一种液压支架柱帽三维造型的方法

基于Pro/E的液压支架三维造型设计与运动仿真作者姓名：任客菲专业班级：机械工程及自动化机械三班指导教师：张静摘要采煤综合机械化，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。

首先，通过对液压支架的相关资料收集，整理；了解液压支架的结构，类型，工作原理，特点，目的及要求；其次，对支撑掩护式液压支架结构作了设计，受力分析以及强度校核；再次，利用三维软件Pro/E进行三维建模，并且根据运动关系将各个部件在Pro/E中装配起来。

；最后，进行运动仿真，保存运动仿真结果，用于运动分析。

关键词：液压支架四连杆机构底座ABSTRCTThe comprehensive mechanization of coal mining is a strategic measure to the acceleration coal industrial development of our country , raise labor productivity substantially , realize the modern of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining.First, the correlation of the hydraulic support data collection, collation, understanding of the structure of hydraulic support, types, working principle, characteristics, objectives and requirements;Second, support for structural support made the cover of hydraulic design and strength check;Again using three-dimensional software Pro / E three-dimensional modeling, and based on movement between the various parts in Pro / E in the assembly together. ;Finally, simulation animation production, preservation movement simulation results for motion analysis.Keywords: hydraulic support 4 linkage mechanisms base目录第1章前言 (1)1.1本课题研究的目的与意义 (1)1.2国内外液压支架的研究现状及发展 (1)1.3本课题研究的内容 (3)第2章液压支架结构设计 (4)2.1液压支架工作原理 (4)2.2支架结构及其作用 (6)2.2.1 顶梁 (6)2.2.2 掩护梁 (6)2.2.3 底座 (7)2.2.4 前后连杆 (7)第3章液压支架强度校核 (9)3.1支架的工作状态 (9)3.2液压支架的架型特点 (9)3.3液压支架载荷的确定 (10)3.4各部件受力分析及强度校核 (10)3.4.1 参数对支架性能的影响 (12)3.4.2 支架工作阻力计算 (15)3.4.3 前后连杆受力 (16)3.4.4 底座强度计算 (16)3.4.5 推移千斤顶强度计算 (19)3.4.6 顶梁载荷分布 (21)3.4.7 底座接触比压 (23)3.4.8 支架受力影响因素 (23)3.5强度条件 (24)第4章液压支架三维建模与运动仿真 (26)4.1三维建模及装配 (26)4.1.1液压支架零件建模 (26)4.1.2液压支架装配 (28)4.2运动仿真 (30)4.3运动分析 (32)结论 (35)致谢 (36)第1章前言1.1本课题研究的目的与意义众所周知煤炭是我们的主要能源之一，少了煤炭人类的生产，生活将出现问题，所以对煤矿开采配套设备的研究显得尤为重要。

