专利名称：两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法
技术领域：
本发明涉及一种动力学求解的方法，特别涉及一种两柱掩护式液 压支架参数化动力求解方法。
背景技术：
液压支架是综合机械化采煤工作面的主要设备，主要采用两柱掩 护式和四柱支撑掩护式两种架型。四连杆机构是液压支架的主要稳定 机构，其主要作用是承受和传递外载，因此，对液压支架的四连杆机 构的认识和研究至关重要。
目前对液压支架四连杆机构的动力学计算国内已有进行，但都是 基于经验作图计算或基于二维的程序计算，不仅费时，且缺乏可视化 特点，交互性差，自动化程度低，与现代快速设计的理念不同步。
MSC. ADAMS是世界上应用最广泛的机械系统仿真分析软件，解决 多体系统运动、动力学问题。这套分析工具使设计人员能够建立可视 化机械系统虚拟样机，并能在建造物理样机前，分析其工作性能。其 中包含下列主要模块l.核心模块，主要包括三个子模块用户界面 模块MSC. ADAMS/View，是以用户为中心的交互式的图形环境，可建模、 仿真计算、动画显示、曲线处理、结果分析等；求解器模块 MSC.ADAMS/Solver,该模块自动形成机械系统模型的动力学方程，提 供静力学、运动学和动力学的解算结果；后处理模块MSC. ADAMS/PostProcessor，可以方便地观察、研究ADAMS的仿真结果； 2.功能扩展模块；3.专业模块(如轿车模块)；4.接口模块等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种两柱掩护式液压支架参数 化动力求解方法，采用本发明方法进行两柱掩护式液压支架参数化动 力求解快速准确且交互性强。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，利用MSC. ADAMS 软件建立两柱掩护式液压支架的参数化虚拟样机模型，并进行动力学 求解，包括以下步骤步骤一，以一种规格的两柱掩护式液压支架为 基础，设定多个定位点，这些定位点至少分布于底座、后连杆、前连 杆、掩护梁、顶梁、上立柱、下立柱、平衡千斤顶；步骤二，以定位 点为基础定义参数化特征点，特征点至少包含定位点；步骤三，以所 述参数化特征点为基础，应用MSC. ADAMS中的建模模块 MSC. ADAMS/View中提供的仿真实体，建立多个仿真部件并由仿真部件 组成参数化虚拟样机模型；步骤四，设定多个约束，每个约束用来连 接两个仿真部件，使被连接的两个部件之间具有一定的相对运动关 系，这些约束至少应连接于大地、底座、后连杆、前连杆、掩护梁、 顶梁、上立柱、中间立柱、下立柱、平衡千斤顶上缸、平衡千斤顶下 缸之间；步骤五，定义包括参数化特征点的位移、仿真部件间夹角的 多个变量，仿真计算后得到计算结果；步骤六，根据步骤五得到的变 量计算结果，在MSC.ADAMS/View模块下，建立自定义的考虑摩擦时和 不考虑摩擦时的动力学变量，调用ADAMS/Solver求解器进行求解输出最终计算结果。
可以通过设定所述定位点的坐标值的方式设定定位点。
可以定义用户化菜单，通过用户化菜单调用所述定位点菜单，修 改所述定位点的坐标值，以更新建立的参数化虚拟样机模型。
本发明利用用户建模模块MSC. ADAMS/View定义定位点、特征点、 约束，并构建两柱掩护式液压支架的原始模型，并全部进行参数化定 义，在可视化基础上进行仿真、计算；同时通过定义用户化菜单，方 便用户对模型进行修改，建立新的参数化虚拟样机模型，再次进行仿 真计算，优化两柱掩护式液压支架的运动机构。本发明由于具有可视 化特点，因此在分析计算时可随时发现问题所在，所建立的用户化菜 单及所具有的参数化特征均能大大提高两柱掩护式液压支架不同规 格机构方案设计的速度和准确性，降低设计成本且交互性强。
