擇“位置”、“速度”、“加速度”可以顯示運(yùn)動的效果圖。在本次設(shè)計(jì)中由于電機(jī)為分段運(yùn)動不能使用速度定義，只能選擇位置定義，在定義的過程中電機(jī)的運(yùn)動范圍是受到限制的，電機(jī)的運(yùn)動模不能超出液壓缸的有效運(yùn)動長度，所以電機(jī)的定義采用“表”中的“時間 —— 模 ” 的定義方式。 如 53 圖所示為推 移千斤頂電機(jī)定義過程。 圖 53 推移千斤頂 電機(jī)的 時間 定義 2）定義分析 單擊機(jī)構(gòu)分析 按鈕彈出“分析定義”對話框，在此對話框中科設(shè)置總運(yùn)動館時間、幀數(shù)、幀頻等運(yùn)動參數(shù)以及電動機(jī)的運(yùn)動順序和運(yùn)動時間。定義時間域的方式又三種： ①長度和幀頻：輸入運(yùn)行的時間長度和幀頻，系統(tǒng)計(jì)算總的幀數(shù)和運(yùn)行長度。 34 ②長度和幀數(shù)：輸入運(yùn)行的時間長度和總幀數(shù)，系統(tǒng)計(jì)算運(yùn)行的幀頻。 ③幀頻和幀數(shù) 。輸入總幀數(shù)和幀頻，系統(tǒng)計(jì)算運(yùn)行時間。 由于本次設(shè)計(jì)時順序動作，順序?yàn)椋呵耙?—— 升柱 —— 前梁伸出 ——護(hù)幫伸出 —— 掩護(hù)梁伸出 —— 插板伸出 —— 插板收回 —— 掩護(hù)梁收回 ——護(hù)幫收回 —— 前梁收回 —— 降柱 —— 收回后推桿。要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的順序動作是一個非常復(fù)雜的過程。在定義電機(jī)的過程中，采用了“位置”定義電機(jī)方便了“分析定義”中的電機(jī)定義。其運(yùn)動時間段如圖 54 圖 54 電機(jī)運(yùn)動時間段 35 仿真結(jié)果分析 獲取仿真結(jié)論是將運(yùn)動的結(jié)果與實(shí)際運(yùn)動進(jìn)行對比分析，如運(yùn)動干涉、運(yùn)動包絡(luò)等，對出現(xiàn)的問題提出改進(jìn)方法，實(shí)現(xiàn)液壓支架的最優(yōu)化。 在液壓支架零、部件裝配和運(yùn)動仿真完成后，就可以利用 PRO/E 對設(shè)計(jì)的實(shí)體模型進(jìn)行干涉檢驗(yàn)，包括靜態(tài)檢查和動態(tài)檢查。靜態(tài)干涉檢查是指在特定的裝配結(jié)構(gòu)形式下，檢查裝配體各個零件之間的相對位置是否存在零部件之間的運(yùn)動干涉。直接利用 PRO/E 對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行分析，重點(diǎn)對裝配模型進(jìn)行全局干涉檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果直接顯示在模型中，同時用數(shù)字給出干涉區(qū)域的面積。這樣對整個支架的裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行干涉檢驗(yàn)，可以觀察和分析出區(qū)域問題，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，將整機(jī)設(shè)計(jì)中可能存在的問題消除在萌芽狀態(tài)，減少試制樣機(jī)費(fèi)用和改進(jìn)時間，并大大縮短機(jī)械 產(chǎn)品的更新周期。在液壓支架運(yùn)動仿真完成之后，借助于 PRO/E 仿真分析測量還可以測量系統(tǒng)中需要跟蹤的參數(shù)，如零件的位置、速度、加速度等，并將其變化趨勢通過圖表的形式直觀的表現(xiàn)出來，假如結(jié)果不理想，可以在設(shè)計(jì)模式下直接修改模型參數(shù)，重復(fù)仿真分析以達(dá)到機(jī)構(gòu)優(yōu)化的目的。 運(yùn)動分析 所有電動機(jī)后即可進(jìn)行運(yùn)動分析，如圖 55 所示。分析無誤后保存分析果，利用“回放”命令可以對已運(yùn)行的運(yùn)動分析進(jìn)行回放，在回放中還可以進(jìn)行動態(tài)干涉檢查和制作播放文件。對每個運(yùn)行的運(yùn)動定義，系統(tǒng)將單獨(dú)保存一組運(yùn)動結(jié)果，利用“回放”命令可以將其結(jié) 果保存在一個文件中，也可以刪除、恢復(fù)或輸出這些結(jié)果而后可生成后綴名為 mpg 的演示文件。如圖 56。