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

　　

【正文】 往復運動，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)范活塞的運動，在“?！睓谥羞x取“表”選項；最后，利用“運動分析”命令定義運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，點選菜單欄中的“應用程序”下拉菜單中的“機構”，進入機構仿真模塊。運動仿真的操作步驟如下： 1）插入伺服電機 選菜單欄中的“插入”下拉菜單中的“伺服電動機”，彈出伺服電動機定義框，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”可以顯示運動的效果圖。在本次設計中由于電機為分段運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的運動范圍是受到限制的，電機的運動模不能超出液壓缸的有效運動長度，所以電機的定義采用“表”中的“時間 —— 模 ” 的定義方式。 如 53 圖所示為推 移千斤頂電機定義過程。 圖 53 推移千斤頂 電機的 時間 定義 2）定義分析 單擊機構分析 按鈕彈出“分析定義”對話框，在此對話框中科設置總運動館時間、幀數(shù)、幀頻等運動參數(shù)以及電動機的運動順序和運動時間。定義時間域的方式又三種： ①長度和幀頻：輸入運行的時間長度和幀頻，系統(tǒng)計算總的幀數(shù)和運行長度。 34 ②長度和幀數(shù)：輸入運行的時間長度和總幀數(shù)，系統(tǒng)計算運行的幀頻。 ③幀頻和幀數(shù) 。輸入總幀數(shù)和幀頻，系統(tǒng)計算運行時間。 由于本次設計時順序動作，順序為：前移 —— 升柱 —— 前梁伸出 ——護幫伸出 —— 掩護梁伸出 —— 插板伸出 —— 插板收回 —— 掩護梁收回 ——護幫收回 —— 前梁收回 —— 降柱 —— 收回后推桿。要實現(xiàn)電機的順序動作是一個非常復雜的過程。在定義電機的過程中，采用了“位置”定義電機方便了“分析定義”中的電機定義。其運動時間段如圖 54 圖 54 電機運動時間段 35 仿真結(jié)果分析 獲取仿真結(jié)論是將運動的結(jié)果與實際運動進行對比分析，如運動干涉、運動包絡等，對出現(xiàn)的問題提出改進方法，實現(xiàn)液壓支架的最優(yōu)化。 在液壓支架零、部件裝配和運動仿真完成后，就可以利用 PRO/E 對設計的實體模型進行干涉檢驗，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動干涉。直接利用 PRO/E 對設計模型進行分析，重點對裝配模型進行全局干涉檢驗，檢驗結(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)構進行干涉檢驗，可以觀察和分析出區(qū)域問題，從而進行結(jié)構改進設計，將整機設計中可能存在的問題消除在萌芽狀態(tài)，減少試制樣機費用和改進時間，并大大縮短機械 產(chǎn)品的更新周期。在液壓支架運動仿真完成之后，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，可以在設計模式下直接修改模型參數(shù)，重復仿真分析以達到機構優(yōu)化的目的。 運動分析 所有電動機后即可進行運動分析，如圖 55 所示。分析無誤后保存分析果，利用“回放”命令可以對已運行的運動分析進行回放，在回放中還可以進行動態(tài)干涉檢查和制作播放文件。對每個運行的運動定義，系統(tǒng)將單獨保存一組運動結(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 運動回放 圖 56 視頻截圖 繪制軌跡曲線 在運動仿真后還要對液壓支架的特殊點的運動軌跡進行分析。特殊點有：掩護梁頂點、頂梁、擺桿頂點。 掩護梁的運動軌跡分析 選擇繪制曲線命令 ，便可以繪制液壓支架的運動曲線。選擇“新37 建”按鈕就可以進入選擇分析的點，選取前梁梁頂點，選擇過程如圖 57所示。在“位置”選項框中還可以選擇“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”方向作為代表進行運動分析，“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開始向負方向運動，在運動一段時間后有一個小段時間的反向運動過程，這是由于前梁前端點在運動到水平位置后還會繼續(xù)向上運動一小段的距離，導致在 x 方向上還有一小段的反向運動過程；在前梁停止運動時，前梁停止在運動極限；在前梁反向運動時，同理有個反向運動過程。