基于Pro／E的液压支架三维建模与运动仿真.pdf

计算机应用 基于ProΠE的液压支架三维建模与运动仿真 臧 峰1,赵啦啦1,王忠宾1,梁 玉2 1. 中国矿业大学 机电工程学院,江苏 徐州221008; 2.平顶山煤业集团 物资供应总公司,河南 平顶山467000 摘要仿真技术在机械产品开发中起着非常重要的作用。利用ProΠEWILDFIRE对液压支 架进行快速建模,然后利用其运动仿真模块MECHANISM对支架的伸柱、 降柱、 推溜、 移架的运动 过程进行动态仿真。通过机构的运动仿真,优化了产品设计,缩短了新产品的开发周期,提高了产 品的可靠性。 关键词 ProΠE;液压支架;三维建模;运动仿真 中图分类号 TD355 ; TP39 文献标志码 A 文章编号10032079420070520064203 Three - dimension Model and Dynamic Simulation of Hydraulic Support Based on ProΠE ZANG Feng1, ZHAO La - la1, WANG Zhong - bin1, LIANGYu2 1. College of Mechatronic Engineering , China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008 ,China ; 2. Material Provision Main Corporation of Pingdingshan Coal Co. ,Ltd. , Pingdingshan 467000 , China AbstractSimulation plays an important role in the process of the design for the new mechanic products. The model of the hydraulic support was built rapidly by using of ProΠEWILDFIRE , then the rising , declining , pushing and moving process were simulated with mechanism module of the ProΠE. As a result , the design pro2 cess of the product is optimized , which shortens the development period of the new product and improves the reliability of the product greatly. Key wordsProΠE; hydraulic support ; three - dimension model ; dynamic simulation 0 引言 目前,许多国内外的大型辅助设计软件都包含 了机械的虚拟装配和运动仿真的模块,如国外PTC 公 司 的ProΠMECHANISM ,EDS的UG, SDRC的 I - DEAS,MATRA的EUCLID和国内的CAXA等,这 些都给设计人员提供了更完善的机械设计途径。本 文主要基于美国PTC公司的ProΠEWILDFIRE软 件,对ZY3600Π25Π50型掩护式液压支架进行了三维 建模与运动仿真分析。 1 液压支架的三维实体造型 实体造型的方法多种多样,甚至同一物体造型的 方法也很多,哪种方法更为合理和高效是一个长期经 验积累的过程。就ProΠE来说,一般旋转、 扫描比拉 伸生成的模型高效,而排列、 镜象比逐个生成快捷。 如圆柱模型,既可以通过拉伸生成,也可以通过旋转 获得,但旋转生成模型的速度会更快,生成文件的体 积也更小。对于复杂零件,选择适当的生成方法就 显得更为重要。因为选择不合理的生成方法不但效 率低,而且有些情况根本就不能生成实体模型。因 此在设计好实体模型之前,设计人员必须要考虑好 模型的生成方法和步骤。 创建液压支架的三维模型,不仅仅是为了造 型,更多的是为设计的修改和调整、 虚拟装配、 动力 学分析和运动分析等方便。在液压支架的实体造型 过程中,采用了自上而下的设计方法。 下面以液压支架前连杆的设计为例详细说明自 上而下的设计方法,如图1所示。 