基于PROE 和ADMAS 的薄煤層液壓支架建模與仿真

韓文東

（遼北技師學(xué)院，遼寧 調(diào)兵山 112700）

虛擬樣機(jī)技術(shù)（Virtual Prototyping VP）又稱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，是20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速起來(lái)的計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE-Computer Aided Engineering）技術(shù)。它以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制學(xué)理論為核心，借助于成熟的三維計(jì)算圖形技術(shù)，圖形的用戶界面技術(shù)、信息技術(shù)、集成技術(shù)等。將分散的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和分析過(guò)程集成在一起。

液壓支架是綜采設(shè)備的主要設(shè)備之一，薄煤層液壓支架在開采過(guò)程中由于煤層的特殊性，要求有更大的伸縮比，因此關(guān)鍵技術(shù)之一就是需要有合理的四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)向高工作阻力，大中心距發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來(lái)越多的采用高強(qiáng)度鋼材；無(wú)論薄煤層液壓支架還是其他類型的液壓支架另一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)就是控制系統(tǒng)，先進(jìn)的控制系統(tǒng)，會(huì)使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高。

本文以ZY5200/8/18D 型薄煤層液壓支架為例，在三維軟件Pro/E 中建立起液壓支架的三維實(shí)體模型，使用虛擬樣機(jī)技術(shù)（采用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS）建立液壓支架的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)。

1 薄煤層液壓支架的建模

圖1 液壓支架三維實(shí)體模型

2 實(shí)體模型導(dǎo)入

進(jìn)行三維實(shí)體建模之后,然后采用標(biāo)準(zhǔn)文件轉(zhuǎn)換協(xié)議,在ADAMS 中創(chuàng)建虛擬樣機(jī)主模型,把每一個(gè)零件的IGES 文件讀入到虛擬環(huán)境中,進(jìn)行裝配,定義運(yùn)動(dòng)副和邊界條件。以上工作完成之后,就可以根據(jù)研究工作的具體需要選取不同的分析參數(shù)和邊界條件來(lái)研究液壓支架的受力和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

圖2 導(dǎo)入實(shí)體模型

3 仿真分析

通過(guò)對(duì)模型的仿真分析，它能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上就可進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3.1 頂梁位移與立柱支撐力的關(guān)系

立柱的液壓力是通過(guò)彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故將彈簧的剛度設(shè)計(jì)為變量即可得到液壓力對(duì)支架性能的影響。圖3為立柱傾角為零度時(shí)頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨彈簧剛度的變化曲線圖。

由圖3中可看出，頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨彈簧剛度的增大是逐漸減小的，與實(shí)際是相符的。在曲線中有兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，下降速率隨著彈簧剛度的增大降低。

圖4頂梁前端點(diǎn)的垂直位移隨彈簧剛度的變化曲線圖

由圖4中看出，對(duì)于立柱傾角為零度的液壓支架，當(dāng)彈簧剛度小于一定值時(shí)頂梁前端點(diǎn)的垂直位移不隨彈簧剛度的增大而變化，只有當(dāng)彈簧剛度大于一定值時(shí)頂梁前端點(diǎn)的垂直位移隨彈簧剛度的增大而增大。

圖3 頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨彈簧剛度的變化曲線圖

圖4 為立柱傾角為零度時(shí)頂梁前端點(diǎn)的垂直位移隨彈簧剛度的變化曲線圖

3.2 頂梁位移與頂板壓力的關(guān)系

在此模型中頂板壓力簡(jiǎn)化為集中力,將該集中力設(shè)為變量,即可進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。圖5 為立柱傾角為零度時(shí)頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨頂板壓力的變化曲線圖。

由圖5中可看出,頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨頂板壓力的增大而增大,其增大趨勢(shì)是減小的。

圖5 頂梁前端點(diǎn)的水平位移隨頂板壓力的變化曲線圖

4 結(jié)論

由于薄煤層對(duì)支架要求的特殊性，通過(guò)ADAMS 對(duì)支架進(jìn)行參數(shù)化分析，在對(duì)支架個(gè)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，分析了頂板壓力及立柱支撐力對(duì)頂梁位移的影響，由圖形的走向可看出這種基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的液壓支架的參數(shù)化的分析是可行的。

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