基于Solidworks的液压支架自顶向下设计方法的研究

闫磊 魏涛

摘要：液压支架是综采设备组成重要的一部分，结合液压支架产品的特点和设计过程，为了进一步提高液压支架设计水平，以掩护式液压支架为例，运用Solidworks对液压支架不同部件采用自顶向下设计方法实现高效、快速的设计，显著提高设计效率。

关键词：液压支架、自顶向下、Solidworks、骨架模型

中图分类号：TD355.41  文献标识码：B

引言

随着综采工作面的高产高效，对液压支架的要求越来越高，支架设计技术不断迭代跟新，传统的二维设计技术已不能满足满足现代设计需求，设计人员在设计方案、汇报方案、人员培训等方面，利用Solidworks软件设计的液压支架实体模型、装配关系、运动分析可直观的展示出来。同时，采用Solidworks自顶向下设计方法，能够快速准确的完成设计。

1 设计方法比对

在产品设计的过程中，存在2种设计方法，自顶向下设计与自下向上设计，自顶向下设计方法是相对于传统的自下向上设计方法而言。

自底向上设计方法顺序是零件——组件——部件，根据设计的零件利用装配关系进行装配成组件，在进行总装配，其各零件都是相互独立的。

自顶向下设计方法顺序是部件——组件——零件，也就是先在装配体中建立骨架模型，约束装配关系，然后将骨架模型中几何关系传递到组件，这样各零部件可以实现并行设计，同时设计变更很容易。当总体几何关系发生变化时，信息会传递到零部件。这样就可以提高工作效率，同时也避免干涉现象。

2 液压支架建模

液压支架设计项目一般是根据《三机配套协议》、《液压支架技术协议》、《三机配套图》在Solidworks环境下进行支架总方案设计，初选出符合技术协议要求的架型[1]，并将液压支架分为五大块设计，分别为顶梁设计、掩护梁设计、底座设计，连杆设计、千斤顶设计并分发工程师进行并行、协同设计，具体流程见图1。

2.1  骨架模型设计

（1）再骨架模型中建立几何尺寸关系

点击菜單插入装配体，在前视集中面中创建各几何尺寸关系，设置好各参考基准面、基准线及基准点，形成形成草图布局。

（2）传递几何尺寸对各部件进行骨架模型设计

骨架模型主要是为了确定液压支架产品中各部件之间的约束、数据等，其中包括支架的结构形式、高低位置，以及零部件支架的相互约束关系和主要零部件的截面形状等[2]。首先在Solidworks中插入装配体，在装配体中创建如图3所示的整体骨架模型，此模型主要用来控制子装配体和自顶向下设计几个关系数据的传递。

2.2部件骨架模型

以顶梁为子装配体设计为例，参照骨架模型，在装配体中前视基准面创建轮廓草图，通过Solidworks命令“转换实体引用”将相应的顶梁骨架模型引用到顶梁子装配体中[3]，顶梁骨架模型。然后再对顶梁骨架模型截面草图进行细化设计，在子装配体中的上视基准面建立宽度驱动草图。如图4。

2.3协同设计、生成模型

根据前视基准面、上视基准面建立轮廓草图及宽度驱动草图，通过将骨架模型中的尺寸、形状、位置通过转换实体引用来创建零部件特征，进而生成顶梁模型。如图5。用相同的方法完成液压支架其余部件的设计，然后在设计库中调用液压系统元件，完成支架装配。图6显示的是支架三维参数化实体模型。若改变骨架模型尺寸，修改的信息自动传递到相关零部件，零件也会发生相应变化。

3液压支架自顶向下设计技巧

（1）利用Solidworks软件功能，充分利用骨架草图模型中的线条，通过转换实体命令直接获取，快捷并准确，液压支架各部件基本上是对称件，可快速生成部件的一半，再通过镜像命令生成另一半。然后利用标准库文件进行完善细节。

（2）在骨架草图模型中，避免出现草图过于精细，生成模型时占用太多的计算机资源。尽可能的让草图简单，也便于后期的设计变更。完成虚拟装配后，为后续运动学分析有着重大意义。

4液压支架自顶向下设计方法优点

（1）修改骨架模型参数就能传递到零件和支架模型改变，实现了参数驱动支架模型修改，设计效率明显提高。

（2）采用“自顶向下”设计方法，当整体骨架模型设计变化的时候，信息会自动的传递到下游零部件，使之自动的发生相应的变化。因此，当发生设计变更时，采用“自顶向下”的设计方法可以显著提高更改设计效率。

（3）采用三维参数化设计，可以分别对液压支架的其它结构件例如：掩护梁、底座、摆梁、前梁、护帮板、伸缩梁、尾梁等建立模型标准化数据库。遇到产品结构相似的，稍作修改就可以调用。避免重复性工作。

5 结束语

利用SolidWorks软件的三维造型功能实现了对液压支架的三维参数化设计、虚拟装配和运动仿真，为支架的有限元分析提供三维模型。随着CAD/CAE/CAM技术的不断发展，以三维建模软件为平台，结合有限元分析软件和运动仿真软件的应用系统已经越来越多地应用于液压支架的设计使支架设计水平越来越完善。同时不断建立架型模型库，这种方法可缩短开发周期，极大地提高产品的设计效率和质量。

参考文献

[1]王国法等.高端液压支架及先进制造技术[M].北京：煤矿工业出版社，2010.

[2]徐亚军，王国法等.液压支架三维建模软件设计平台选型分析[J].煤矿开采，2002（4）：1-4.

[3]陈超祥，胡其登等Solidworks高级教程简编[M]北京：机械工业出版社，2017.

作者简介：闫磊（1985—），男，硕士，工程师，煤矿用液压支架的设计。