基于Solidworks的液壓支架自頂向下設(shè)計(jì)方法的研究

閆磊 魏濤

摘要：液壓支架是綜采設(shè)備組成重要的一部分，結(jié)合液壓支架產(chǎn)品的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)過程，為了進(jìn)一步提高液壓支架設(shè)計(jì)水平，以掩護(hù)式液壓支架為例，運(yùn)用Solidworks對液壓支架不同部件采用自頂向下設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)高效、快速的設(shè)計(jì)，顯著提高設(shè)計(jì)效率。

關(guān)鍵詞：液壓支架、自頂向下、Solidworks、骨架模型

中圖分類號：TD355.41 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

引言

隨著綜采工作面的高產(chǎn)高效，對液壓支架的要求越來越高，支架設(shè)計(jì)技術(shù)不斷迭代跟新，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)技術(shù)已不能滿足滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)方案、匯報(bào)方案、人員培訓(xùn)等方面，利用Solidworks軟件設(shè)計(jì)的液壓支架實(shí)體模型、裝配關(guān)系、運(yùn)動分析可直觀的展示出來。同時，采用Solidworks自頂向下設(shè)計(jì)方法，能夠快速準(zhǔn)確的完成設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)方法比對

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，存在2種設(shè)計(jì)方法，自頂向下設(shè)計(jì)與自下向上設(shè)計(jì)，自頂向下設(shè)計(jì)方法是相對于傳統(tǒng)的自下向上設(shè)計(jì)方法而言。

自底向上設(shè)計(jì)方法順序是零件——組件——部件，根據(jù)設(shè)計(jì)的零件利用裝配關(guān)系進(jìn)行裝配成組件，在進(jìn)行總裝配，其各零件都是相互獨(dú)立的。

自頂向下設(shè)計(jì)方法順序是部件——組件——零件，也就是先在裝配體中建立骨架模型，約束裝配關(guān)系，然后將骨架模型中幾何關(guān)系傳遞到組件，這樣各零部件可以實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)，同時設(shè)計(jì)變更很容易。當(dāng)總體幾何關(guān)系發(fā)生變化時，信息會傳遞到零部件。這樣就可以提高工作效率，同時也避免干涉現(xiàn)象。

2 液壓支架建模

液壓支架設(shè)計(jì)項(xiàng)目一般是根據(jù)《三機(jī)配套協(xié)議》、《液壓支架技術(shù)協(xié)議》、《三機(jī)配套圖》在Solidworks環(huán)境下進(jìn)行支架總方案設(shè)計(jì)，初選出符合技術(shù)協(xié)議要求的架型[1]，并將液壓支架分為五大塊設(shè)計(jì)，分別為頂梁設(shè)計(jì)、掩護(hù)梁設(shè)計(jì)、底座設(shè)計(jì)，連桿設(shè)計(jì)、千斤頂設(shè)計(jì)并分發(fā)工程師進(jìn)行并行、協(xié)同設(shè)計(jì)，具體流程見圖1。

2.1 ?骨架模型設(shè)計(jì)

（1）再骨架模型中建立幾何尺寸關(guān)系

點(diǎn)擊菜單插入裝配體，在前視集中面中創(chuàng)建各幾何尺寸關(guān)系，設(shè)置好各參考基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)線及基準(zhǔn)點(diǎn)，形成形成草圖布局。

（2）傳遞幾何尺寸對各部件進(jìn)行骨架模型設(shè)計(jì)

骨架模型主要是為了確定液壓支架產(chǎn)品中各部件之間的約束、數(shù)據(jù)等，其中包括支架的結(jié)構(gòu)形式、高低位置，以及零部件支架的相互約束關(guān)系和主要零部件的截面形狀等[2]。首先在Solidworks中插入裝配體，在裝配體中創(chuàng)建如圖3所示的整體骨架模型，此模型主要用來控制子裝配體和自頂向下設(shè)計(jì)幾個關(guān)系數(shù)據(jù)的傳遞。

