基于虚拟样机的液压支架试验主机设计与研究(1).pdf

分类号分类号 T T T T D355D355D355 D355 密密级级公公 开开 U D CU D CU D C U D C 单位代码单位代码104210424 4 学学 位位 论论 文文 基于虚拟样机的液压支架试验主机基于虚拟样机的液压支架试验主机基于虚拟样机的液压支架试验主机 基于虚拟样机的液压支架试验主机 设计与研究设计与研究设计与研究 设计与研究 刘刘晓晓倩倩 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位专业专业名名称称机械电子工程机械电子工程 指导教师姓名指导教师姓名李李 新新 平平职职称称教教授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二〇一一二〇一一年五月年五月 论文题目论文题目论文题目 论文题目 基于虚拟样机的液压支架试验主机基于虚拟样机的液压支架试验主机基于虚拟样机的液压支架试验主机 基于虚拟样机的液压支架试验主机 设计与研究设计与研究设计与研究 设计与研究 作者姓名作者姓名作者姓名 作者姓名 刘晓倩刘晓倩入学时间入学时间入学时间 入学时间 200820082008 2008 年年 9 9 9 9 月月 专业名称专业名称专业名称 专业名称 机械电子工程机械电子工程研究方向研究方向研究方向 研究方向 机电液一体化机电液一体化 指导教师指导教师指导教师 指导教师 李新平李新平职职职 职 称称称 称 教教授授 论文提交日期论文提交日期论文提交日期 论文提交日期 201120112011 2011 年年 5 5 5 5 月月 论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期 论文答辩日期 201120112011 2011 年年 6 6 6 6 月月 授予学位日期授予学位日期授予学位日期 授予学位日期 STUDYSTUDYSTUDY STUDY ONONON ON TESTTESTTEST TEST BEDBEDBED BED OFOFOF OF HYDRAULICHYDRAULICHYDRAULIC HYDRAULIC SUPPORTSUPPORTSUPPORT SUPPORT BASEDBASEDBASED BASED ONONON ON VIRTUALVIRTUALVIRTUAL VIRTUAL PROTOTYPINGPROTOTYPINGPROTOTYPING PROTOTYPING TECHNOLOGYTECHNOLOGYTECHNOLOGY TECHNOLOGY A A A A DissertationDissertationDissertation Dissertation tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements ofofof of thethethe the degreedegreedegree degree ofofof of MASTERMASTERMASTER MASTER OFOFOF OF PHOLOSOPHYPHOLOSOPHYPHOLOSOPHY PHOLOSOPHY fromfromfrom from ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and TechnologyTechnologyTechnology Technology b b b b y y y y LiuLiuLiu Liu XiaoqianXiaoqianXiaoqian Xiaoqian SupervisorSupervisorSupervisor Supervisor ProfessorProfessorProfessor Professor LiLiLi Li XinpingXinpingXinping Xinping CollegeCollegeCollege College ofofof of MechanicalMechanicalMechanical Mechanical andandand and ElectronicElectronicElectronic Electronic EngineeringEngineeringEngineering Engineering MayMayMay May 201120112011 2011 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日期期 AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION AFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclare declare thatthatthat that thisthisthis this dissertation,dissertation,dissertation, dissertation, tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements forforfor for thethethe the awardawardaward award ofofof of MasterMasterMaster Master ofofof of PhilosophyPhilosophyPhilosophy Philosophy ininin in ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and Technology,Technology,Technology, Technology, is is is is whollywhollywholly wholly mymymy my ownownown own workworkwork work unlessunlessunless unless referencedreferencedreferenced referenced ofofof of acknowledge.acknowledge.acknowledge. acknowledge. TheTheThe The documentdocumentdocument document hashashas has notnotnot not beenbeenbeen been tedtedted ted forforfor for qualificationqualificationqualification qualification atatat at anyanyany any otherotherother other academicacademicacademic academic institute.institute.institute. institute. SignatureSignatureSignature Signature DateDateDate Date 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘摘要要 在煤矿安全日益受到社会各界普遍重视的形势下，矿用液压支架的质量就显得格外 重要。矿用液压支架试验台是液压支架在出厂前或维修后进行检验的试验设备，它的性 能关系着液压支架的质量和煤矿生产的安全。 虚拟样机技术是一种崭新的产品开发方法，它是一种基于产品的计算机仿真模型的 数字化设计方法。利用虚拟样机技术，可以使产品的设计者、使用者和制造者在产品研 制的早期，在虚拟的环境中直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制 造仿真和使用仿真，这对启迪设计创新、提高设计质量、减少设计错误、加快产品开发 周期有十分重要的意义。 本文在虚拟样机技术的指导下，在国外高新软件CAD/CAE/CAM 特征造型工具 SolidWorks 和有限元分析软件 ANSYS 集成系统基础上， 对1500t 液压支架试验主机进行 设计与研究。首先根据试验标准与要求，提出试验方案，确定液压支架试验主机基本参 数，设计出各部件和液压系统，利用 SolidWorks 软件对试验主机进行了三维参数化建模 和装配，并对模型的正确性和合理性进行了基本检验，在确定支架试验主机三维实体模 型之后，利用有限元前处理软件 HyperMesh，建立了分析对象的有限元模型，划分网格， 通过结构静力计算，得到了支架试验主机整架在不同工况下结构变形和应力分布情况， 为机械结构的优化设计提供依据，保证了设计质量。 关键词关键词虚拟样机技术，液压支架，试验主机，虚拟建模，有限元分析 山东科技大学硕士学位论文摘要 A A A A BSTRACTBSTRACTBSTRACT BSTRACT The very important question of the coal mine safety has been paid more and more attention from various circles of society. In the situation, the quality of mine support has become particularly important. Mine support test-bed is the test equipment of mine support at factory or after maintenance, and its perance relates to the quality of mine support and the safety of coal production. The Virtual Prototyping Technology is new in development of product, it is a numerical design based on computer simulation model. By using it, the designers, users and makers can do the optimization of design, aptitude test, manufacturing simulation and work simulation visualized in virtual environment before the product manufacturing. It has an important significance in innovations, improving the quality, reducing the design errors and accelerating the development process. Based on the Virtual Prototyping and Numerical Control Technologies, this paper does the design and study on a 1500t hydraulic support test-bed. With the advanced software in the nowadays world- SolidWorks and ANSYS the finite element analysis software. First, the