具體演示文件見視頻。 36 圖 55 運(yùn)動回放 圖 56 視頻截圖 繪制軌跡曲線 在運(yùn)動仿真后還要對液壓支架的特殊點(diǎn)的運(yùn)動軌跡進(jìn)行分析。特殊點(diǎn)有：掩護(hù)梁頂點(diǎn)、頂梁、擺桿頂點(diǎn)。 掩護(hù)梁的運(yùn)動軌跡分析 選擇繪制曲線命令 ，便可以繪制液壓支架的運(yùn)動曲線。選擇“新37 建”按鈕就可以進(jìn)入選擇分析的點(diǎn)，選取前梁梁頂點(diǎn)，選擇過程如圖 57所示。在“位置”選項(xiàng)框中還可以選擇“速度”、“加速度 ”、“連接反作用力”等。在分量中可以選擇“ x”、“ y”、“ z”、“?！?，本次選擇“ x”方向作為代表進(jìn)行運(yùn)動分析，“位置 —— 時間”曲線圖如 58 所示。 圖 57 圖 58 38 從曲線中可以看出前梁梁前端點(diǎn)開始向負(fù)方向運(yùn)動，在運(yùn)動一段時間后有一個小段時間的反向運(yùn)動過程，這是由于前梁前端點(diǎn)在運(yùn)動到水平位置后還會繼續(xù)向上運(yùn)動一小段的距離，導(dǎo)致在 x 方向上還有一小段的反向運(yùn)動過程；在前梁停止運(yùn)動時，前梁停止在運(yùn)動極限；在前梁反向運(yùn)動時，同理有個反向運(yùn)動過程。此過程與液壓支架的實(shí)際運(yùn)動過程相符。 前梁帶動的護(hù)幫“軌跡曲線”定義在“插入”中選取?！败壽E曲線”如圖 59 所示。由于擺桿的存在，護(hù)幫在 x 方向的運(yùn)動軌跡比實(shí)際的要求彎曲大。 圖 59 其余梁的運(yùn)動軌跡曲線在此就不一一分析了，其過程大 致 與前梁的相似。 39 第六章、 總結(jié)與展望 全球經(jīng)濟(jì)的一體化使得機(jī)械產(chǎn)品市場的競爭日益激烈。為了提高市場競爭力，各企業(yè)必須不斷縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能，降低研發(fā)成本。在這種要求下，使得以虛擬樣機(jī)技術(shù)為代表的計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，虛擬設(shè)計(jì)逐步成為機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種全新的設(shè)計(jì)及方法。運(yùn)用虛擬設(shè)計(jì)，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期、設(shè)計(jì)、分析和評估產(chǎn)品的性能，確定和優(yōu)化物理樣機(jī)參數(shù)，從而降低產(chǎn)品的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能。在這樣的大背景下，本文主要進(jìn)行了以下幾個方面的工作： (1).介紹了國內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢與發(fā)展?fàn)顩r。 (2).介紹了 pro/e 軟件在三維建模和仿真應(yīng)用。 (3).介紹了虛擬樣機(jī)的發(fā)展趨勢及發(fā)展?fàn)顩r。 (4).利用 Pro/E 對液壓支架進(jìn)行了快速建模，然后利用其仿真模塊實(shí)現(xiàn)了對液壓支架的運(yùn)動仿真。分析結(jié)構(gòu)表明建立的模型和設(shè)置仿真的仿真參數(shù)的正確性，支架尺寸的合理，運(yùn)動靈活，運(yùn)動無干涉區(qū)域，前梁前端一點(diǎn)的運(yùn)動軌跡符合近似的雙紐線的要求。 畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說是對自己四年來所學(xué)知識的一次較為全面的考察和應(yīng)用，也是對自己未來工作能力的一次磨練。在做設(shè)計(jì)的時候，我有許多的感 觸，記得有人說過一句話：問君哪得清如許，為有源頭活水來。知識就是這樣的，以前所學(xué)終究是有限的，而學(xué)習(xí)卻是無限的，如果僅靠以前所學(xué)的東西，做畢業(yè)設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在這個過程中，我還有很多的東西要學(xué)，取得源頭活水，作為知識的不竭之源。做設(shè)計(jì)的過程中，我也體會40 到團(tuán)隊(duì)合作的重要性 。