CN111898302B - 一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法 - Google Patents
一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111898302B CN111898302B CN202010775448.6A CN202010775448A CN111898302B CN 111898302 B CN111898302 B CN 111898302B CN 202010775448 A CN202010775448 A CN 202010775448A CN 111898302 B CN111898302 B CN 111898302B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydraulic support
- gap
- rigid
- connecting rod
- model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 14
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明属于动力学可视化仿真运动领域，涉及一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法。S1根据一种型号的液压支架总装图纸，建立该型号支顶掩护式液压支架的三维模型图导入到ADAMS中；S2在ADAMS中添加除了含间隙关节相应的运动副的约束，实现运动关节连接关系；S3考虑前、后连杆与顶梁和底座之间存在间隙，完成含间隙关节的建模；S4将连杆做柔性化处理；S5设置立柱二级油缸和平衡千斤顶移动副的驱动函数；S6仿真模拟及后处理获得支架高度随水平偏移的变化结果图。本发明基于数字孪生技术，利用数字化样机，实现了支顶掩护式液压支架顶梁前端运动状态的模拟，为支顶掩护式液压支架压架实验研究提供硬件基础。
Description
技术领域
本发明属于动力学可视化仿真运动领域，涉及一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法。
背景技术
数字孪生指将现实世界中的物理模型映射为数字世界中的虚拟模型，虚拟模型和物理模型可以进行双向的数据交互以及信息融合，迭代优化，进而改善真实的物理系统性能。数字孪生技术作为新的数字化关键技术已应用到了与工业4.0相关的智能制造领域。通过将物理实体或流程转化为准实时的数字化镜像，实现对生产全流程的模拟分析。液压支架是现代化煤矿综采装备的关键装备之一。随着采煤层深度和厚度的增加，以及节能环保绿色理念的提出，对液压支架的设计和工作要求也越来越高。许多传统的设计方法使用“设计-试制-试验-改进”的基于物理样机的设计研发模式，这种设计研发模式的缺点是周期长、成本高，而计算机技术的发展为大型复杂结构件的仿真提供了有效的软硬件平台。通过建立基于数字孪生技术数字化样机代替真实的物理样机，进行数字化样机分析可以指导物理样机的设计工作，同时能够进一步为细化数字化样机提供建模参考，反映环境对性能的影响；并利用建立起来的数字化样机进行分析，来测试物理样机在使用中的性能，并对其校验，将结果反馈到设计阶段。
发明内容
本发明提供了一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法，本发明考虑液压支架部分构件柔性和部分构件间间隙，用于模拟含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合动力学仿真的过程中支架高度随水平偏移的运动轨迹。
一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法，包括以下步骤：
S1，根据一种型号的液压支架总装图纸，建立该型号支顶掩护式液压支架的三维模型图，并将其保存为.x_t格式并导入到ADAMS软件中；
S2，在ADAMS中添加除了含间隙关节相应的运动副的约束，实现运动关节连接关系；
S3，考虑前、后连杆与顶梁和底座之间存在间隙，添加“接触”，接触刚度根据式(1)和(2)设置，力指数设置为1.5，穿透深度设置为0.01，阻尼系数设置为刚度系数的百分之一；考虑运动副间的摩擦，将摩擦力类型设置为库伦摩擦，静动摩擦系数可以根据材料类型查表获得。通过以上操作将构件间的几何约束转化为力约束，完成含间隙关节的建模；
式中，Ri，σi和Ei分别表示构件i的半径、泊松比和弹性模量。
S4，在ANSYS中将前后连杆做柔性化处理，划分网格的数目大于10000，并将其导入到ADAMS，并将柔性化处理好的前后连杆替换已建好模型中前后连杆的刚性体。
S5，设置立柱二级油缸和平衡千斤顶移动副的驱动函数；
S6，仿真模拟及后处理获得支架高度随水平偏移的变化结果图。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法，本发明考虑液压支架部分构件柔性和部分构件间间隙，用于模拟含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合动力学仿真的过程中支架高度随水平偏移的运动轨迹。
附图说明
图1为基于数字孪生技术含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合可视化仿真示意图。
图2为基于数字孪生技术含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合可视化仿真机构运动简图。
图3为基于数字孪生技术含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合可视化仿真流程图。
图4为本发明实施例的仿真结果图。
图中：1为顶梁；2为底座；3为立柱；4为掩护梁；5前连杆；6后连杆；7平衡油缸。
具体实施方式
以下结合附图1-4所示，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
本发明考虑液压支架部分构件柔性和部分构件间间隙，用于模拟含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合动力学仿真的过程中支架高度随水平偏移的运动轨迹，具体提供一种基于数字孪生技术含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法。首先，根据一种型号的液压支架总装图纸，建立液压支架的三维模型总装图，并将其保存为.x_t格式并导入到ADAMS中。其次，在ADAMS中添加除了含间隙关节相应的运动副的约束，实现运动关节连接关系。由于前、后连杆与顶梁和底座之间存在间隙，并且间隙值较大，在此添加“接触”，将几何约束转化为力约束，完成含间隙关节的建模，在此基础上，考虑前、后连杆的柔性，将连杆做柔性化处理。添加立柱和平衡油缸驱动函数，最后通过仿真及后处理得到支架高度随水平偏移的变化结果图，其特征在于，包括以下步骤：
为实现基于数字孪生技术含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真，本发明包含如下步骤：
S1，根据一种型号的液压支架总装图纸，建立该型号支顶掩护式液压支架的三维模型图，如图1所示，并将其保存为.x_t格式并导入到ADAMS中；
