0、 引言
隨著科技的發展，單一使用二維CAD技術進行液壓支架設計已不能滿足現代設計的需求。在科研人員到各煤礦和生產廠家進行方案匯報、項目招標的過程中，利用 Solid Edge軟件建立的支架三維實體模型和運動仿真分析，將支架的每一個部件結構，每一層裝配關系，各種運動軌跡都清晰、直觀的顯示出來，從視覺上帶給客戶更感性的認識，收到了很好的效果。

1、 支架三維實體建模軟件的選用
現階段比較有代表性、應用廣泛的三維CAD軟件有：美國PTC公司的Pro/E、DRC公司的I-DEAS、SolidWorks公司的 SolidWorks、EDS公司的Solid Edge、北航海爾的CAXA。其中Solid Edge是Windows平臺下基于特征的參數化造型技術和變量化造型技術的三維實體造型系統，具有杰出的機械裝配設計和制圖性能，能夠方便地與 Windows平臺下其它應用軟件進行數據轉換和鏈接操作。Solid Edge強大的建模功能可以完成任何復雜的造型設計和裝配設計，其工程圖模塊可以將零件環境、裝配環境中生成的各類零件、裝配件等實體進行投影，生成符合制圖標準的二維工程圖，極大地方便了液壓支架零部件的設計，因此確定采用Solid Edge軟件來進行液壓支架三維實體的建模。

2、 支架部件三維實體模型的建立
液壓支架三維實體模型的建立應采用自上而下的方法，即先在Solid Edge軟件的零件環境中通過特征造型來生成支架的所有部件模型，然后在裝配環境中按裝配關系逐個進行支架部件的裝配。這種建模方法的優點是：支架各部件模型的設計是獨立的，其重建、修改方法很簡單，與其它部件不存在相互關聯。

特征是幾何體的參數化表示。創建支架部件三維實體模型，首先需要創建部件的特征。在Solid Edge軟件的零件模塊中，特征命令非常多，通過特征操作簡單靈活，同時便于修改，可以生成任何復雜的零件。第一個創建的特征稱為基礎特征，只能用拉伸命令來創建。支架部件其它特征是在基礎特征上添加所需特征而形成的，如果刪除基礎特征，其它特征會同時被刪除。

ZZS5300／14／28型液壓支架(以下簡稱支架)的底座、掩護梁體、前連桿、左后連桿、右后連桿、頂梁體、前梁、活動側護板、雙伸縮立柱、短柱等部件的三維實體模型，均在Solid Edge軟件的零件環境中分別作為獨立的部件被創建。根據對ZZS5300／14／28型液壓支架部件模型的設計心得，將支架部件建模的方法和技巧歸納如下：

1) 根據Solid Edge軟件的特點及要求，對支架各部件形體進行正確分析。例如在建模造型前，對底座進行形體分析，將復雜的底座分解為若干個簡單的筋板和彎板，確定筋板的形狀和它們之間的相對位置,確定哪些是主要形體，哪些是次要形體。
2) 確定并創建支架各部件的基礎特征?；A特征是第一個創建的特征，用拉伸命令創建。基礎特征一般部件比較大，且是最主要的特征。ZZS5300／14／28 型支架底座的基礎特征為左內主筋，掩護梁體的基礎特征為左邊主筋，頂梁體的基礎特征為左邊主筋，前梁的基礎特征為右主筋，均通過拉伸命令來創建。基礎特征的創建基本決定了其它特征的創建順序。正確選定和創建支架的基礎特征對支架所有部件的建模起決定性作用，將直接影響設計效率以及后續對部件的修改，如果創建不當可能使支架部件的建模事倍功半。
3) 創建支架部件其它主要特征。先創建增料特征，除料特征是在大部分增料特征創建完成后集中創建。同軸回轉體盡量使用旋轉拉伸命令創建。如果包含有抽殼特征，注意抽殼命令應該在需抽殼的形體創建好后及時執行。
4) 創建支架部件的次要特征。支架部件上的小孔、螺紋孔、倒圓、倒角、肋板等為次要特征，應該在主要形體生成后創建，并盡量利用陣列、鏡像、特征復制等命令。
5) 盡量利用零件環境中的三個主參考面為基準面、對稱面，以方便操作。
6) 對稱的零件建模，只需創建一半，再利用鏡像命令生成另一半零件模型。

圖1、圖2、圖3、圖4是利用Solid Edge設計的ZZS5300／14／28型液壓支架底座、掩護梁、頂梁、前梁的三維實體模型，它們不僅直觀地放映設計者的意圖，而且提高了設計效率和設計質量。

圖1 支架底座

圖2 支架掩護梁

圖3 支架頂梁

圖4 支架前梁

綜上所述，支架各部件三維實體模型創建過程可歸納為圖5所示的流程：

圖5 支架部件的建模流程

3、 支架三維實體模型的裝配
創建完支架所有部件模型后，開始對支架進行裝配。在裝配環境中調入底座作為支架模型的基準部件，系統自動對它施加固定關系，通過面匹配、面對齊、軸對齊，聯接、角度等裝配關系，將后續調入的支架前連桿、左后連桿、右后連桿、掩護梁等部件與底座依次進行裝配。裝配時，支架前連桿耳板與底座耳板之間面匹配(偏移量為5mm)和軸對齊；左、右后連桿與底座面匹配(偏移量為5mm)和軸對齊；左后連桿和右后連桿之間軸對齊；掩護梁體和右后連桿軸對齊、面匹配(偏移量為5mm)；頂梁體和掩護梁體之間軸對齊、面匹配(偏移量為5mm)。圖6為ZZS5300／14／28型液壓支架三維實體模型的裝配分解圖即支架爆炸視圖。

