基于液壓支架的協(xié)同仿真平臺的研究

【摘 要】隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，機械仿真領(lǐng)域也有了進(jìn)一步的發(fā)展。在煤礦系統(tǒng)中，液壓支家是綜采工作面的主要機械設(shè)備。本文通過分析液壓支柱的結(jié)構(gòu)，提出了協(xié)同仿真建立的方法、功能及發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】液壓支架；協(xié)同仿真；仿真軟件

1.引言

由于煤礦機械大多在地下作業(yè)，維修極其不方便，所以不得不運到地面進(jìn)行修理。但機器質(zhì)量重、體積大等特點，使搬運及其不便，短期的維修也會帶來巨大的經(jīng)濟損失，因此產(chǎn)品的設(shè)計過程顯得尤為關(guān)鍵。而越來越短的產(chǎn)品周期迫使設(shè)計人員要在短時間內(nèi)對問題做出快速可靠的分析，從而找到問題的處理和解決方法，這只能借助于仿真技術(shù)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，給產(chǎn)品仿真提供了前提條件。建立仿真環(huán)境成為了煤炭工業(yè)和企業(yè)發(fā)展的共同需要。煤礦機械種類繁多，主要包括采掘機械、運輸與提升機械、流體機械三大部分。本文以液壓支柱為例，建立協(xié)同仿真系統(tǒng)模型。

2.協(xié)同仿真技術(shù)介紹

協(xié)同仿真技術(shù)是基于建模技術(shù)、分析仿真技術(shù)和信息管理技術(shù)的綜合應(yīng)用技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，個人不可能掌握設(shè)計所需要的全部的知識。大多數(shù)情況下，設(shè)計一系列產(chǎn)品不再由一個人而是一個團隊來完成，這樣就需要相關(guān)人員不時地進(jìn)行技術(shù)和信息交流，所以借助于協(xié)同仿真技術(shù)可以實現(xiàn)相關(guān)人員（專家、技術(shù)人員、決策人員、以及用戶、制造人員和維護人員等）在產(chǎn)品概念設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計等階段進(jìn)行探討。這樣使得根據(jù)產(chǎn)品行為指標(biāo)獲得較優(yōu)產(chǎn)品設(shè)計成為可能，從而使企業(yè)能夠在更短的時間內(nèi)、更好的質(zhì)量、更低的成本推出自己的產(chǎn)品[1] 。

計算機軟硬件的發(fā)展，無疑帶來了機械設(shè)計方面飛速發(fā)展，目前用到造型軟SOLIDWORKS、Pro/E、UG、CDATA 等；有限元分析軟件：MSC公司的 NASTRAN、ANSYS、ADINA、ABAQU等；多體力學(xué)分析軟件ADMAS、virtual lib等；高性能計算與信號處理的控制分析軟件 MATLAB、EASY5、Matrix X等；電子電路領(lǐng)域：PROTEL、ORCAD、PSPICE、EWB等。

3.基于液壓支架的協(xié)同仿真結(jié)構(gòu)的設(shè)計

液壓支架由頂梁、前梁、掩護梁、立柱、底座、推移裝置、閥件、管路系統(tǒng)，連接部件及各種附屬裝置等組成。頂梁和底座通過數(shù)根立柱支撐在頂、底板之間，構(gòu)成一個可移動的剛性架體，支撐頂板并形成一定的工作空間。

根據(jù)功能要實現(xiàn)支架升降、推移，及到結(jié)構(gòu)是否合理、電液控制系統(tǒng)配置和聯(lián)接是否合理等，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計估算初撐力、工作阻力、支護強度、推溜力、移架力和支架高度，也可根據(jù)已知外力仿真結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變等。可以建立機械結(jié)構(gòu)模型、控制系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等模型仿真。

3.2仿真平臺設(shè)計

從仿真過程中看，仿真人員需要不斷的從一個軟件導(dǎo)出，然后再導(dǎo)入下一個軟件。給仿真人員帶來了很大的麻煩，工作效率很低。而這個系統(tǒng)涉及到多領(lǐng)域的仿真，為了能讓這些仿真在同一個系統(tǒng)中完成，可以建立軟件之間的接口，充分發(fā)揮各領(lǐng)域商用軟件在各自領(lǐng)域的特長，讓仿真操作流程化。

如圖2，仿真人員：可以通過仿真知識庫查看相關(guān)知識或進(jìn)行仿真操作。例如，采用Pro/e軟件建立了機械結(jié)構(gòu)幾何模型，再通過Pro/e與ADAMS間的接口，將機械結(jié)構(gòu)的幾何模型導(dǎo)入到機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件ADAMS中，建立了液壓支柱調(diào)高系統(tǒng)數(shù)字化模型，并模擬實際支柱各種載荷，通過控制系統(tǒng)，得出系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。

管理人員：為了使仿真人員能夠更加快速、有效的進(jìn)行仿真，管理人員建立網(wǎng)絡(luò)傳輸機構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)等的遠(yuǎn)程控制和提取。（1）數(shù)據(jù)/報表方面：實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的輸入輸出管理；提供數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能；模型數(shù)據(jù)文件的檢入/檢出；統(tǒng)一文件格式，實現(xiàn)文件在線的檢索和瀏覽。（2）知識管理方面：將各專家的知識或經(jīng)驗進(jìn)行搜集與整理形成知識庫，再配合相應(yīng)的推理機制和控制策略而構(gòu)成的知識系統(tǒng)。為仿真人員提出指導(dǎo)性意見，同時對產(chǎn)品的設(shè)計、評估起到關(guān)鍵的作用。（3）流程管理方面：劃分仿真模塊，實現(xiàn)軟件之間的無縫連接等。

決策人員：通過網(wǎng)絡(luò)查看各類仿真結(jié)果、仿真報告等，確定設(shè)計方案。

通過這種方法不同地方、不同領(lǐng)域的仿真人員可以在協(xié)同仿真系統(tǒng)中仿真、設(shè)計液壓支架系統(tǒng)，同時還可以查看其它部件的參數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共用、知識共用。這對液壓支柱的性能進(jìn)行預(yù)測，評估設(shè)計的正確性，從而指導(dǎo)設(shè)計，為設(shè)計經(jīng)濟、可靠、穩(wěn)定的高性能液壓支柱提供了有力的工具和實現(xiàn)方法。最后真正實現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)同化的效果。

4.結(jié)束語

本文提出了面向液壓支柱系統(tǒng)的協(xié)同仿真系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)展的需要，實現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)同仿真，大大加快企業(yè)之間、研究所之間的合作效率，減小了產(chǎn)品設(shè)計周期，對推進(jìn)煤礦設(shè)計發(fā)展有促進(jìn)作用。隨著軟件工具的開發(fā)，協(xié)同仿真發(fā)展會有更大的空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉勝利 主編. 礦山機械[M] . 煤炭工業(yè)出版社.2005年8月