虚拟样机技术在液压支架设计制造中的应用

　　设计人员通过虚拟制造技术建立液压支架的虚拟样机,其设计思想可以完全地在计算机屏幕上动态地显示出来,借助友好的交互式界面进行设计,观察支架的外观和结构,检查其各个组成部分,根据需要可以方便地对其中任何一个零件进行修改。基于虚拟样机,设计人员可以对支架进行加工仿真,检验零件的可加工性及可装配性。设计人员还可以对煤矿井下实际采煤条件进行仿真,模拟液压支架在实际工作环境下的运动学和动力学性能,检验其是否可以安全可靠地工作^[1] 。

　　在各个阶段的仿真中如果发现问题,都可以及时修改以得到更优化的设计。如可以采用虚拟制造技术建立液压支架三维数字化模型,再通过仿真液压支架在井下工作的情况做出顶梁在载荷作用下的应力云图,根据应力云图可以判断支架结构是否合理,以进行结构改进并进行优化设计[2]。

　　虚拟样机技术作为一种全新的集成化产品设计和开发手段,可以贯穿于液压支架的设计、生产、评估、使用的全生命周期中,使设计者、制造者和使用者之间的联系更为密切有效。虚拟样机技术具有优化分析、虚拟仿真、事前验证等技术特点,通过虚拟样机代替物理模型来对产品进行创新、测试和评估,可以有效地提高液压支架对煤矿井下实际开采条件的适应能力,大大减少物理样机的试验次数,大幅度提高产品一次交验合格率,显著缩短新型支架的开发周期,提高企业经济效益。通过实施虚拟样机术,还可为企业建立良好的信息化基础设施,培养一支掌握现代化设计、管理方法和手段,具有开拓创新精神的高素质技术人员队伍和管理人员队伍。

　　1　研究方法

　　对于虚拟样机系统而言,一般应主要包括三维模型建立系统、静强度分析系统、运动仿真系统、动力学分析系统、产品寿命评估系统等内容[3]。

　　2　技术路线

　　1)液压支架虚拟样机技术总体技术路线　采用以SOLIDWORKS/PROE三维建模平台,选取AN-SYS(机械结构的静力分析) /FLUENT(液压支架中流体的动态分析)作为静力分析模块,选取ADAMS作为运动仿真软件,构建一个液压支架虚拟样机系统。首先利用建模工具建立机械系统的二维及三维实体模型,然后运用具体的分析软件来对机构进行运动学仿真、系统动力学计算和仿真、产品寿命评估、系统的性能分析和评估等,然后改进样机设计方案,用数字化形式代替传统的实物样机试验,设计模块如图1。

　　2)液压系统虚拟样机技术详细技术路线液压系统的虚拟样机技术的基础是CAD/CAM、系统仿真和虚拟现实技术,具体模块实现过程如图2和图3。