液压支架虚拟样机设计及应用

刘艳东

摘 要：虚拟样机用来代替真实样机，用计算机仿真模型数字化技术代替物理样机设计和制造，有多体系统运动学和控制理论等为核心。文章分析了液压支架虚拟样机功能组成，对液压支架虚拟样机设计和应用做了分析。

关键词：液压支架；虚拟样机；设计应用

中图分类号：TP39 文献标识码：A

液压支架虚拟样机是我国上个世纪90年代中后期才兴起的一种煤矿用现代设计方法和手段，可以说是仿真、虚拟现实等诸多技术相互结合的综合产物。随着我国科技的发展，它的应用已被用在液压系统、汽车制造、机械工程等领域，在机械产品的设计制造中发挥了作用。据笔者所了解，在虚拟造型设计、虚拟工艺等诸多的方面在我国都取得了较好的成绩。

1 液压支架虚拟样机功能组成

它的功能组成，一般来说是以CAD 技术、计算机仿真技术和以虚拟现实技术为中心，共同组成。其功能组成具体如图1所示。从图中我们不难看出该系统主要由二维建模、三维建模、动力学仿真、运动学分析、静力学分析等组成。

而它的技术特点是，以低研发成本、短的研发周期、高的产品质量通过计算机技术建立产品的数字化模型；并且克服单个企业资源的局限性，来实现动态联盟的重要手段。

我们知道，虚拟样机具有多个领域、多种类型的物理特性。在实际生产中为了能对产品特性进行全面仿真，虚拟样机必须能够反映产品的各种性能，笔者给出了虚拟样机的多视图结构。如图2所示。

2 液压支架虚拟样机技术设计

2.1 设计思想。液压支架虚拟样机的设计中心思想是在物理样机实现之前，我们通过在虚拟样机上的全面仿真，对产品功能、性能外观等进行猜测、评估和优化，以达到提高产品的质量、降低成本和缩短研发周期。

目前来说，煤矿用虚拟样机是对计算机技术、CAD 技术等多学科技术的综合应用，这也对设计者提出了很高的要求，要求设计团队在其管理、技术等方面要全面，更要集中于信息流、物流的集成和优化。笔者认为，设计者要对计算机技术、CAD 技术熟悉，同时也要把特殊专业的知识消化并利用到实际研发设计中，目的是更好更快地投入到实际应用。

2.2 设计特点。它在实际设计中设计人员要通过虚拟样机模型进行设计，在此基础上并进行试验和分析，根据结果再次对模型信息进行动态的修改。

2.3 设计方法。在我国，液压虚拟样机设计技术采用分布的、并行的方法来建立产品模型，建立的模型一定要具备有效的管理和协同运行这些模型，并具备有产品生命周期及其他信息和在工作中支持信息的共享。

在设计中我们对每个特定虚拟样机的设计过程要保持数据视图。其中，在一个设计过程中，不同的用户只能共享该设计过程中的一个视图，而且一个特定的用户可以通过参与不同层次的设计过程和活动来共享不同层次的产品视图。

同时，笔者认为，它的设计过程是一个动态变化的，在设计过程中，如果当一个设计参数已经通过经验数据或其他的计算过程时候，设计人员可以取消或跳过这个设计；同时，在工作流运行过程中不能对模型实铡的结构进行修改，因此设计人员在这样的工作流执行过程中，不能对设计过程进行动态的处理。

2.4 对虚拟样机的构建。经过上面的分析，笔者尝试着对虚拟样机进行构建。第一种对虚拟样机方案的设计构建。在操作中我们可以选择SolidWorks作为三维建模平台，可以在上面选取Cosmos/Works作为静力分析的模块，同时设计人员可以任意选取Cosmos/motion，DDM 和 Visual NastranDeskTop作为运动仿真模块。

第二种对虚拟样机方案的设计构建，同样我们也可以选择SolidWorks作三维建模平台，并选取De-signSpace作为静力分析模块，同时选取Cosmos/mo-tion等作为运动仿真模块进行设计构建。

第三种对虚拟样机方案的设计构建。同样来说，设计人员可以选用SolidWorks作三维建模平台，选取Visual Nastran DeskTop作为静力分析模块和运动。

在实际操作中，经过上面三种方案的比对，笔者认为第三种设计方案是最佳的，在应用中我们可以根据设计要求的不同，可以任选其一。

3 液压支架虚拟样机的技术应用

说起液压支架虚拟样机技术的应用，它的应用可以贯穿于液压支架的评估、使用生命周期中，同时也可以对虚拟样机代替物理模型对产品进行创新应用、测试设计和评估分析，可以大大地提高对产品一次交验合格率，提高经济效益。通过这项技术，我们还可为企业建立良好的信息化基础设施，培养一支掌握现代化设计、管理方法和手段，具有开拓创新精神的高素质技术人员队伍和管理人员队伍。

参考文献

[1]郝虎.虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用[J].城市建设理论研究，2011（25）.

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[3]陈艳.虚拟样机技术在液压支架性能分析中的应用[J].煤矿机械，2006（02）.

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