2.2部件骨架模型

以頂梁為子裝配體設(shè)計(jì)為例，參照骨架模型，在裝配體中前視基準(zhǔn)面創(chuàng)建輪廓草圖，通過Solidworks命令“轉(zhuǎn)換實(shí)體引用”將相應(yīng)的頂梁骨架模型引用到頂梁子裝配體中[3]，頂梁骨架模型。然后再對頂梁骨架模型截面草圖進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，在子裝配體中的上視基準(zhǔn)面建立寬度驅(qū)動草圖。如圖4。

2.3協(xié)同設(shè)計(jì)、生成模型

根據(jù)前視基準(zhǔn)面、上視基準(zhǔn)面建立輪廓草圖及寬度驅(qū)動草圖，通過將骨架模型中的尺寸、形狀、位置通過轉(zhuǎn)換實(shí)體引用來創(chuàng)建零部件特征，進(jìn)而生成頂梁模型。如圖5。用相同的方法完成液壓支架其余部件的設(shè)計(jì)，然后在設(shè)計(jì)庫中調(diào)用液壓系統(tǒng)元件，完成支架裝配。圖6顯示的是支架三維參數(shù)化實(shí)體模型。若改變骨架模型尺寸，修改的信息自動傳遞到相關(guān)零部件，零件也會發(fā)生相應(yīng)變化。

3液壓支架自頂向下設(shè)計(jì)技巧

（1）利用Solidworks軟件功能，充分利用骨架草圖模型中的線條，通過轉(zhuǎn)換實(shí)體命令直接獲取，快捷并準(zhǔn)確，液壓支架各部件基本上是對稱件，可快速生成部件的一半，再通過鏡像命令生成另一半。然后利用標(biāo)準(zhǔn)庫文件進(jìn)行完善細(xì)節(jié)。

（2）在骨架草圖模型中，避免出現(xiàn)草圖過于精細(xì)，生成模型時占用太多的計(jì)算機(jī)資源。盡可能的讓草圖簡單，也便于后期的設(shè)計(jì)變更。完成虛擬裝配后，為后續(xù)運(yùn)動學(xué)分析有著重大意義。

4液壓支架自頂向下設(shè)計(jì)方法優(yōu)點(diǎn)

（1）修改骨架模型參數(shù)就能傳遞到零件和支架模型改變，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)驅(qū)動支架模型修改，設(shè)計(jì)效率明顯提高。

（2）采用“自頂向下”設(shè)計(jì)方法，當(dāng)整體骨架模型設(shè)計(jì)變化的時候，信息會自動的傳遞到下游零部件，使之自動的發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，當(dāng)發(fā)生設(shè)計(jì)變更時，采用“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法可以顯著提高更改設(shè)計(jì)效率。

（3）采用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以分別對液壓支架的其它結(jié)構(gòu)件例如：掩護(hù)梁、底座、擺梁、前梁、護(hù)幫板、伸縮梁、尾梁等建立模型標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫。遇到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似的，稍作修改就可以調(diào)用。避免重復(fù)性工作。

5 結(jié)束語

利用SolidWorks軟件的三維造型功能實(shí)現(xiàn)了對液壓支架的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)、虛擬裝配和運(yùn)動仿真，為支架的有限元分析提供三維模型。隨著CAD/CAE/CAM技術(shù)的不斷發(fā)展，以三維建模軟件為平臺，結(jié)合有限元分析軟件和運(yùn)動仿真軟件的應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于液壓支架的設(shè)計(jì)使支架設(shè)計(jì)水平越來越完善。同時不斷建立架型模型庫，這種方法可縮短開發(fā)周期，極大地提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王國法等.高端液壓支架及先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：煤礦工業(yè)出版社，2010.

[2]徐亞軍，王國法等.液壓支架三維建模軟件設(shè)計(jì)平臺選型分析[J].煤礦開采，2002（4）：1-4.

[3]陳超祥，胡其登等Solidworks高級教程簡編[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

作者簡介：閆磊（1985—），男，碩士，工程師，煤礦用液壓支架的設(shè)計(jì)。