基于Solidworks的液壓支架自頂向下設計方法的研究

閆磊 魏濤

摘要：液壓支架是綜采設備組成重要的一部分，結合液壓支架產(chǎn)品的特點和設計過程，為了進一步提高液壓支架設計水平，以掩護式液壓支架為例，運用Solidworks對液壓支架不同部件采用自頂向下設計方法實現(xiàn)高效、快速的設計，顯著提高設計效率。

關鍵詞：液壓支架、自頂向下、Solidworks、骨架模型

中圖分類號：TD355.41 ?文獻標識碼：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，支架設計技術不斷迭代跟新，傳統(tǒng)的二維設計技術已不能滿足滿足現(xiàn)代設計需求，設計人員在設計方案、匯報方案、人員培訓等方面，利用Solidworks軟件設計的液壓支架實體模型、裝配關系、運動分析可直觀的展示出來。同時，采用Solidworks自頂向下設計方法，能夠快速準確的完成設計。

1 設計方法比對

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

自底向上設計方法順序是零件——組件——部件，根據(jù)設計的零件利用裝配關系進行裝配成組件，在進行總裝配，其各零件都是相互獨立的。

自頂向下設計方法順序是部件——組件——零件，也就是先在裝配體中建立骨架模型，約束裝配關系，然后將骨架模型中幾何關系傳遞到組件，這樣各零部件可以實現(xiàn)并行設計，同時設計變更很容易。當總體幾何關系發(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

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

2.1 ?骨架模型設計

（1）再骨架模型中建立幾何尺寸關系

點擊菜單插入裝配體，在前視集中面中創(chuàng)建各幾何尺寸關系，設置好各參考基準面、基準線及基準點，形成形成草圖布局。

（2）傳遞幾何尺寸對各部件進行骨架模型設計

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，其中包括支架的結構形式、高低位置，以及零部件支架的相互約束關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計幾個關系數(shù)據(jù)的傳遞。

2.2部件骨架模型

以頂梁為子裝配體設計為例，參照骨架模型，在裝配體中前視基準面創(chuàng)建輪廓草圖，通過Solidworks命令“轉換實體引用”將相應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行細化設計，在子裝配體中的上視基準面建立寬度驅(qū)動草圖。如圖4。

2.3協(xié)同設計、生成模型

根據(jù)前視基準面、上視基準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、位置通過轉換實體引用來創(chuàng)建零部件特征，進而生成頂梁模型。如圖5。用相同的方法完成液壓支架其余部件的設計，然后在設計庫中調(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)化實體模型。若改變骨架模型尺寸，修改的信息自動傳遞到相關零部件，零件也會發(fā)生相應變化。

3液壓支架自頂向下設計技巧

（1）利用Solidworks軟件功能，充分利用骨架草圖模型中的線條，通過轉換實體命令直接獲取，快捷并準確，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。然后利用標準庫文件進行完善細節(jié)。

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

4液壓支架自頂向下設計方法優(yōu)點

（1）修改骨架模型參數(shù)就能傳遞到零件和支架模型改變，實現(xiàn)了參數(shù)驅(qū)動支架模型修改，設計效率明顯提高。

（2）采用“自頂向下”設計方法，當整體骨架模型設計變化的時候，信息會自動的傳遞到下游零部件，使之自動的發(fā)生相應的變化。因此，當發(fā)生設計變更時，采用“自頂向下”的設計方法可以顯著提高更改設計效率。

（3）采用三維參數(shù)化設計，可以分別對液壓支架的其它結構件例如：掩護梁、底座、擺梁、前梁、護幫板、伸縮梁、尾梁等建立模型標準化數(shù)據(jù)庫。遇到產(chǎn)品結構相似的，稍作修改就可以調(diào)用。避免重復性工作。

5 結束語

利用SolidWorks軟件的三維造型功能實現(xiàn)了對液壓支架的三維參數(shù)化設計、虛擬裝配和運動仿真，為支架的有限元分析提供三維模型。隨著CAD/CAE/CAM技術的不斷發(fā)展，以三維建模軟件為平臺，結合有限元分析軟件和運動仿真軟件的應用系統(tǒng)已經(jīng)越來越多地應用于液壓支架的設計使支架設計水平越來越完善。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)品的設計效率和質(zhì)量。

參考文獻

[1]王國法等.高端液壓支架及先進制造技術[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計平臺選型分析[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計。