液壓支架虛擬樣機設計及應用

劉艷東

摘 要：虛擬樣機用來代替真實樣機，用計算機仿真模型數字化技術代替物理樣機設計和制造，有多體系統運動學和控制理論等為核心。文章分析了液壓支架虛擬樣機功能組成，對液壓支架虛擬樣機設計和應用做了分析。

關鍵詞：液壓支架；虛擬樣機；設計應用

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A

液壓支架虛擬樣機是我國上個世紀90年代中后期才興起的一種煤礦用現代設計方法和手段，可以說是仿真、虛擬現實等諸多技術相互結合的綜合產物。隨著我國科技的發展，它的應用已被用在液壓系統、汽車制造、機械工程等領域，在機械產品的設計制造中發揮了作用。據筆者所了解，在虛擬造型設計、虛擬工藝等諸多的方面在我國都取得了較好的成績。

1 液壓支架虛擬樣機功能組成

它的功能組成，一般來說是以CAD 技術、計算機仿真技術和以虛擬現實技術為中心，共同組成。其功能組成具體如圖1所示。從圖中我們不難看出該系統主要由二維建模、三維建模、動力學仿真、運動學分析、靜力學分析等組成。

而它的技術特點是，以低研發成本、短的研發周期、高的產品質量通過計算機技術建立產品的數字化模型；并且克服單個企業資源的局限性，來實現動態聯盟的重要手段。

我們知道，虛擬樣機具有多個領域、多種類型的物理特性。在實際生產中為了能對產品特性進行全面仿真，虛擬樣機必須能夠反映產品的各種性能，筆者給出了虛擬樣機的多視圖結構。如圖2所示。

2 液壓支架虛擬樣機技術設計

2.1 設計思想。液壓支架虛擬樣機的設計中心思想是在物理樣機實現之前，我們通過在虛擬樣機上的全面仿真，對產品功能、性能外觀等進行猜測、評估和優化，以達到提高產品的質量、降低成本和縮短研發周期。

目前來說，煤礦用虛擬樣機是對計算機技術、CAD 技術等多學科技術的綜合應用，這也對設計者提出了很高的要求，要求設計團隊在其管理、技術等方面要全面，更要集中于信息流、物流的集成和優化。筆者認為，設計者要對計算機技術、CAD 技術熟悉，同時也要把特殊專業的知識消化并利用到實際研發設計中，目的是更好更快地投入到實際應用。

2.2 設計特點。它在實際設計中設計人員要通過虛擬樣機模型進行設計，在此基礎上并進行試驗和分析，根據結果再次對模型信息進行動態的修改。

2.3 設計方法。在我國，液壓虛擬樣機設計技術采用分布的、并行的方法來建立產品模型，建立的模型一定要具備有效的管理和協同運行這些模型，并具備有產品生命周期及其他信息和在工作中支持信息的共享。

在設計中我們對每個特定虛擬樣機的設計過程要保持數據視圖。其中，在一個設計過程中，不同的用戶只能共享該設計過程中的一個視圖，而且一個特定的用戶可以通過參與不同層次的設計過程和活動來共享不同層次的產品視圖。

同時，筆者認為，它的設計過程是一個動態變化的，在設計過程中，如果當一個設計參數已經通過經驗數據或其他的計算過程時候，設計人員可以取消或跳過這個設計；同時，在工作流運行過程中不能對模型實鍘的結構進行修改，因此設計人員在這樣的工作流執行過程中，不能對設計過程進行動態的處理。

2.4 對虛擬樣機的構建。經過上面的分析，筆者嘗試著對虛擬樣機進行構建。第一種對虛擬樣機方案的設計構建。在操作中我們可以選擇SolidWorks作為三維建模平臺，可以在上面選取Cosmos/Works作為靜力分析的模塊，同時設計人員可以任意選取Cosmos/motion，DDM 和 Visual NastranDeskTop作為運動仿真模塊。

第二種對虛擬樣機方案的設計構建，同樣我們也可以選擇SolidWorks作三維建模平臺，并選取De-signSpace作為靜力分析模塊，同時選取Cosmos/mo-tion等作為運動仿真模塊進行設計構建。

第三種對虛擬樣機方案的設計構建。同樣來說，設計人員可以選用SolidWorks作三維建模平臺，選取Visual Nastran DeskTop作為靜力分析模塊和運動。

在實際操作中，經過上面三種方案的比對，筆者認為第三種設計方案是最佳的，在應用中我們可以根據設計要求的不同，可以任選其一。

3 液壓支架虛擬樣機的技術應用

說起液壓支架虛擬樣機技術的應用，它的應用可以貫穿于液壓支架的評估、使用生命周期中，同時也可以對虛擬樣機代替物理模型對產品進行創新應用、測試設計和評估分析，可以大大地提高對產品一次交驗合格率，提高經濟效益。通過這項技術，我們還可為企業建立良好的信息化基礎設施，培養一支掌握現代化設計、管理方法和手段，具有開拓創新精神的高素質技術人員隊伍和管理人員隊伍。

參考文獻

[1]郝虎.虛擬樣機技術在采煤機械設計中的應用[J].城市建設理論研究，2011（25）.

[2]張悅刊.基于虛擬樣機技術的液壓支架設計方法研究[D].山東科技大學，2007.

[3]陳艷.虛擬樣機技術在液壓支架性能分析中的應用[J].煤礦機械，2006（02）.

[4]成經平，丁晚景，雷才洪，黃新民.基于虛擬樣機技術的液壓立爪裝煤機設計及仿真分析[A].湖北省裝備制造業自主創新與發展研討會論文集[C].2007.