Pro／E骨架建模法在液压支架设计中的应用.pdf

第 1期 总第 1 6 4期 2 0 1 1年 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MEC HANI C AL ENGI NEE RI NG ＆ AUTOMAT1 0N No．1 Fe b． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 1 0 1 5 8 0 2 P r o ／ E骨架建模法在液压支架设计 中的应用 吴 刚，闰洪元 ，朱庆波，宋 东生 -Z一重型装备有 限公司 ，辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 7 摘要 分析 了传统 的三维建模方法在液压 支架设计 中的不足 ，结合 P r o T E 骨架建模和液压支架 自身结构 的特 点， 总结 出一套适用于液压支 架设计 的骨架建模 方法 。 并 以一掩 护式液压支架为例 ， 介绍 了该方 法建模的基本 过程及 实用技巧 ，为实现液压支架设计 的简洁和高效提供 了参考 。 关键词 骨架；液压支架 ；设计 ；P r o ／ E 中图分类号 T D3 5 5 ． 4 文献标识码 B 0 引言 随着科学技 术 的进 步 ，煤 炭综采 技术 得到 了长足 的发展 ，对液压支架设计也提出了更高的要求，既要 保证设备完善的性能和高可靠性，又要保证较高的设 计效率和设计质量[ 】 ] 。 目前 ， 大部分煤机企业在液压支 架设计中都采用三维设计软件 ，其中P r o ／ E的应用较 为广泛 。然而传 统 的P r o ／ E 自下而 上 的建模方 法存 在 着一些不足 ，由于各个零件是单独设计的，相互之间 没有关联，当总体设计发生变更时 ，只能逐个修改零 件， 制约了设计效率和设计质量的提高[ 2 ] 。 本文在深入 研究了P r o ／ E建模规律的基础上 ，结合液压支架 自身 结构特点和P r o ／ E骨架建模的优越性，总结出一套适 用于 液压支架设 计 的P r o ／ E骨架建模 方法 。 1 自上而下的 P r o ／ E骨架建模法L 3 ] 自上而下的 P r o ／ E骨架建模法是先建立产品的 总体设计信息 ，将其放在总装配的高层，然后分解部 件的总体设计信息 ，再将信息传递到下游的产品结构 中去 。这样各零部件可以并行设计 ，同时设计变更变 得很容易。当总体设计变化的时候 ，信息会 自动地传 递到下游零部件，使之自动地发生相应的变化。 2 骨架建模 法对 液压支 架设计 的适应性 液压支 架机械部 分 由顶 梁 、 掩护梁 、 前后 连杆 、 底 座、推移板及护帮板等组成，如图 1 所示 。各部件主 体为板材的焊接结构件，多呈框架或箱体结构，且各 部件相对运动多为直线往复或者通过销轴铰接 的旋 转 ，运动相对较简单 。结合骨架建模法的优点，液压 支架应用该方法建模是十分适合的。 3掩护 式液压 支架的建模 掩护式液压支架建模的基本过程如下 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 0 4 ；修 回日期 2 0 1 0 0 9 2 0 作者简介吴刚 1 9 7 5 一 ， 男 ， 辽宁昌图人 ， 工程师， 本科。 1 新建总体组件模型， 建立一骨架模型文件， 激 活骨架模型，草绘支架基本线条 ，如图 2所示。该草 绘是在确定架型之后所绘制的基本骨架图，是创建下 级模型的基础。在标注尺寸时，应考虑到便于调整支 架的形态， 如应该给出支架整体高度 日 和护帮板与水 平 面夹 角 a 。 图 1 液压支 架机械部分结构图 图 2支架总体 骨架草绘 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 第 1 期 吴刚 ，等 P r o ／ E骨架建模法在液压支架设计 中的应用 。1 5 9’ 2 在 总体骨 架模 型 中发 布部件几 何 。 3 建立 各一 级部 件 的组 件模 型 ，在组 件模 式 下 建立各部件的骨架模型。分别在部件骨架模型中插入 相应复制几何 ，即上一步中创建的各部件发布几何 。 4 在各部件骨架 中， 以该复制几何为基础参照， 草绘零件截面细节 ，建立该部件所需的所有基准面 。 5 利 用 上一 步 中产 生 的 草绘 和基 准 面 为 参 照 ， 通过建模命令产生零件实体。当所有的零件实体产生 完成后 ，便构成了支架整体模型。 6 在零件上增加特征 ， 细化零件模型， 装配整体 直属件 。 4 建模 要点 4 ． 