為了使頂梁的活動側護板在運動仿真中可相對頂梁體運動，必須把頂梁體和頂梁活動側護板分別調入支架的裝配環境中，通過兩個軸對齊、一個面匹配進行裝配，而不能先在裝配環境中把它們裝配成頂梁組件，否則頂梁體和活動側護板將被作為一個整體部件來處理，不利于后續對該支架模型進行完整的運動仿真。掩護梁體與掩護梁側護板的裝配方法與頂梁類似。

下面裝配在支架實體模型運動仿真中要設定速度的雙伸縮立柱和短柱。雙伸縮立柱外缸體和底座柱窩之間通過連接關系進行裝配，外缸體和中缸體之間軸對齊，中缸體與活柱體軸對齊，活柱體和支架頂梁柱帽之間用點對點連接關系進行裝配，這樣支架頂梁與底座之間的雙伸縮立柱就裝配好了。前梁和頂梁之間的短柱，其缸體和頂梁耳板軸對齊、面匹配；活柱和前梁短柱帽軸對齊；活柱和缸體軸對齊。至此就完成了ZZS5300／14／28型液壓支架三維實體模型的裝配，其裝配結果如圖7所示。

在缺省情況下，系統對裝配的所有零件統一分配相同顏色和材質,但實際上支架不同的零件使用不同的材質，故可利用Solid Edge系統給支架的每個零件分配不同的顏色和材質。

根據以上過程可將支架三維實體模型裝配的基本流程歸納如下：

1）在Solid Edge軟件的裝配環境下，從資源查找器的部件庫中調入支架底座到工作區中，作為要裝配的支架實體模型的基礎部件，系統對底座自動添加一個固定裝配關系。
2）根據裝配關系，逐個調入支架實體模型的其它部件，并根據調入的部件與當前支架裝配件上其它部件之間的裝配關系，選擇相應的裝配命令進行裝配。
3）完成支架所有部件的裝配后，進行干涉檢查，確認無誤后，保存文件。

為了保證支架設計質量，在制造樣機之前對設計的支架進行虛擬樣機干涉檢查，使支架設計的出錯率降到最低。干涉檢查是檢查支架裝配件中的任意兩個部件在空間上是否有重疊，檢查出干涉后，分析產生干涉的原因，并對支架相關干涉的部件進行必要的編輯和修改，然后再次對支架進行干涉檢查。在支架裝配過程中，可以根據需要在裝配環境中隨時進行新零件的設計，新設計的支架零件在形狀和尺寸上可以與已有的零件或部件保持相關和協調，可以對已裝配的支架部件進行修改和編輯，也可以在單獨的零件環境中對零件進行修改，修改后裝配件中的對應零件會自動更新。

4、 支架三維實體模型運動仿真
機構運動仿真，能夠根據裝配模型自動或人為的指定靜止和運動件，并根據裝配關系定義各關節的運動特性。支架機構運動仿真則是通過在已有支架裝配模型上定義支架部件間的運動自由度和參數來實現的，并采用導向方式創建。在仿真環境中不考慮支架部件重力的前提下，設定ZZS5300／14／28型液壓支架底座為靜止部件，頂梁體、掩護梁體、活動側護板、左后連桿、右后連桿，前梁、前連桿、雙伸縮立柱、短柱均設定為活動部件。

在仿真運動設計中，設定ZZS5300／14／28型液壓支架三維實體模型運動仿真模擬延時時間t=20s，總幀數50，開始幀為1，結束幀為50，幀間隔為2。根據支架雙伸縮立柱的缸體直徑、行程、供液流量，可計算出立柱中缸體在運動仿真中的延時時間占總設定時間的2/3，即13s，活柱的延時時間為 7s。在Solid Edge運動仿真設置選項中，雙伸縮立柱、前梁短柱、側護千斤頂均按步長方式來進行設定。雙伸縮立柱中缸體具體運動仿真參數的設置如圖8所示。立柱中的活柱體、前梁短柱、側護千斤頂的運動仿真參數的設置與立柱中缸體的設置類似。

至此，就在Solid Edge環境中完成了ZZS5300／14／28型液壓支架的運動仿真設計。支架三維實體模型運動仿真結果可以用來生成移動組件的動畫，清晰直觀地顯示出支架關鍵點的運動軌跡，也可用來檢查支架部件在整個仿真運動過程中的干涉情況。

利用Solid Edge軟件建立的液壓支架三維實體模型，可以調入與其兼容性比較好的UG運動分析環境中作更進一步的運動和強度分析,提高支架設計的可靠性。

5、 結語
Solid Edge三維機械設計CAD軟件的使用，大幅度縮短了綜采液壓支架的設計周期，提高了支架的設計效率和設計質量，使支架的設計更趨完美。同時，也有利于發揮設計人員的技術創新能力，為設計人員更新設計觀念和推廣先進的工程設計手段做了有效的嘗試。