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。

液压支架建模方法咱说这液压支架建模啊，也不是个简单事儿。

我就见过好些个工程师，那建模能力啊，参差不齐的。

就像我们那技术部门，有个小王，看着精精神神一小伙儿，敲代码那手速就像打机关枪。

可一开始啊，他的建模水平真不咋行，搭个框架就跟搭积木似的，东倒西歪的。

我就寻思着，得想个法子提升提升大家的建模水平。

首先呢，培训是必不可少的。

我就把大家都召集起来，说：“咱都得学习啊，就像那建筑师，想要盖高楼，还得先打好地基不是？”我站在前面，看着他们或疑惑或期待的眼神。

这培训内容可得丰富，不能光讲那些干巴巴的理论。

我就找了那些有项目经验的人来分享，讲他们是怎么一步一步设计出稳固模型的。

我记得有一回，请来的老李，那满脸的风霜都像是阅历的勋章。

老李站在那儿，操着一口带着地方口音的普通话就开始讲：“咱这建模啊，就跟下厨似的，你得细心，得一层一层地搭建，哪步都不能含糊。

我刚入行的时候，比你们还笨呢，看着那些复杂数据就像看天书似的。

”大家听着都笑了起来，这一笑啊，气氛就轻松多了。

除了培训，实践也关键啊。

我就跟领导说：“咱得给员工机会去试错，就像雕塑，不敲敲打打哪能出来形？”领导一开始还不太乐意，皱着眉头说：“这要是建模不对，影响可大呢。

”我就笑着跟他说：“领导啊，你看那艺术家，哪有光看书不动手就能制作出美妙作品的？咱得有点长远眼光。

”领导被我这么一说，也觉得有点道理。

于是我们就开始给工程师一些真实项目去练手。

这过程中啊，有的员工就犯愁了。

像小张，平时话不多，一遇到复杂结构就更沉默了，低着头，在电脑前愣神。

我就走到他身边，轻声说：“小张啊，别怕，这就跟拼乐高似的，看着复杂，一步一步搭总能还原出全貌。

”然后我就跟他一起分析结构，给他出主意。

这建模水平提升啊，还得有点奖励措施。

光让人家敲键盘，没点好处谁乐意啊？我就跟财务那边商量，设了个奖励机制。

每个月要是谁在建模能力方面有明显进步，就给他发个小奖金。

这奖金虽不多，但是个心意。

大家一听有奖金，那积极性一下子就上来了。

DW16-300100X悬浮式单体液压支柱的设计摘要单体液压支柱是一种新环保型的支护装备，广泛用在煤矿回采用工作面顶板支护、煤矿综采工作面支护端头。

DWX型单体液压支柱为柱塞悬浮式单体液压支柱，是一种新型外部供液的恒阻式单体液压支柱，采用柱塞悬浮式技术原理，悬浮力达到工作阻力的五分之四，立柱受力仅为五分之一，其强度高、行程大、耐使用、重量轻、易维修，解决了传统支柱存在的一系列安全隐患问题，在煤层支撑防护上的应用日益广泛，发展前景广阔。

DW-X型悬浮式单体液压支柱DWX型支柱三用阀设于手把体上，注液时，三用阀不随支柱的活柱升高而升高，操作方便，安全可靠。

适用于煤矿回采工作面的顶板支护和端头顶板支护，多应用于薄煤层、中厚煤层及较厚煤层工作面。

本课题是基于AUTOCAD2010和Pro/ENGINEER 5.0软件设计DW16-300/100X悬浮式单体液压支柱。

本课题主要设计完成以下内容:1.分析DW16-300/100X型单体液压支柱的具体参数和设计要求根据悬浮式单体液压支柱型号DW16-300/100X，确定缸径、额定工作阻力、最大支撑高度。

同时了解DWX型悬浮式液压支柱包括顶盖、密封盖组件、手把体、三通阀、油缸、活柱体、复位弹簧、底座等主要零件。

设计要求选择外部注液式，工作液体选择乳化液。

降柱方式设计为靠活柱的自重和复位弹簧降柱。

设计液压支柱的三用阀置于手把体处，注液时三用阀不随活柱升高。

2.计算重要的结构尺寸根据立柱的工作阻力、缸内压力、缸筒内径之间的关系，估算出缸壁的厚度。

进而确定油缸的主要尺寸。

而活柱体的限位台阶限制活柱体的升高到行程后不在升高，因此必须具有一定强度，使其承受初撑力时，不至于损坏，因此需要计算确定限位台阶尺寸,最终设计好整体的图纸尺寸。

3.DWX型单体液压支柱的结构设计及三维建模基于ATUOCAD2010软件，根据其悬浮式柱塞的特点，设计完成零件的二维图纸。

然后借助于Pro/E软件平台，设计出DW16-300/100X的3D实体模型。

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。

液压支架的三维建模及整架有限元分析作者：李玲辉郭文骏巫泽睿郑晓雯黄良海来源：《科技创新导报》 2012年第25期李玲辉郭文骏巫泽睿郑晓雯黄良海(中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083)摘要:利用Pro/E软件建立ZY6000/25/50型两柱掩护式液压支架的三维模型,并把模型导入有限元软件ABAQUS中进行分析,得出在顶梁偏载、底座扭转工况下支架的应力和位移分布情况,研究的结果可以为液压支架的设计和结构优化提供参考依据。

关键词:液压支架三维建模有限元分析强度分析中图分类号:TD355 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)09(a)-0083-02液压支架是综合机械化回采工作面的支护设备,起支撑和保护的作用。

液压支架的寿命和质量,与它在承载情况下的应力应变有很大的关系。

在传统的液压支架设计过程中,一般是制造出一台样机,在反复的试验中得到液压支架各部位的应力应变的分布情况,但是这种结果误差比较大。

本文采用Pro/E软件建立液压支架的三维模型,将模型导入到ABAQUS软件进行有限元分析,能够更好地模拟各种工况,得到支架在各种工况下的应力应变情况,大大缩短了支架的设计周期,节省了液压支架的设计成本。