1 实行 并行设 计 在 应用 骨 架对 液 压 支 架 建模 时 采 用 了并 行设 计 。 即总体设计师建立总体骨架模型，并将各部件的基础 骨架 以发布 几何 的形 式传 递给 部件设 计 师 ，再 由部 件 设 计 师完成 各部件 的设 计 。 如 顶梁 、掩护 梁 、 底座 、 前 后连 杆等 ，这些部 件 的设计 可 以 同步进行 。最后 由总 体设计师进行总体模型的调整 ，这样可以在保证产品 信息完 整性 的 同时大 大提 高设计 效率 。 4 ． 2理 清 层 次 弄清设计 中的层次关系是骨架法设计的关键 。图 3给出了支架的模型层次及受控关系， 实线为控制线， 虚线指示 了模型层次关系，双点划线指示了所传递的 信息内容。从图 3中可 以看 出零部件的父子关系，即 所有零件拥有统一的父项骨架模型，各零部件之 间并无 相互 的参 照关 系 ，调 整或增 减 某一零 件不 影响 到其他零件。 4 ． 3 化 繁 为 简 设计中往往需要很多必不可少的基准面，拾取与修 改都极为不便，通过在骨架中建立一个草绘来实现基准 面位置的控制 。图 4为控制底座基 准面的草绘 称为控制 面草绘 。其建立方法是在 T OP面上建立草绘，绘制 一 系列线段 ， 线段的定位表征 了基准面的位置 ； 再穿过这 些线段，平行于 F R ONT面做出一系列平面，分别命名 为左外主筋左、 左外主筋右、 左内主筋左、 左内主筋右等， 由于所有零件都是以这些面做为参照的，因而也被这些 面所驱动 。 当需要调整底座零 件横 向尺寸时 ， 调整线段位 置尺寸即可。 这样， 达到了以一个草绘控制该部件所有零 件横向尺寸的目的，起到了化繁为简的作用。 图 3 模 型 层 次 及 受 控 关 系 图 T 0 P面 _ 左底板侧面 左外主 筋右 F R O 卜 r 、 面 右内主筋左 右底板侧面 ／ l l 左 内主 筋左 右外主筋左 、 _ ／ 、 左外主筋左 左内主 筋右 ／ ／ 右 内主筋右 】 ’ 右外主筋右 I R I G H T面 ＼ ／ ￡ 、 ＼ l 左柱窝 ， 、 、 ／ ／ L 2 ＼ 右柱窝 I 中心面 L 3 一 中心面 L 4 ￡ 5 一 图 4 底座控制面草绘 下转 第 1 6 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 2 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 1 年 第 1 期 设计除 了从优化 结构 参数 人 手 ，还 可从 材料 方面进 行 考虑 ，还 可从改 变零件受 载荷 的性质方 面进行优 化 。 图 7 求解后处理分析应 力分布状况 图 8 求解后处理分析应变分布规律 参考文献 技术 ， 2 0 0 3 6 5 7 5 9 ． [ 1 ] 王侃 ． 三维实 体造 型在工程机 械设计 中的应 用[ J ] ． 工 程 [ 3 ] 赵波， 龚勉 ， 屠建中． UG C AD实用教程[ M] ． 北京 清华大 机械 ， 2 0 0 1 2 2 O 一 2 2 ． 学出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 林 慧珠． 机械零件设计 的强大工具UG口] ． 化 工装备 M e c ha ni c a l Co mp o ne n t De s i g n Ba s e d 0 n UG ZHANG Ya h z h i Hun a n Pe t r o c h e mi c a l Vo c a t i o n a l a n d Te c h n i c a l Co l l e g e ，Yu e y a n g 41 4 0 1 2，Chi n a Ab s t r a ct Thi s p a pe r i s mai nl y a bou t t he de s i g n o f me c ha ni c a l c o mpo ne n t s wi t h UG s o f t wa r e，i nc l u di n g t he pa r a me t r i c mod e l i ng o f me c ha ni c a l c o m p o ne nt s， f i n i t e e l e me nt a n a l y s i s， s t r e s s a n d d e f or ma t i on a na l y s i s，a nd t h e dr a wi ng of e n gi ne e r i ng gr a phi c s ． Ke y wo r dso pt i ma l de s i gn；f i n i t e e l e me nt a na l ys i s；i nt e ns i t y c he c k； UG I- 接 第 1 5 9页 图 6支 架 最 大 高度 形 态 4 ． 