基于PROE 和ADMAS 的薄煤层液压支架建模与仿真

韩文东

（辽北技师学院，辽宁 调兵山 112700）

虚拟样机技术（Virtual Prototyping VP）又称系统动态仿真技术，是20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速起来的计算机辅助工程（CAE-Computer Aided Engineering）技术。它以机械系统运动学、动力学和控制学理论为核心，借助于成熟的三维计算图形技术，图形的用户界面技术、信息技术、集成技术等。将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起。

液压支架是综采设备的主要设备之一，薄煤层液压支架在开采过程中由于煤层的特殊性，要求有更大的伸缩比，因此关键技术之一就是需要有合理的四连杆机构的设计，设计参数向高工作阻力，大中心距发展，结构件材料越来越多的采用高强度钢材；无论薄煤层液压支架还是其他类型的液压支架另一个关键的技术就是控制系统，先进的控制系统，会使液压支架的动作自动连续进行，移架速度大大提高。

本文以ZY5200/8/18D 型薄煤层液压支架为例，在三维软件Pro/E 中建立起液压支架的三维实体模型，使用虚拟样机技术（采用多体系统动力学分析软件ADAMS）建立液压支架的虚拟样机系统。

1 薄煤层液压支架的建模

图1 液压支架三维实体模型

2 实体模型导入

进行三维实体建模之后,然后采用标准文件转换协议,在ADAMS 中创建虚拟样机主模型,把每一个零件的IGES 文件读入到虚拟环境中,进行装配,定义运动副和边界条件。以上工作完成之后,就可以根据研究工作的具体需要选取不同的分析参数和边界条件来研究液压支架的受力和运动学、动力学问题。

图2 导入实体模型

3 仿真分析

通过对模型的仿真分析，它能实现预期的运动，在此基础上就可进行参数化设计。

3.1 顶梁位移与立柱支撑力的关系

立柱的液压力是通过弹簧来实现的，故将弹簧的刚度设计为变量即可得到液压力对支架性能的影响。图3为立柱倾角为零度时顶梁前端点的水平位移随弹簧刚度的变化曲线图。

由图3中可看出，顶梁前端点的水平位移随弹簧刚度的增大是逐渐减小的，与实际是相符的。在曲线中有两个转折点，下降速率随着弹簧刚度的增大降低。

图4顶梁前端点的垂直位移随弹簧刚度的变化曲线图

由图4中看出，对于立柱倾角为零度的液压支架，当弹簧刚度小于一定值时顶梁前端点的垂直位移不随弹簧刚度的增大而变化，只有当弹簧刚度大于一定值时顶梁前端点的垂直位移随弹簧刚度的增大而增大。

图3 顶梁前端点的水平位移随弹簧刚度的变化曲线图

图4 为立柱倾角为零度时顶梁前端点的垂直位移随弹簧刚度的变化曲线图

3.2 顶梁位移与顶板压力的关系

在此模型中顶板压力简化为集中力,将该集中力设为变量,即可进行参数化设计。图5 为立柱倾角为零度时顶梁前端点的水平位移随顶板压力的变化曲线图。

由图5中可看出,顶梁前端点的水平位移随顶板压力的增大而增大,其增大趋势是减小的。

图5 顶梁前端点的水平位移随顶板压力的变化曲线图

4 结论

由于薄煤层对支架要求的特殊性，通过ADAMS 对支架进行参数化分析，在对支架个机构简化的基础上，分析了顶板压力及立柱支撑力对顶梁位移的影响，由图形的走向可看出这种基于虚拟样机技术的液压支架的参数化的分析是可行的。

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