【導(dǎo)讀】煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而。且能減輕笨重的體力勞動(dòng)，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。架是綜合機(jī)械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。首先，通過對(duì)液壓支架的相關(guān)資料收集，整理；了解液壓支架的結(jié)構(gòu)，類型，工作原理，特點(diǎn)，目的及要求；其次，對(duì)支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)作了設(shè)計(jì)，受力分析以及強(qiáng)度校核；最后，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，保存運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果，用于運(yùn)動(dòng)分析。

　　

【正文】 前頂梁 掩護(hù)梁 四連桿 底座等都屬于焊接結(jié)構(gòu)件，它們的強(qiáng)度都決定于液壓支架工作阻力及鋼板和焊縫的許用應(yīng)力。為了保證它們有足夠的強(qiáng)度，就需根據(jù)力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算。成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 液壓支架三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真 三維建模及裝配 目前 ,許多國(guó)內(nèi)外的大型輔助設(shè)計(jì)軟件都包含了機(jī)械的虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真的模塊 ,如國(guó)外 PTC公司的 Pro/MECHANISM, EDS 的 UG, MATRA的 EUCLID 和國(guó)內(nèi)的 CAXA 等 ,這些都給設(shè)計(jì)人員提供了更完善的機(jī)械設(shè)計(jì)途徑。本文主要基于美國(guó) PTC 公司的 Pro/E (WILDFIRE) 軟件 ,對(duì)四柱支撐掩護(hù)式液壓支架進(jìn)行了三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真 。建模 采用自下而上的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，即先建立液壓支架各零件及部件的三維模型，然后對(duì)其進(jìn)行總體裝配。在支架建模過程中主要用到了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、陣列、鏡像等特征工具，對(duì)于某 一特定特征，其經(jīng)常可以由多種不同的方法來(lái)生成，此時(shí)就要選取最合理的方法進(jìn)行操作。 液壓支架零件建模 下面以液壓支架前連桿的設(shè)計(jì)為例詳細(xì)說(shuō)明自上而下的設(shè)計(jì)方法。 啟動(dòng) Pro/E ，新建文件：選 “零件 ”/“ 實(shí)體 ”， 文件名默認(rèn)。 我們可以使用拉伸等方法建立液壓支架的第一個(gè)構(gòu)件 ——前連桿，如圖 41所示； 圖 41 前連桿 選擇 “文件 ”/ “保存副本 ”，輸入新文件 “qianliangan”。然后繼續(xù)生成其余零件模型。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 根據(jù)以上原則分別建立了頂梁、底座等部件的整體模型，如圖所示。根據(jù)彼此之間的裝配和約束關(guān)系逐個(gè)進(jìn)行組裝， 完成液壓支架的虛擬裝配。 圖 42 頂梁 圖 43 底座 圖 44 掩護(hù)梁 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 45 后連桿 以上為液壓支架主要零件圖， 在生成零件三維模型的基礎(chǔ)上 ,可以對(duì)其進(jìn)行裝配。 液壓支架裝配 虛擬裝配是零部件通過相互之間的定位關(guān)系裝配在一起的。在裝配時(shí) , 系統(tǒng)還提供了零件的編輯修改功能 ,不管如何編輯和在何處編輯零部件 , 整個(gè)裝配部件保持關(guān)聯(lián)性 , 如果修改某些零部件 , 則引用它的裝配件自動(dòng)更新 , 反應(yīng)它的最新變化。進(jìn)行零件裝配時(shí)最重要的步驟就是對(duì)零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束。 進(jìn)行零件裝配時(shí)最重要的步驟就是對(duì)零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束。以連桿裝配為例。 裝配步驟如下 : (1) 選擇 文件 / 新建 命令 , 在新建對(duì)話框類型選項(xiàng)中選取 組件 模塊 , 子類型選項(xiàng)中選取 設(shè)計(jì) ,取消使用缺省模板。 (2) 選擇 插入 / 元件 / 裝配 命令 , 調(diào)入零件模型。 (3) 給零件施加定位約束。 (4) 選擇 插入 / 元件 / 裝配命令 ,調(diào)入零件。 (5) 給零件進(jìn)行裝配定位。 