图1是两柱掩护式液压支架简图2是本发明一个实施例的流程图3是本发明一个实施例中定位点分布示意图4是本发明一个实施例中特征点分布示意图5是本发明一个实施例中约束分布示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。 本发明两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法利用高端动力学分析软件MSC. ADAMS中的核心模块，建立两柱掩护式液压支架的参 数化模型，并进行动力学求解，包括以下步骤步骤一，以一种规格 的两柱掩护式液压支架为基础，设定若干个定位点，这些定位点至少 分布于底座、后连杆、前连杆、掩护梁、顶梁、下立柱、上立柱、平 衡千斤顶上；步骤二，在定位点基础上定义参数化特征点，以便建立 接近真实化的仿真模型；步骤三，以步骤二所述参数化特征点为基础， 应用MSC. ADAMS中的建模模块MSC. ADAMS/View中提供的仿真实体，建
立多个可视化的仿真部件并由仿真部件组成参数化虚拟样机模型；步 骤四，设定若干个约束，每个约束用来连接两个仿真部件，使被连接 的两个部件之间具有一定的相对运动关系，保证后续的部件仿真运动 合理。这些约束至少应连接于大地、底座IO、后连杆9、前连杆8、掩 护梁7、顶梁l、上立柱2、中间立柱3、下立柱4、平衡千斤顶上缸5、 平衡千斤顶下缸6之间；步骤五，定义特征点的X、 Y向位移及仿真部 件间夹角等变量，在MSC.ADAMS/View模块下进行模型的仿真，在仿真 过程中程序自动调用ADAMS/Solver求解器进行求解，并输出特征点在 X轴方向的位移和Y轴方向的位移及底座与前后连杆、前后连杆与掩护 梁、掩护梁与顶梁等运动时的夹角作为计算结果；步骤六，根据步骤 五得到的计算结果，再定义考虑摩擦时和不考虑摩擦动动力学变量， 依据《煤矿机械设计手册》第一篇"采煤工作面机械的性能计算— 第三章液压支架的性能计算"定义最大工作阻力、最大工作阻力位置、 顶梁与掩护梁、掩护梁与前连杆、掩护梁与后联杆等的相互作用力、 底座前端比压、底座后端比压等作为动力学变量，调用ADAMS/Solver求解器进行求解，并作为最终计算结果输出。 该定位点是特征点的一个子集。
本发明利用MSC. ADAMS/View用户界面模块建立参数化虚拟样机 模型，为避免重复工作，在MSC.ADAMS/View用户界面下自定义用户化 菜单，在建立参数化虚拟样机模型后，可通过用户化菜单调用建立的 参数化虚拟样机模型，确定分析规格后修改参数化虚拟样机模型中定 位点的坐标值，利用己建参数化虚拟样机模型的特点，程序便可自动 建立用户所需的分析规格的目标模型，然后依次对此目标模型进行仿 真动力分析，输出计算结果，依此便可计算用户要求的任意规格两柱 掩护式液压支架在机构运动中连接件之间动力学变量值。定义用户化 菜单，可以在所述步骤一之后、所述步骤二之前，增加如下步骤通 过用户化菜单调用所述样机模型，修改所述定位点的坐标值，程序将 自动更新步骤二所述参数化特征点，并通过步骤三及步骤四，自动建 立所需求解的参数化虚拟样机模型；再执行步骤六，对此目标模型进 行仿真、求解。相应的程序流程如图2所示。
由于MSC. ADAMS/View具有可视化特点，因此在分析计算时可随时 发现问题所在，从而决定改进定位点，通过用户化菜单，按照用户化 菜单的提示操作，大大提高了两柱掩护式液压支架机构方案设计的速 度和准确性。
在本发明一个实施例中，先以某种型号的两柱掩护式液压支架为 基础，通过设定十一个定位点作为建立样机模型基准点，而定位点是 通过设定坐标值的方式设定的。这十一个定位点分布如图3所示，分别是底座前端点13、掩护梁与顶梁铰接点15、后连杆上铰接点19、后 连杆下铰接点21、前连杆上铰接点18、前连杆下铰接点20、下立柱柱 窝圆心点12、上立柱柱窝圆心点ll、平衡千斤顶上铰接点16、平衡千 斤顶下铰接点17、顶梁右侧上端点14。