图1 前连杆模型设计流程图 1打开已经创建好的底座装配图,如图 1 a 所示; 2在底座装配图中,点击 “插入”→ “元件”→ “创建”,在弹出的 “元件创建” 对话框中选择“类型” 项为 “子组件” 和 “子类型” 项为 “标准”,并在 “名称” 栏写入所要创建的新组件的名字 “qianliangan”; 3在 “创建选项” 对话框中 “创建方法” 栏选择 46 第28卷第5期 2007年 5月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol128No15 May. 2007 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. “创建特征”,并确定; 4通过 “拉伸” 工具,在底座装配图中创建前连 杆,草绘图形和实体模型分别如图 1b 和图 1c 所 示; 5当装配图中的前连杆模型创建完成后,其对 应的零件图也会在另一个文件中产生,如图 1d 所 示,文件名为键入的文件名 “qianliangan”; 6通过对前连杆零件图的修改,其变化也会反 映在装配图中。 当组件的模型创建完成后,对应的零件图也自 动生成了,以ZY3600Π25Π50型掩护式液压支架为例, 最终形成的未添加连接和约束的三维模型如图2所 示。 图2 加载约束前液压支架的三维模型 2 液压支架运动仿真的实现 Mechanism机构动力学分析模块是ProΠE软件 中包含的一个运动分析和仿真模块,该模块既可实 现对机构的定义、 建立零件之间的连接及装配自由 度、 对输入轴添加相应的电机驱动产生设计要求的 运动,又可以在分析机构运动时观察和记录分析仿 真过程的一些测量值,如位置、 速度和加速度等,还 可以进行运动干涉检查和运动轨迹显示等。 2. 1 液压支架运动仿真的一般过程 图3是液压支架运动仿真的工作流程 图3 液压支架的运动仿真流程 获取仿真结论是将运动的结果与实际运动进行 对比分析,如运动干涉、 运动包络等,对出现的问题 提出改进方法,实现液压支架设计的最优化。 2. 2 液压支架的零、 部件虚拟装配 零件的准确装配是液压支架运动仿真的前提, 装配关系的正确与否直接影响着液压支架运动仿真 能否正确实现。由于液压支架机构动态仿真时各构 件之间存在相对运动,所以零件的装配只能部分约 束。根据构件间的相对运动情况,通过设定各种连 接来限制构件的自由度。ProΠMechanism装配模块提 供的连接方式主要有刚性、 销钉、 滑动杆、 柱面、 平 面、 球、 焊接、 轴承等。 装配时首先要确定运动各构件及其相互间的运 动关系和运动副。然后通过选择构件及其相应的运 动副组成机构,最后由各机构组成完整的液压支架 模型。 在液压支架的虚拟装配过程中还要注意以下2 个问题 1正确进行销轴装配。对于销轴等联接件应 尽量先装配到各个部件图中,然后作为一个部件调 到总装配图中,这样易于进行动力学分析; 2正确进行立柱的装配。由于立柱缸体底部 与顶梁和底座柱窝圆球面的配合关系较难确定,所 以装配过程比较困难,经常出现装配错误。可以通 过简化原来的球连接为转动副如销钉连接实现。 同时立柱、 千斤顶的活塞和缸体的连接最好在总装 图中进行,这样系统自动识别其约束关系为移动副, 否则在进行运动分析时,软件较难识别其约束关 系,而将立柱和千斤顶视为一个整体,从而引起分 析错误。可以手工加上对应的约束关系来解决。 2. 3 液压支架的运动仿真与干涉检验 液压支架在工作过程中,必须具备伸、 降、 推、 移 4个基本动作,这些动作是利用泵站供给的高压乳 化液通过工作性质不同的各种千斤顶和立柱来完成 的。在ProΠE中分别在立柱、 推移千斤顶、 前梁千斤 顶、 平衡千斤顶的连接轴上施加相应个数的伺服电 动机作为动力源,然后根据ZY3600Π25Π50型液压支 架的实际工作情况,按 “流量法” 从理论上计算出支 架在伸、 降、 推、 移等整个工作循环中各自所需要的 时间,即液压支架在伸、 降、 推、 移的动作过程中对千 斤顶或立柱的伺服电动机所设定的时间在设定中 注意有复合的伺服电动机的动作起止时间。根据 各自所需要的时间,解决了各个伺服电动机的运动 关系问题,使液压支架的整个工作循环动态模拟能 顺利地按工作顺序完成。 在液压支架零、 部件装配和运动仿真完成后, 就可以利用ProΠE对设计既得的实体模型进行干涉 检验,包括静态检查和动态检查。静态干涉检查是 指在特定的装配结构形式下,检查装配体各个零件 56 第28卷第5期 基于ProΠE的液压支架的三维建模与运动仿真 臧 峰,等 Vol128No15 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. The Standard is downloaded from Standard Sharing MESH200单元的应用 由美雁 东北大学 机械工程与自动化学院,沈阳110004 摘要 ANSYS软件是通用大型有限元分析软件,网格划分是有限元分析的重要环节,也是影 响分析精度和求解规模的一个因素,ANSYS的前处理程序常应用MESH200单元来划分网格,结合 实例来说明MESH200单元的用法和特点,为几何实体划分网格提供一个参考。 