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(guò)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(duì)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(lèi)號(hào):TD355.41 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
引言
隨著綜采工作面的高產(chǎn)高效,對(duì)液壓支架的要求越來(lái)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(mǎn)足滿(mǎn)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(dòng)分析可直觀(guān)的展示出來(lái)。同時(shí),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(duì)
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)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(duì)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(shí)設(shè)計(jì)變更很容易。當(dāng)總體幾何關(guān)系發(fā)生變化時(shí),信息會(huì)傳遞到零部件。這樣就可以提高工作效率,同時(shí)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(jiàn)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(xiàn)及基準(zhǔn)點(diǎn),形成形成草圖布局。
(2)傳遞幾何尺寸對(duì)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(lái)控制子裝配體和自頂向下設(shè)計(jì)幾個(gè)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(guò)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(duì)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(dòng)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(dòng)草圖,通過(guò)將骨架模型中的尺寸、形狀、位置通過(guò)轉(zhuǎn)換實(shí)體引用來(lái)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(kù)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(dòng)傳遞到相關(guān)零部件,零件也會(huì)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(xiàn)條,通過(guò)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(duì)稱(chēng)件,可快速生成部件的一半,再通過(guò)鏡像命令生成另一半。然后利用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)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(guò)于精細(xì),生成模型時(shí)占用太多的計(jì)算機(jī)資源。盡可能的讓草圖簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(shí)候,信息會(huì)自動(dòng)的傳遞到下游零部件,使之自動(dòng)的發(fā)生相應(yīng)的變化。因此,當(dāng)發(fā)生設(shè)計(jì)變更時(shí),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(duì)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(kù)。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(yǔ)
利用SolidWorks軟件的三維造型功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓支架的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)、虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)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(tái),結(jié)合有限元分析軟件和運(yùn)動(dòng)仿真軟件的應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)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(lái)越完善。同時(shí)不斷建立架型模型庫(kù),這種方法可縮短開(kāi)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(guó)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(guó)法等.液壓支架三維建模軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)選型分析[J].煤礦開(kāi)采,2002(4):1-4.
[3]陳超祥,胡其登等Solidworks高級(jí)教程簡(jiǎn)編[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2017.
作者簡(jiǎn)介:閆磊(1985—),男,碩士,工程師,煤礦用液壓支架的設(shè)計(jì)。