在定位点基础上建立参数化特征点，特征点的定义是根据不同规 格两柱掩护式液压支架的建模规律，定义出与定位点相应的相对位置 关系，形成多个与定位点相关的特征点。定位点是特征点的一个子集。 在本发明的一个实施例中，特征点分布如图4所示，包括掩护梁与 顶梁铰接点15、后连杆上铰接点19、后连杆下铰接点21、前连杆上 铰接点18、前连杆下铰接点20、立柱下柱窝圆心点12、立柱上柱窝 圆心点ll、平衡千斤顶上铰接点16、平衡千斤顶下铰接点17、顶梁 右侧上端点14、中间立柱上连接点33、中间立柱下连接点34、顶梁 左侧上端点32、底座前端点13，底座右侧底部端点31。其中与定位 点重名的十一个特征点与定位点重合，并全部进行参数化定义，保证 定位点改变时与特征点保持相应的位置关系。特征点可根据需要增 减。
应用MSC. ADAMS/View中提供的实体建模功能，根据特征点建立仿 真部件，在本发明的一个实施例中，如图1所示，这些仿真部件是 底座IO、后连杆9、前连杆8、掩护梁7、顶梁l、上立柱2、中间立柱3、 下立柱4，平衡千斤顶上缸5、平衡千斤顶下缸6组成仿真模型。当改 变定位点坐标值时，利用特征点的参数化特征，可自动形成新的仿真 模型。约束用来连接两个仿真部件，使它们之间具有一定相对运动关
系。通过对约束的定义，可使各个独立的仿真部件联系起来形成有机 的与实际设计机构运动趋势一致的整体。在本发明 一个实施例中建立
的约束如图5所示，包括底座与大地固接63、后连杆与底座旋转铰 铰接62、前连杆与底座旋转铰铰接61 、后连杆与掩护梁旋转铰铰接60、 前连杆与掩护梁旋转铰铰接59、掩护梁与顶梁旋转铰铰接55、掩护梁 与平衡千斤顶球铰铰接58、顶梁与平衡千斤顶球铰铰接56、底座与下 立柱球铰铰接54、顶梁与上立柱球铰铰接51、中间立柱与下立柱平移 铰铰接53、中间立柱与上立柱平移铰铰接52、平衡千斤顶上缸与下缸 间平移铰铰接57。
参数化虚拟模型及约束建立好后，即可在MSC. ADAMS/View下仿 真、求解。求解是在仿真过程中程序自动调用ADAMS/Solver求解器， 自动形成机械系统运动学方程，并按照用户需要以终端显示或者打印 机打印的方式提供最终计算结果。
本程序定义输出的计算结果是设计过程中定位点在X轴方向位 移和Y轴方向的位移，部件间的夹角，及考虑摩擦不考虑摩擦时的最 大工作阻力、位置，掩护梁与前联杆作用力，掩护梁与后联杆作用力， 底座前端比压、底座后端比压等作为最终计算结果。
在建立样机模型后，为避免重复工作，可通过所建立的用户化菜 单，调用样机模型，并修改样机模型中定位点的坐标值，利用已建参 数化模型的特点，程序便可自动建立用户所需的设计规格的目标模 型，然后依次对此目标模型进行仿真动力分析，输出计算结果。计算结果输出可应用MSC. ADAMS/Postprocessor后处理模块，选择要输出 的计算结果。
权利要求
1、 一种两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法，利用MSC. ADAMS软件建立两柱掩护式液压支架的参数化虚拟样机模型，并 进行动力学求解，其特征是，包括以下步骤步骤一，以一种规格的两柱掩护式液压支架为基础，设定多个定 位点，这些定位点至少分布于底座、后连杆、前连杆、掩护梁、顶梁、 上立柱、下立柱、平衡千斤顶；步骤二，以定位点为基础定义参数化特征点，特征点至少包含定 位点；步骤三，以所述参数化特征点为基础，应用MSC. ADAMS中的建模 模块MSC. ADAMS/View中提供的仿真实体，建立多个仿真部件并由仿真 部件组成参数化虚拟样机模型；步骤四，设定多个约束，每个约束用来连接两个仿真部件，使被 连接的两个部件之间具有一定的相对运动关系，这些约束至少应连接 于大地、底座、后连杆、前连杆、掩护梁、顶梁、上立柱、中间立柱、 下立柱、平衡千斤顶上缸、平衡千斤顶下缸之间；步骤五，定义包括参数化特征点的位移、仿真部件间夹角的多个 变量，仿真计算后得到计算结果；步骤六，根据步骤五得到的变量计算结果，在MSC.ADAMS/View 模块下，建立自定义的考虑摩擦时和不考虑摩擦时的动力学变量，调 用ADAMS/Solver求解器进行求解输出最终计算结果。
