(a) 顶梁
于涛， 刘秀杰， 张玉娇， 张祥华， 王月亮
(山东科技大学 机械电子工程学院， 山东 青岛 266590)
摘要：介绍了利用Pro/E软件对液压支架进行三维建模及运动仿真的方法。该方法可以在设计阶段对产品进行分析和改进，缩短了产品的研发周期。
关键词：液压支架； 三维建模； 运动仿真
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160405.1136.020.html
液压支架是综采工作面非常重要的支护设备，其工作过程及性能的优劣对采煤工作的效率影响很大[1]。面对激烈的市场竞争，传统的液压支架设计方法已不能满足企业的要求。本文介绍了一种利用Pro/E对液压支架进行三维建模和运动仿真的方法，该方法可以直观地看到液压支架的运动特性曲线，缩短了研发周期，降低了试验成本，提高了企业经济效益。
液压支架主要由顶梁、立柱、掩护梁、底座等构件组成，而这些构件主要为组焊件，焊接完成后装配到一起。在利用Pro/E进行三维建模时，要充分了解各构件的结构，选择合适的草绘平面及参照面，严格按照设计尺寸进行建模，并对模型进行必要的简化，以提高仿真效率及准确性[2]。图1为通过拉伸、旋转、镜像等命令建立的液压支架顶梁、掩护梁、底座的三维模型。
采用自上而下的方式对液压支架进行装配，根据各构件的运动关系来选择合适的约束把各构件装配为一体。底座为静止部件，采用缺省放置；连杆与底座以及掩护梁之间、顶梁与掩护梁之间均为转动副，采用销钉联接；立柱、千斤顶的活塞杆与缸体之间均为滑动副，采用滑动杆连接；立柱柱头与顶梁柱窝、底座柱窝之间为球面副，采用球连接[3-4]。图2为液压支架的装配图。
正确建立了液压支架的装配模型之后，便可以进入Pro/E的机构仿真模块。液压支架的运动主要靠液压缸来驱动，而活塞杆是主要的传力零件，它在工作时只作直线往复运动，所以将驱动电动机的运动轴放在立柱活塞杆与缸筒的“滑动杆”连接上，根据液压支架的运动规律设置伺服电动机的运动参数。在对液压支架进行运动分析之前，可以设定一些运动的初始条件，确定初始位置，然后根据需要选择合适的运动分析类型，设置运动时间，观察液压支架的运动情况。在回放时要进行碰撞检测，以保证运动仿真模型的正确性，在没有干涉的前提下可以保存运动仿真动画，方便以后查看[5]。
(a) 顶梁
(b) 掩护梁
(c) 底座
图1 液压支架三维模型
图2 液压支架装配图
在运动仿真后，对液压支架特殊点的运动轨迹进行分析，特殊点包括掩护梁顶点、顶梁顶点等。以液压支架底座对称面左下角为原点建立坐标系，X轴正方向水平向右，Y轴正方向垂直向上(图2)，现以掩护梁顶点为例，进行运动轨迹分析，如图3所示。从图3可以看出，在支架由低到高的运动过程中，掩护梁顶点的运动轨迹呈双纽线，且其变化范围在12 mm内，满足设计要求。
图3 掩护梁运动轨迹曲线
图4为掩护梁顶点的运动特性曲线，从图4可以直观地看到支架上升过程中位置、速度、加速度与时间的关系。
图4 掩护梁顶点运动特性曲线分析
利用Pro/E对液压支架进行三维建模和运动仿真，得到液压支架特殊点的运动特性曲线，可在很大程度上反映液压支架的真实工作状况。通过此种方法，在设计阶段就可以直观地看到产品的整体性能及潜在的设计缺陷，根据仿真结果对产品模型进行修改，重复进行仿真，直到符合预期的结果为止。利用此方法不仅可以缩短产品的研发周期，而且可节约成本，极大地提高了企业的市场竞争力。
参考文献：
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[3] 杨继春，杨建国.装配设计与运动仿真及Pro/E实现[M].北京：国防工业出版社，2006.
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[5] 宋东生，王悦勇，魏栋梁，等.基于三化综合设计的液压支架研究[J].煤炭科技, 2010(3):8-10.
YU Tao， LIU Xiujie， ZHANG Yujiao， ZHANG Xianghua， WANG Yueliang
(College of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China)
Abstract：The paper introduced a method for three-dimension modeling and motion simulation of hydraulic support using software of Pro/E, it can be used to analyze and improve product in design phase and shorten product development cycle.
Key words:hydraulic support; three-dimension modeling; motion simulation
作者简介：于涛(1972-)，男，山东泰安人，副教授，博士，主要从事煤炭装备设计制造的教学与研究工作，E-mail:lxjhktk@126.com。
基金项目：中国煤炭工业协会科技指导性计划项目(MTKJ 2012-344)。
收稿日期：2015-12-03；修回日期：2016-02-23；责任编辑：胡娴。
中图分类号：TD355
文献标志码：B 网络出版时间：2016-04-05 11:36
文章编号：1671-251X(2016)04-0081-02
DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.04.020
于涛，刘秀杰，张玉娇，等.基于Pro/E的液压支架三维建模和运动仿真[J].工矿自动化，2016,42(4)：81-82.