類似方法 ,對(duì)其他零件進(jìn)行裝配，完成零件三維模型。 零件的準(zhǔn)確裝配是液壓支架運(yùn)動(dòng)仿真的前提 ,裝配關(guān)系的正確與否直接影響著液壓支架運(yùn)動(dòng)仿真能否正確實(shí)現(xiàn)。由于液壓支架機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真時(shí)各構(gòu)件之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng) ,所以零件的裝配只能部分約束。根據(jù)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況 ,通過設(shè)成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 定各種連接來(lái)限制構(gòu)件的自由度。 Pro/Mechanism 裝配模塊提供的連接方式主要有剛性、銷釘、滑動(dòng)桿、柱面、平面、球、焊接、軸承等。裝配時(shí)首先要確定運(yùn)動(dòng)各構(gòu)件及其相互間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)副。然后通過選擇構(gòu)件及其相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副組成機(jī)構(gòu) ,最后由各機(jī)構(gòu)組成完整的液壓支架模型。 綜以上所述對(duì)零件進(jìn)行裝配完成后零件圖如圖 46， 47 所示。 圖 46 液壓支架模型 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 47 液壓支架模型 運(yùn)動(dòng)仿真 Mechanism(機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 ) 模塊是 Pro/E 軟件中包含的一個(gè)運(yùn)動(dòng)分析和仿真模塊 ,該模塊既可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)的定義、建立零件之間的連接及裝配自由度、對(duì)輸入軸添加相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生設(shè)計(jì)要求的運(yùn)動(dòng) ,又可以在分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)觀察和記錄分析仿真過程的一些測(cè)量值 ,如位置、速度和加速度等 ,還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉檢查和運(yùn)動(dòng)軌跡顯示等。 由于液壓支架運(yùn)動(dòng)已立柱或油缸為驅(qū)動(dòng)件，活塞桿在油缸中只作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以，在建立液壓支架的仿真模型時(shí)，底座是靜止的，其余部件可以移動(dòng)。將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)放在活塞上，以活塞軸線作為連接軸，然后根據(jù)各個(gè)活塞桿的形成和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，在 “輪廓 ”面板的 “規(guī)范 ”欄中選擇 “位置 ”來(lái)規(guī)范活塞的運(yùn)動(dòng)，在 “模 ”欄中選取 “表 ”選項(xiàng)；最后，利用 “運(yùn)動(dòng)分析 ”命令定義運(yùn)動(dòng)仿真的其實(shí)長(zhǎng)度和幀數(shù)等，即可播放完成的動(dòng)畫。 根據(jù)各自所需要的時(shí)間 ,各個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系問題 ,使液壓支架的整個(gè)工作循環(huán)動(dòng)態(tài)模擬能順利地按工作順序完成。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 如圖 48所示，進(jìn)入 “應(yīng)用程序（ P） ”的 “機(jī)構(gòu) ”進(jìn)行電動(dòng)機(jī)設(shè)置運(yùn)動(dòng)時(shí)間 等參數(shù)設(shè)置。 圖 48 運(yùn)動(dòng)仿真 插入伺服電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行時(shí)間，速度等參數(shù)設(shè)置，如圖 49 所示。 圖 49 電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置 設(shè)置完成后，進(jìn)行仿真 運(yùn)動(dòng) ，保存視頻。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 運(yùn)動(dòng)分析 在液壓支架零、部件裝配和運(yùn)動(dòng)仿真完成后，就可以利用 Pro/E對(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)行模型進(jìn)行干涉檢驗(yàn)，包括靜態(tài)檢查和動(dòng)態(tài)檢查等等。靜態(tài)檢查是檢查各零件之間相對(duì)位置是否存在零部件之間的運(yùn)動(dòng)干涉。