基于虚拟样机技术的液压支架压架试验铰点载荷确定方法
技术领域
本发明属于液压支架压架试验铰点载荷确定领域，具体涉及基于虚拟样机技术的液压支架压架试验铰点载荷确定方法。
背景技术
液压支架在煤矿等矿山的开采中扮演重要的作用，作为一种矿井开采支撑机械，其主要作用是对岩土层起到支撑作用，保证开采中矿井的安全，为开采过程中提供工人操作空间，保证采掘机和刮板运输机的安全运行，阻挡岩土脱落等作用，故而其安全性需要非常重视。
由于其顶梁承受岩土层的压力载荷，升架降架直到稳定过程中铰点处载荷变化较大，且在矿井中难免出现事故突发情况。因此，在液压支架的设计过程中，必须要保证液压支架能够承受一定的载荷，即保证液压支架不被压坏从而避免出现重大事故。
随着机械产品设计技术的不断发展，以往那种“图纸设计——生产物理样机——试验测试——优化设计”的产品设计过程大大加大产品设计周期，投入过多人力物力，因此虚拟样机技术得到空前发展，特别是针对大型工程机械，利用多体动力学分析软件ADAMS建立虚拟样机不但能获取各部件运动学动力学参数，还能提取在运动过程中关心部件的载荷变化曲线，强大的虚拟样机技术反馈指导工程师产品设计，大大缩短产品设计周期。
根据调研，在以往的研究中，通常利用有限元软件对其进行静态分析，得到某一状态下的支架应力云图以及关键位置应变数据，但针对获取液压支架整个运动过程中关键铰接点承受载荷力随时间变化的关系，目前尚未有深入研究。
发明内容
本发明用于确定液压支架压架运动过程中铰接点所受载荷力变化关系，具体提供一种基于虚拟样机技术的顶梁两端加载升降支架运动过程中底座铰点载荷变化的确定方法。在结构方面，建立一种液压支架的简化三维模型，根据顶梁加载需要，建立加载垫块模型，装配形成本次压架仿真的液压支架整体三维模型。在载荷确定方面，在ADAMS中添加相应的球铰副、转动副、移动副等运动副，实现运动关节连接关系，添加立柱和平衡千斤顶驱动函数，并设置压架垫块加载参数设定，建立压架试验虚拟样机，最后通过仿真及后处理得到顶梁两端加载升降支架运动过程中底座铰点载荷变化结果图。
本发明的技术方案如下：
基于虚拟样机技术的液压支架压架试验铰点载荷确定方法，包括以下步骤：
S1，通过液压支架总装图纸，提取各铰接点间位置关系及准确坐标间距尺寸，建立该型号支顶掩护式液压支架的简化三维模型图。
S2，确定加载垫块型号及放置位置，覆盖液压支架B的顶梁全宽，将垫块装配在该液压支架简化三维模型中，组成压架试验模型。
S3，在ADAMS软件中设置压架试验模型各铰点连接关系，添加相应运动副，用于对动作仿真添加运动关系。
S4，设置压架试验模型中立柱二级油缸和平衡千斤顶移动副的驱动函数和压架加载参数；添加驱动及垫块加载参数，用于实现液压支架升降动作和加载力及压块渗透深度等参数的设定。
S5，进行仿真并提取铰接点所受载荷力变化结果图，用于底座铰点载荷确定，并为设计提供参考依据。
本发明的有益效果：
本发明基于虚拟样机技术，建立升降支架的虚拟样机模型，并提出运动过程中底座铰点载荷变化的确定方法，为液压支架设计工程师提供反馈，指导工程师产品设计，大大缩短产品设计周期，避免投入过多人力物力。
附图说明
图1为本发明的支顶掩护式液压支架简化三维模型示意图。
图2为本发明的顶梁两端加载垫块布置示意图。
图3为本发明的含加载垫块的压架模型组成示意图。
图4为本发明的顶梁两端加载升降支架运动过程中底座铰点载荷变化的仿真流程图。
图5为本发明实施例的结果图。
图6为本发明实施例后段细节的结果图。
图中，1顶梁；2立柱；3平衡千斤顶；4掩护梁；5后连杆；6前连杆；7底座。
具体实施方式
以下结合附图1～6所示，对本发明做进一步阐述。
基于虚拟样机技术的液压支架压架试验铰点载荷确定方法，包括以下步骤：
S1，通过一种型号的液压支架总装图纸，提取各铰接点间位置关系及准确坐标间距尺寸，建立该型号支顶掩护式液压支架的简化三维模型图，如图1所示。包括顶梁1、立柱2、平衡千斤顶3、掩护梁4、后连杆5、前连杆6、底座7组成。顶梁1与掩护梁2铰接，顶梁1与立柱2一端铰接，顶梁1与平衡千斤顶3一端铰接，掩护梁4与平衡千斤顶3另一端铰接，掩护梁4与后连杆5一端铰接，掩护梁4与前连杆6一端铰接，底座7与掩护梁4铰接，底座7与立柱2另一端铰接，底座7与后连杆5另一端铰接，底座7与前连杆6另一端铰接。
S2，确立加载垫块型号及放置位置，如图2所示，垫块距离两端d＝50mm，垫块宽度a＝150mm，长度覆盖顶梁全宽。将压架垫块装配在该液压支架简化三维模型中，组成压架仿真的完整模型，如图3所示。包括加载垫块A和液压支架B。
S3，设置压架模型各铰点连接关系，添加相应运动副，用于对动作仿真添加运动关系。类型铰接类型如表1：
表1
S4，设置立柱二级油缸和平衡千斤顶移动副的驱动函数和压架加载参数；
S5，仿真模拟及后处理提取铰接点所受载荷力变化结果图。
附：ADAMS仿真结果
1、仿真思路
(1)移动：设定仿真驱动，立柱二级液压油缸含有两个移动副，每一级的移动副添加1个驱动，这样该型号液压支架对称放置的两个立柱二级液压油缸总共含有4个驱动，其中4个驱动两两对称。平衡千斤顶只有一个移动副，设置1个驱动。总共设置5个油缸移动副驱动，满足该型号液压支架2自由度要求，通过调试驱动函数，可以实现顶梁平行于地面的升降支架仿真动作。
(2)加载：为了防止支架结构件与垫块由于相互挤压而“渗入”彼此，设置Penetration Depth参数为0.01mm，垂直顶梁表面加载。
2、仿真控制变量
(1)压架模型初始位置
(2)液压油缸驱动函数(位移)
3、压架仿真
(1)初始条件设置
1)输入：立柱一级油缸驱动函数为-STEP(time,0,0,1,370)+STEP(time,1,0,2,400)，立柱二级油缸驱动函数为STEP(time,0,0,1,370)-STEP(time,1,0,2,450)，平衡千斤顶驱动函数为STEP(time,0,0,1,55)-STEP(time,1,0,2,80)，加载垫块施加100N压架力。
2)输出：底座铰接点受载荷力随时间变化的结果图。
(2)仿真结果
仿真曲线如图5、图6所示。
结果分析：前2s为支架受载运动调整至要求的高度铰链处合力随时间的变化曲线，从图中可以看出曲线呈动态变化，前1s为先增长后缓慢下降，此时支架为向下运动的，此时受力情况与液压支架的运动状态一致，1～2s时与前一秒正好相反。2～3s为液压支架的压架保持状态，从图中可以看出，铰链处的合力先急剧增加，在经过一段时间的抖动，最后趋于稳定。