basic parameters are determined, every parts and Hydraulic system is designed and the 3D models of the machine and its assemblage are built up with the software SolidWorks. During this process, the correctness of the models is validated by doingthe kinematics analysis. After 3D models of the machine is established, then by using Pretreatment software-HyperMesh to established various analysis object model and divide grip, at last we can get structural deation and stress distribution of the hydraulic support test-bed.Itassures the quality of design. The and theory used in this paper can also be used in other products and systems. KeywordsKeywordsKeywords Keywords virtual prototypingtechnology, hydraulic support, test bed, SolidWorks, FEA 山东科技大学硕士学位论文目录 目目目 目 录录录 录 1绪绪绪 绪 论论论 论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 1 1.1课题的研究背景......................................................................................................... 1 1.2课题的目的和意义..................................................................................................... 2 1.3国内外研究现状、发展动态..................................................................................... 3 1.4虚拟样机技术的基本概念......................................................................................... 5 1.5本课题研究的主要内容............................................................................................. 7 1.6本章小节..................................................................................................................... 8 2液压支架整架试验技术液压支架整架试验技术液压支架整架试验技术 液压支架整架试验技术 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9 9 9 2.1液压支架整架试验的内容与要求............................................................................. 9 2.2液压支架整架试验方案........................................................................................... 15 2.3试验系统的主要技术参数....................................................................................... 17 2.4试验系统的液压系统............................................................................................... 18 2.5本章小结................................................................................................................... 21 3 3 3 3 试验主机的设计试验主机的设计试验主机的设计 试验主机的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222222 22 3.1试验主机的结构形式............................................................................................... 22 3.2 试验主机的主要尺寸................................................................................................. 23 3.3固定底座的设计....................................................................................................... 24 3.4移动梁的设计........................................................................................................... 26 3.5立柱的设计............................................................................................................... 27 3.6升降缸的设计........................................................................................................... 29 3.7本章小结................................................................................................................... 32 4 4 4 4 基于基于基于 基于 SolidWorksSolidWorksSolidWorks SolidWorks 的试验主机的虚拟建模与装配的试验主机的虚拟建模与装配的试验主机的虚拟建模与装配 的试验主机的虚拟建模与装配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333333 33 4.1虚拟建模与装配的软件平台................................................................................... 33 4.2试验主机的虚拟建模............................................................................................... 34 山东科技大学硕士学位论文目录 4.3液压支架试验主机的虚拟装配............................................................................... 38 4.4本章小节................................................................................................................... 41 5 5 5 5 试验主机的有限元分析试验主机的有限元分析试验主机的有限元分析 试验主机的有限元分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424242 42 5.1有限元分析............................................................................................................... 42 5.2试验主机整体分析方案的制定............................................................................... 43 5.3液压支架试验主机有限元分析............................................................................... 45 5.4本章小结................................................................................................................... 56 6 6 6 6 总结与展望总结与展望总结与展望 总结与展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575757 57 6.1总结........................................................................................................................... 57 6.2实际应用情况........................................................................................................... 57 6.3展望........................................................................................................................... 58 致致致 致 谢谢谢 谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606060 60 参考文献参考文献参考文献 参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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