4 参数化草绘 图 2中的草绘 要采用 参数 化草绘 ，通 过调整 尺寸 可以随意调整支架的形态 。 如要调整支架为最大高度、 护帮板 上翘 1 0 。 ，只需 改变 图 2的尺寸H一2 6 0 0 ，a 一 1 O 。 ，模 型再 生后得 到如 图 6的形 态 。要 调整支 架为最 小高度、 护帮板竖直状态时， 调整H一1 2 0 0 ， 一一9 0 。 ， 模型再生后得到如图 7的形态 。 同理 ， 可 以任意调整图 2中的尺寸 ， 得到支架的其他形态， 以供各项设计指标 的分析 。 5结语 液压支架的骨架法建模具有层次清晰、装配尺寸 精准、 易于修改、 控制随意、出错率低等优点 。 这些优 点之所以能够得到充分体现是由液压支架特有的结构 特点所决定的。至于骨架建模法能否也适用于其他设 备 的建模 ，还应根 据实 际情 况而 定 。 图 7 支架最小高度形态 参考文献 [ 1 ] 王国法． 液压支架技术[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 9 ． [ 2 ] 温炜 ， 曹拓 ， 闫叶俊． Z D B 2 4 0 0 ／ 0 6 ／ 1 2薄煤层炮 采液压 支 架三维建模与运动仿真[ J ] ． 煤矿现代化 ， 2 0 0 8 3 4 8 4 9 ． [ 3 ] 韩玉 龙． P r o ／ E Wi l d f i r e组 件设 计与 运动仿 真专 业教 程 [ M] ． 北京 清华大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． Ap p l i c a t i o n o f P r o ／ E F r a me w o r k Mo d e l l i n g i n Hy d r a u l i c S u p p o r t De s i g n W U Ga n g，YAN Ho n g - y u a n，ZHU Qi n g - b o，S ONG Do n g s h e n g S a n y He a v y Eq uipme n t C o． ， Lt d ．，Sh e ny a n g 1 1 0 0 2 7． Ch i n a Ab s t r a c t Th e dis a dv an t a ge s of c onv e nt i on a l met h od i n t hr e e d i me ns i on a l de s i gn of hyd r a u l i c s up po r t s we r e d i s c us s e d i n t hi s pa p e r ． Ac c o r d i n g t O t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f f r a me wo r k i n P r o ／ E a n d t h e s t r u c t u r e o f h y d r a u l i c s u p p o r t s ，a d e s ign me t h o d o f h y d r a u l i c s u p p o r t s wa s p r o p o s e d ． Ta k i n g a s h i e l d h y d r a u l i c s u p p o r t a s e x a mp l e ， t h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e b a s i c c o u r s e s a n d s k i l l s ． I t p r o v i d e d r ef e r e n c e s f o r r e a l i z i ng t he hi gh ef f i c i e n t de s ign o f hy dr a ul i c s up por t s ． Ke y w o r d s f r a me wo r k；h y d r a u l i c s u p p o r t ；d e s i g n；P r o ／ E 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m