在液壓支架運(yùn)動(dòng)仿真完成之后，借助于 Pro/E仿真分析測(cè)量還可以測(cè)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，并可以將其變化趨勢(shì)通過圖形表示出來(lái)，這樣更直觀，更具體反應(yīng)液壓支架的某些運(yùn)動(dòng)特征，方便設(shè)計(jì)者記錄。 選擇繪制曲線命令 ，便可以繪制一些特殊點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)曲線。如下圖 410為速度與時(shí)間的關(guān)系圖。 圖 410 速度與時(shí)間關(guān)系 從圖可以看出液壓支架是勻速運(yùn)動(dòng)的，斜率不變。當(dāng)支架到達(dá)頂端后，液壓支架停止運(yùn)動(dòng)，而后又勻速下降。以頂梁頂點(diǎn)為例進(jìn)行位置，速度，加速度分析得到一下圖形。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 411 位置與時(shí)間關(guān)系圖 上圖為頂梁頂點(diǎn)位置隨著時(shí)間的變化曲線。 圖 412 速度與時(shí)間關(guān)系 圖示為頂梁頂點(diǎn)速度隨著時(shí)間變化的曲線。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 413 加速度與時(shí)間關(guān)系 圖示表示為頂梁定點(diǎn)加速度隨著時(shí)間變化的曲線。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們作為學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間最后的教學(xué)環(huán)節(jié)，是一個(gè)對(duì)畢業(yè)生專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、研究能力、自學(xué)能力、創(chuàng)新能力以及各種綜合能力的檢驗(yàn)和再提高。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，使我進(jìn)一步鞏固和加強(qiáng)對(duì)基本知識(shí)、基本技能的掌握，使我的自學(xué)能力、資料查閱能力、計(jì)算機(jī)三維軟件的應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和吃苦耐勞精神等得到綜合訓(xùn)練。在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了不少的困難，但是在老師的指導(dǎo)下，自己通過努力不斷的克服一個(gè)又一個(gè)問題。 通過這次設(shè)計(jì)對(duì)液壓支架有了基本的了解，熟悉其 工作原理，并且了解了國(guó)內(nèi)外關(guān)于液壓支架的最新研究成果和目前世界上各種先進(jìn)液壓支架的特點(diǎn)，及液壓支架在將來(lái)的發(fā)展前景。拓寬了我的知識(shí)視野，開闊了我的理性思維，為我將來(lái)無(wú)論是走向工作崗位，還是繼續(xù)學(xué)習(xí)深造都奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 基于 Pro/E的三維設(shè)計(jì)使我對(duì)于三維軟件的應(yīng)用進(jìn)一步熟悉了，以前對(duì)于三維軟件的應(yīng)用還是很生疏，通過這次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到三維軟件在設(shè)計(jì)中的重要作用。 另外，在設(shè)計(jì)過程中，我進(jìn)一步提高了個(gè)人發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的能力，并且我對(duì)大學(xué)幾年所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)課知識(shí)作了全面鞏固和全新的總結(jié)，我能夠?qū)⒆约核鶎W(xué)知識(shí)用于實(shí)踐。 也許這次設(shè)計(jì)只是我人生萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步，我想有了此次設(shè)計(jì)的經(jīng)歷和方法，我將會(huì)在我所學(xué)領(lǐng)域做出更多的成績(jī)。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致 謝 歲月流逝，時(shí)光匆匆，兩個(gè)多月的時(shí)間在不知不覺與充實(shí)勞頓中度過。畢業(yè)設(shè)計(jì)即將尾聲，我感覺到一種前所未有的成就感和喜悅感，因?yàn)檫@次成功的設(shè)計(jì)不僅僅是我人生的第一次真真正正，完完全全的設(shè)計(jì)，更是我汗水與心血的結(jié)晶。我欣慰自己能夠?qū)⑽宜鶎W(xué)知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合；更欣慰自己有勇氣和膽量去嘗試，去追求，去創(chuàng)新。 