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的工作量較大，一個人單獨(dú)做，根本無法完成。所以我和隊(duì)友 就每個人自身的條件和長處進(jìn)行分工，取到了很好的效果。在設(shè)計(jì)的工程中，我也因?yàn)槟承┑胤降挠^點(diǎn)和 隊(duì)友 不一樣而爭吵過，但我們最終能夠達(dá)成共識。討論是我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)中達(dá)到知識互補(bǔ)的 關(guān)鍵要素 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)終于接近尾聲了。隨著畢業(yè)時間的鄰近，心情越發(fā)的壓抑，有時很厭煩去做畢業(yè)設(shè)計(jì)，但是自己最后還是堅(jiān)持完成了大學(xué)四年的最后一次考驗(yàn)。這次的設(shè)計(jì)為我即將走入社會奠定了基礎(chǔ)，也是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一種肯定。 41 致謝 在論文完成之際，我向幾年來給予我莫大幫助的老師和同學(xué)，向一直默默支持和關(guān)心我的親人和朋友，表達(dá)由衷的感謝。 本論文是在高 老師的 授悉心指導(dǎo)下完成的。在完成整個課題的過程中，高 老師不僅提供了大量的資料，及時提出了在設(shè)計(jì)中存在的問題并給予了耐心指導(dǎo)，對論文初稿進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的審閱，并提出了許多寶貴的 意見。高 老師淵博的學(xué)識、敏銳的思維、孜孜不倦的敬業(yè)精神、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)使學(xué)生受益非淺，并將成為我未來人生道路的明燈。謹(jǐn)此向恩師致以崇高的敬意和衷心的感謝。 在我求學(xué)的過程中，父母給予了無微不至的關(guān)懷，在此感謝我的父母。正是他們默默地給我支持，深深地為我祝福，用無邊的關(guān)懷和理解陪我走過人生的每一個驛站。 最后向百忙之中在畢 業(yè)設(shè)計(jì)工作中給予我?guī)椭?各位老師 及同學(xué) 表示最真誠的謝意。同窗的熱情 鼓勵、老師 的親切關(guān)懷以及親朋好友的大力支持使我最終完成學(xué)業(yè)，最后再次向關(guān)心和支持我 的所有老師和同學(xué) 表示深深的謝意。感謝所有關(guān)心我的人。謝謝！ 42 參考文獻(xiàn) [1] 張家鑒 ， 陳享文 ， 伊長德 .《液壓支架》，煤炭工業(yè)出版社。 1985 年 [2] 蔣國安 ， 郭福君 ， 羅大炎 . 《液壓支架》，山東科學(xué)技術(shù)出版社。1980 年 [3] 邢?？?,劉唐 .《煤礦支護(hù)手冊》，煤炭工業(yè)出版社。 1991 年 [4] 徐濪 .《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，機(jī)械工業(yè)出版社。 1992 年 [5] 王國彪 ,饒明杰 .《液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)模擬分析》，機(jī)械工業(yè)出版社。 1994 年 [6] 雷天覺 . 《液壓工程手冊》，機(jī)械工業(yè)出版社。 1990 年 [7] 高秀華 ,鄧洪超 .《機(jī)械三維動態(tài)設(shè)計(jì)仿真技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社。2021 年 3 月 [8] 丁淑輝，曹連民 .Pro/Engineer Wildfire 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 ,北京：清華大學(xué)出版設(shè)。 2021 [9] Yeaple Power Design Ed. Revised and Expanded. New York and Basel: Marcel Dekker Inc. 1990 [10] N. M. Alexandrov and R. M. Lewis. Algorithmic Perspectives on Problem Formulations in MDO. NASA Langley Research Center Hampton. VA 236818th