关键词 MESH200 ; ANSYS;网格划分;有限元模型 中图分类号 TP39 文献标志码 A 文章编号10032079420070520066203 Application of MESH200 Element YOU Mei - yan College of Mechanical Engineering and Automation Northeastern University , Shenyang 110004 ,China AbstractANSYS is general - purpose finite element analysis FEA software ,mesh dividing that often affects analysis precision and the scale of solution is very important assignment and project required in FEA. Therefore its preprocessor program often uses MESH200 to divide the meshes. With some examples are pered to dis2 cuss direction and characteristic for MESH200 and provide some advices for dividing mesh of geometric enti2 ties. Key wordsMESH200 ;ANSYS;mesh dividing;finite element mode 0 前言 ANSYS软件是通用有限元分析软件,越来越广 泛地应用于我国的航空航天、 机械制造、 汽车交通、 铁道、 能源、 化工等领域。一个典型ANSYS分析过 程分为3步骤建立模型;加载并求解;查看分析结 果。第1步建立模型常常花费大量时间在如何给几 何模型划分网格上,而ANSYS软件提供的MESH200 单元是专门用于划分网格的辅助单元,本文将通过 实例来说明MESH200单元的用法,为给几何模型生 成有限元模型提供参考。 1 MESH200单元说明 MESH200单元是仅用来划分网格的单元,它对 计算结果毫无影响。这个单元用于以下几种类型的 操作 多步骤的网格划分,例如单元的扩展要求从低 一级的单元生成高一级的单元。 二维或三维空间中有或没有中间节点的线的网 格划分。 三维空间中有或没有中间节点的三角形、 四边 形、 四面体或六面体单元组成的面或体的网格划分。 MESH200单元可以通过设置单元属性来选择 它的几何构造及节点布置,具体地可以参照ANSYS 之间的相对位置是否存在干涉,而动态干涉检查是 检验装配体或其零件在运动过程中是否存在零部件 之间的运动干涉。直接利用ProΠAnalysis对设计模 型进行分析,重点对装配模型进行全局干涉检验,检 验结果直接显示在模型中,同时用数字给出干涉区 域的面积。这样对整个支架的装配结构进行干涉检 验,可以观察和分析出现的干涉问题,从而进行结 构改进设计,将整机设计中可能存在的问题消除在 萌芽状态,减少试制样机费用和改进时间,并大大缩 短机械产品的更新周期。 在液压支架运动仿真完成之后,借助于ProΠE 仿真分析测量还可以测量系统中需要跟踪的参数, 如某零件的位移、 速度、 加速度等,并将其变化趋势 通过图表的形式直观地表现出来。如结果不理想, 可在设计模式下直接修改模型参数,重复仿真分析, 以达到机构优化的目的。 参考文献 [1]王国法.液压支架技术[M].北京煤炭工业出版社,1999. [2]王国法,徐亚军,孙守山.液压支架三维建模及其运动仿真[J ].煤 炭科学技术,2003 1 42 - 45. [3]冯云设计在线,祝凌云,刘伟. ProΠEngineer3. 0自学手册-入门提 高篇[ K].北京人民邮电出版社,2006. [4]魏阳,王书义.基于ProΠE的机械系统运动仿真分析[J ].现代机 械,20045 55 - 56. [5]祝凌云,李斌. ProΠE运动学仿真和有限元分析[M].北京人民 邮电出版社,2004. 作者简介臧峰1982 - ,江苏建湖人,中国矿业大学在读硕士 研究生,研究方向为机械制造及自动化,电话0516 - 83995711 ,电子 信箱zangfengcumt . 收稿日期2007202205 66 第28卷第5期 2007年 5月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol128No15 May. 2007 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.