此設(shè)計(jì)是在張靜老師的悉心指導(dǎo)和幫助下，在很多同學(xué)的熱心幫助和支持下，經(jīng)過這學(xué)期的忙碌和工作才能順利完成的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，所學(xué)的知識(shí)并不牢靠，難免有許多考慮不周全的 地方，如果沒有老師的指導(dǎo)，同學(xué)的熱情幫助，想要完成畢業(yè)設(shè)計(jì)是非常困難的。 在此次液壓支架設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)過程中，張靜老師給予了我親切的關(guān)懷和大力幫助，使本人無(wú)論在學(xué)習(xí)方法方面，還是在研究分析問題能力方面都有了很大的提高。借此之際，特向指導(dǎo)老師表示衷心的感謝。 此外，對(duì)在我設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)過程中，給予幫助的老師和同學(xué)表示感謝！ 最后，感謝各位評(píng)閱老師在百忙之中評(píng)閱本文。由于時(shí)間倉(cāng)促，本人水平有限，難免有錯(cuò)誤和不足之處，敬請(qǐng)各位老師指正與賜教。 祝：各位老師工作順利，身體健康！！！ 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) [1]吳宗澤 .機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè) [J].高等教育出版社 .20xx. [2]趙衡山 .德國(guó)液壓支架設(shè)計(jì)研究的新進(jìn)展 .煤炭科學(xué)研究總院 .20xx. [3]朱輝 .唐保寧 .畫法幾何及工程制圖 .上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 .20xx. [4]萬(wàn)啟超 .魏田和 . Pro/ENGINEER結(jié)構(gòu)、熱、運(yùn)動(dòng)分析基礎(chǔ)與典例范例 .電子工業(yè)出版社 .20xx [5]羅恩波 .國(guó)內(nèi)外液壓支架現(xiàn)狀及我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì) .鄭州煤礦機(jī)械廠 .1999. [6]歐陽(yáng)波儀 .Pro/ENGINEER 中文野火版軟件應(yīng)用技術(shù) .北京：人民郵電出版社 .20xx [7]高秀華 .機(jī)械三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 仿真技術(shù)（ Pro\ENGINEER 和 Pro\MECHANICA 應(yīng)用） .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 .20xx [8]尹力，劉德利，于洋 .基于 Pro/E布局的液壓支架設(shè)計(jì)與分析 .三一重型裝備有限公司 .20xx [9]王國(guó)法 . 高效綜合機(jī)械化采煤成套裝備技術(shù)［ M］．徐州 :中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社， 20xx． [10]張靜，劉鳳景 .基于 Pro/E的液壓支架虛擬建模與運(yùn)動(dòng)仿真．山東科技大學(xué) 20xx． [11]王曉卓 .三維軟件 Pro/E在液壓支架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析．鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司20xx． [12]王悅勇 .田家寶 . 四柱支撐式液壓支架計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)．三一重型裝備有限公司， 20xx． [13]孫海波 .陳功 . Pro/E三維造型應(yīng)用及機(jī)構(gòu)仿真．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 .20xx． [14]吳立軍 .Pro/E 三維造型技術(shù)教程．清華大學(xué)出版社 20xx． [15]王國(guó)法 ,等 . 液壓支架三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真 [J ] . 煤炭科學(xué)技術(shù) , 20xx(1) :42 44. [16]Cock,.,Mine hoist automation and control systems ［ J］ . Mining Technology, V7(886),1995,163173. [17],. Monitoring varying speed machinery vibrations I. The use of nonstationary recursive filters[J],Mechanical system and signal processing,V9(6),1995,635. [18] Foge1,D.,An introduction to simulated evolution optimization, IE Transactions on Neural NetWorks,~14,1994. [19] Gillies,A.,Machine learning procedures for generating image domain feature detectors, ,University of Michigan,Ann Arbor,1985.