2、 根据权利要求l所述的两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法，其特征是，通过设定所述定位点的坐标值的方式设定定位点。
3、 根据权利要求l所述的两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法，其特征是，所述定位点包括后连杆上铰接点、后连杆下铰接点、 前连杆上铰接点、前连杆下铰接点、掩护梁与顶梁铰接点、下立柱柱 窝圆心点、上立柱柱窝圆心点、平衡千斤顶上铰接点、平衡千斤顶下 铰接点、顶梁右侧上端点、底座前端点。
4、 根据权利要求3所述的两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法，其特征是，所述参数化特征点包括后连杆上铰接点、后连杆下 铰接点、前连杆上铰接点、前连杆下铰接点、掩护梁与顶梁铰接点、 下立柱柱窝圆心点、上立柱柱窝圆心点、中间立柱与上立柱铰接点、 下立柱与中间立柱铰接点、平衡千斤顶上铰接点、平衡千斤顶下铰接 点、顶梁右侧上端点、顶梁左侧上端点、底座前端点、底座右侧下端 点。
5、 根据权利要求l所述的两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法，其特征是，所述仿真部件包括底座、后连杆、前连杆、掩护梁、 顶梁、平衡千斤顶上缸、平衡千斤顶下缸、下立柱、中间立柱、上立 柱。
6、 根据权利要求l所述的两柱掩护式液压支架参数化动力求解方 法，其特征是，所述约束包括底座与大地固定、后连杆与底座旋转 铰铰接、前连杆与底座旋转铰铰接、后连杆与掩护梁旋转铰铰接、前 连杆与掩护梁旋转铰铰接、掩护梁与顶梁旋转铰铰接、掩护梁与平衡 千斤顶旋转铰铰接、顶梁与平衡千斤顶旋转铰铰接、底座与下立柱球铰铰接、顶梁与上立柱球铰铰接、中间立柱与下立柱平移铰铰接、中 间立柱与上立柱平移铰铰接、平衡千斤顶上缸与平衡千斤顶下缸间平 移铰铰接。
7、 根据权利要求l所述的两柱掩护式液压支架参数化动力求解方 法，其特征是，在MSC.ADAMS/View模块中定义参数化特征点的X向、Y 向位移及仿真部件间夹角等变量，进行模型的仿真，程序将自动计算， 得到上述的变量值；利用上述变量，再定义动力学变量，仿真后可得 到最终计算结果。
8、 根据权利要求2所述的两柱掩护式液压支架参数化动力求解方 法，其特征是，在MSC.ADAMS/View模块中自定义用户化菜单，通过调 用用户化菜单中定位点菜单，修改所述定位点的坐标值，自动更新建 立的参数化虚拟样机模型。
9、 根据权利要求l所述的两柱掩护式液压支架参数化动力求解方 法，其特征是，应用MSC.ADAMS/Postprocessor后处理模块，选择输 出计算结果。
全文摘要
本发明公开了一种两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法，利用MSC.ADAMS软件建立两柱掩护式液压支架的参数化模型，并进行动力学求解，包括设定定位点、定义参数化特征点、建立仿真部件组成参数化虚拟样机模型、设定约束、定义变量进行仿真计算、在MSC.ADAMS/View模块下，定义考虑摩擦时和不考虑摩擦时的动力学变量，调用ADAMS/Solver求解器进行求解等步骤；可以通过设定所述定位点的坐标值的方式设定定位点；还可以定义用户化菜单，通过用户化菜单调用所述定位点菜单，修改所述定位点的坐标值，以更新建立的参数化虚拟样机模型。采用本发明方法进行两柱掩护式液压支架参数化动力求解快速准确且交互性强。
文档编号G06F17/50GK101311935SQ20071009382
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者玫 唐 申请人:上海建设路桥机械设备有限公司