此過程與液壓支架的實際運動過程相符。 前梁帶動的護幫“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，護幫在 x 方向的運動軌跡比實際的要求彎曲大。 圖 59 其余梁的運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)濟的一體化使得機械產(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，使得以虛擬樣機技術為代表的計算機技術不斷發(fā)展，虛擬設計逐步成為機械設計領域的一種全新的設計及方法。運用虛擬設計，可以在產(chǎn)品設計初期、設計、分析和評估產(chǎn)品的性能，確定和優(yōu)化物理樣機參數(shù)，從而降低產(chǎn)品的開發(fā)風險，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)展狀況。 (2).介紹了 pro/e 軟件在三維建模和仿真應用。 (3).介紹了虛擬樣機的發(fā)展趨勢及發(fā)展狀況。 (4).利用 Pro/E 對液壓支架進行了快速建模，然后利用其仿真模塊實現(xiàn)了對液壓支架的運動仿真。分析結(jié)構表明建立的模型和設置仿真的仿真參數(shù)的正確性，支架尺寸的合理，運動靈活，運動無干涉區(qū)域，前梁前端一點的運動軌跡符合近似的雙紐線的要求。 畢業(yè)設計可以說是對自己四年來所學知識的一次較為全面的考察和應用，也是對自己未來工作能力的一次磨練。在做設計的時候，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，以前所學終究是有限的，而學習卻是無限的，如果僅靠以前所學的東西，做畢業(yè)設計是遠遠不夠的，在這個過程中，我還有很多的東西要學，取得源頭活水，作為知識的不竭之源。做設計的過程中，我也體會40 到團隊合作的重要性 。因為本次設計的工作量較大，一個人單獨做，根本無法完成。所以我和隊友 就每個人自身的條件和長處進行分工，取到了很好的效果。在設計的工程中，我也因為某些地方的觀點和 隊友 不一樣而爭吵過，但我們最終能夠達成共識。討論是我們做畢業(yè)設計中達到知識互補的 關鍵要素 。 畢業(yè)設計終于接近尾聲了。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)設計，但是自己最后還是堅持完成了大學四年的最后一次考驗。這次的設計為我即將走入社會奠定了基礎，也是對我大學四年學習的一種肯定。 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，向一直默默支持和關心我的親人和朋友，表達由衷的感謝。 本論文是在高 老師的 授悉心指導下完成的。在完成整個課題的過程中，高 老師不僅提供了大量的資料，及時提出了在設計中存在的問題并給予了耐心指導，對論文初稿進行了認真細致的審閱，并提出了許多寶貴的 意見。高 老師淵博的學識、敏銳的思維、孜孜不倦的敬業(yè)精神、民主而嚴謹?shù)淖黠L使學生受益非淺，并將成為我未來人生道路的明燈。謹此向恩師致以崇高的敬意和衷心的感謝。 在我求學的過程中，父母給予了無微不至的關懷，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)設計工作中給予我?guī)椭?各位老師 及同學 表示最真誠的謝意。同窗的熱情 鼓勵、老師 的親切關懷以及親朋好友的大力支持使我最終完成學業(yè)，最后再次向關心和支持我 的所有老師和同學 表示深深的謝意。感謝所有關心我的人。謝謝！ 42 參考文獻 [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》，山東科學技術出版社。1980 年 [3] 邢?？?,劉唐 .《煤礦支護手冊》，煤炭工業(yè)出版社。 1991 年 [4] 徐濪 .《機械設計手冊》，機械工業(yè)出版社。 1992 年 [5] 王國彪 ,饒明杰 .《液壓支架優(yōu)化設計與計算機模擬分析》，機械工業(yè)出版社。 1994 年 [6] 雷天覺 . 《液壓工程手冊》，機械工業(yè)出版社。 1990 年 [7] 高秀華 ,鄧洪超 .《機械三維動態(tài)設計仿真技術》，化學工業(yè)出版社。2021 年 3 月 [8] 丁淑輝，曹連民 .Pro/Engineer Wildfire 基礎設計與實踐 ,北京：清華大學出版設。 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