1 液压支架的三维建模1.1 液压支架的简化在建模过程中,考虑到有限元分析过程中的网格划分、相互作用的设定和载荷的加载,要对液压支架进行简化。

因为立柱和千斤顶与支架的接触比较复杂,在建模过程中进行简化处理,用载荷代替。

为节省建模时间,对顶梁、掩护梁和底座上的小孔和对支架受力影响不大的小块或小环进行简化处理。

支架模型中不能出现小边或小缝,否则会影响后续有限元分析中的网格划分,影响到支架应力应变的分析结果,所以对这些小边或小缝也要进行简化处理。

1.2 液压支架各部构件的建模液压支架包括顶梁、掩护梁、前后连杆、底座这几部分,分别对其进行建模。

在建模过程中,前后连杆和底座是关于中心对称的,因此在拉伸和旋转过程中,充分利用软件中的镜像模块,可以大大缩短建模时间,提高支架的建模效率。

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。

液压支架三维建模与运动仿真0、引言随着科技的发展，单一使用二维CAD技术进行液压支架设计已不能满足现代设计的需求。

在科研人员到各煤矿和生产厂家进行方案汇报、项目招标的过程中，利用Solid Edge软件建立的支架三维实体模型和运动仿真分析，将支架的每一个部件结构，每一层装配关系，各种运动轨迹都清晰、直观的显示出来，从视觉上带给客户更感性的认识，收到了很好的效果。

1、支架三维实体建模软件的选用现阶段比较有代表性、应用广泛的三维CAD软件有：美国PTC公司的Pro/E、DRC公司的I-DEAS、SolidWorks公司的SolidWorks、EDS公司的Solid Edge、北航海尔的CAXA。

其中Solid Edge是Windows平台下基于特征的参数化造型技术和变量化造型技术的三维实体造型系统，具有杰出的机械装配设计和制图性能，能够方便地与Windows平台下其它应用软件进行数据转换和链接操作。

Solid Edge强大的建模功能可以完成任何复杂的造型设计和装配设计，其工程图模块可以将零件环境、装配环境中生成的各类零件、装配件等实体进行投影，生成符合制图标准的二维工程图，极大地方便了液压支架零部件的设计，因此确定采用Solid Edge软件来进行液压支架三维实体的建模。

2、支架部件三维实体模型的建立液压支架三维实体模型的建立应采用自上而下的方法，即先在Solid Edge软件的零件环境中通过特征造型来生成支架的所有部件模型，然后在装配环境中按装配关系逐个进行支架部件的装配。

这种建模方法的优点是：支架各部件模型的设计是独立的，其重建、修改方法很简单，与其它部件不存在相互关联。

特征是几何体的参数化表示。

创建支架部件三维实体模型，首先需要创建部件的特征。

在Solid Edge软件的零件模块中，特征命令非常多，通过特征操作简单灵活，同时便于修改，可以生成任何复杂的零件。

第一个创建的特征称为基础特征，只能用拉伸命令来创建。

液压支架四连杆机构的三维建模和运动仿真摘要:利用UG的建模模块(model)对液压支架四连杆机构进行快速整体建模,然后应用UG的运动仿真模块(animation)对支架升架、降架的运动过程进行模拟分析,同时利用标记点对顶梁端点的运动轨迹进行跟踪,来验证端点最大水平变动量是否满足设计要求。

关键词:液压支架;四连杆机构;三维建模;运动仿真0引言三维建模彻底改变了传统设计理念,使设计者头脑中产生的三维实体图形可以直接仿真到屏幕上,既形象又直观。

使设计人员从想象各种视图的困境中解放出来,对于复杂的模型更可避免传统设计方式难以避免的错误。

而在建造物理样机之前,通过建立的三维数字化模型进行运动仿真可以对运动特性及干涉情况进行检验,从而预知设计的机构是否满足要求。

本文以ZTA6500型液压支架为例,应用UG软件探索一种三维整体简化、快速建模和运动仿真的方法。

1UG软件简介Unigraphics(简称UG)是美UGS公司的拳头产品。

该软件不仅具有强大的实体模型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能,而且在设计过程中可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟,从而提高设计的可靠性。

同时可用建立的三维模型直接生成数控代码,用于产品的加工,其后处理程序支持多种类型数控机床。

另外它所提供的二次开发语言UG/open GRIP,UG/open API简单易学,实现功能多,便于用户开发专用CAD系统。

2液压支架及其四连杆机构液压支架的主要功能是支撑工作面顶板,阻止顶板冒落的岩石窜入作业空间,以保证工作面内机器和人员的安全生产。

由于其工作性质所致,较为关心的是端面距的尺寸,而梁端摆动幅度会对端面距的尺寸造成直接影响。

液压支架四连杆机构的设计是掩护式和支撑掩护式液压支架整体设计的核心和基础,四连杆机构是由顶梁,掩护梁,前、后连杆和底座五大构件组成。

四连杆机构的主要作用是保证支架的纵向和横向稳定性,承受和传递外载,并能够实现移架,设计的好坏决定着顶梁端点的运动轨迹。