S2，在ADAMS中添加除了含间隙关节相应的运动副的约束，实现运动关节连接关系，如下表1所示；
表1 ADAMS中零件间的约束关系
S3，考虑前、后连杆与顶梁和底座之间存在间隙，添加“接触”，将几何约束转化为力约束，完成含间隙关节的建模；
S4，考虑前、后连杆的柔性，将连杆做柔性化处理；
S5，设置立柱二级油缸和平衡千斤顶移动副的驱动函数；
S6，仿真模拟及后处理获得支架高度随水平偏移的变化结果图。
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。平衡油缸只有一个移动副，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)间隙铰建模：考虑前、后连杆与顶梁和底座之间存在间隙，添加“接触”，刚度设置为1E+06，力指数设置为1.5，阻尼设置为10，穿透深度设置为0.01,；考虑运动副间的摩擦，将摩擦力类型设置为库伦摩擦，静摩擦系数设置为0.3，动摩擦系数设置为0.1。通过以上操作将构件间的几何约束转化为力约束，完成含间隙关节的建模；
(3)前、后连杆柔性化：在ANSYS中将前后连杆做柔性化处理，并将其导入到ADAMS，并将柔性化处理好的前后连杆替换已建好模型中前后连杆的刚性体。
2.仿真控制变量
(1)基于数字孪生技术支顶掩护式液压支架顶梁的初始位置
(2)基于数字孪生技术支顶掩护式液压支架立柱的驱动函数
(3)基于数字孪生技术支顶掩护式液压支架平衡油缸的驱动函数
3.支架抬升仿真
(1)初始条件设置
1)输入：立柱主动，平衡油缸主动，顶梁从动。因立柱为二级液压油缸，所以需要添加两级液压驱动；立柱一级液压油缸的驱动函数为STEP(time,0,0,1,800)，即0到1s从0mm运动到800mm；立柱二级液压油缸的驱动函数为STEP(time,0,0,1,450)，即0到1s从0mm运动到450mm；平衡油缸的驱动函数为STEP(time,0,0,1,170)，即0到1s从0mm运动到170mm。运动副间的摩擦类型为库伦摩擦，动摩擦系数为0.3，静摩擦系数为0.5。
2)输出：基于数字孪生技术含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合顶梁高度随着水平偏移的变化曲线。
(2)仿真结果
仿真曲线如图4所示
结果分析：顶梁质心运动轨迹呈明显的双扭线形状变化，且呈双向摆动，但在支架升降的绝大部分范围内，支架相对于顶板有向前运动的趋势，也就是支架项煤壁运动，顶板对支架的摩擦力指向采空区这就使顶梁前端的顶板始终处于很好的挤压状态。
Claims (2)
1.一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据一种型号的液压支架总装图纸，建立该型号支顶掩护式液压支架的三维模型图，并将其保存为.x_t格式并导入到ADAMS中；
S2，在ADAMS中添加除了含间隙关节相应的运动副的约束，实现运动关节连接关系；
S3，考虑前、后连杆与顶梁和底座之间存在间隙，接触刚度根据式(1)和(2)设置，力指数设置为1.5，穿透深度设置为0.01，阻尼系数设置为刚度系数的百分之一；考虑运动副间的摩擦，将摩擦力类型设置为库伦摩擦，静动摩擦系数可以根据材料类型查表获得；通过以上操作将构件间的几何约束转化为力约束，完成含间隙关节的建模；
式中，Ri，σi和Ei分别表示构件i的半径、泊松比和弹性模量；
S4，在ANSYS中将前后连杆做柔性化处理，划分网格的数目大于10000，并将其导入到ADAMS，并将柔性化处理好的前后连杆替换已建好模型中前后连杆的刚性体；
S5，设置立柱二级油缸和平衡千斤顶移动副的驱动函数；
S6，仿真模拟及后处理获得支架高度随水平偏移的变化结果图。
2.如权利要求1所述的一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法，其特征在于，步骤S5中，对立柱设定，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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010775448.6A CN111898302B (zh) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | 一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010775448.6A CN111898302B (zh) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | 一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111898302A CN111898302A (zh) | 2020-11-06 |
| CN111898302B true CN111898302B (zh) | 2023-09-12 |
Family
ID=73245562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010775448.6A Active CN111898302B (zh) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | 一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111898302B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112733339B (zh) * | 2020-12-29 | 2023-06-06 | 珠海格力智能装备有限公司 | 顶针机构的仿真分析方法和顶针机构 |
| CN113420465B (zh) * | 2021-07-30 | 2023-05-05 | 太原理工大学 | 一种基于数字孪生模型的液压支架全寿命周期管理方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101311935A (zh) * | 2007-05-25 | 2008-11-26 | 上海建设路桥机械设备有限公司 | 两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法 |
| CN101690929A (zh) * | 2009-09-29 | 2010-04-07 | 东北大学 | 一种四机驱动自同步振动筛及结构参数确定方法 |
| DE102008058906A1 (de) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt | Türmodul mit einem Aggregateträger |
| WO2011066825A1 (de) * | 2009-12-02 | 2011-06-09 | Technische Universität Dresden | Verfahren zum erzeugen von präzisionsbewegungen von objekten mit hohen beschleunigungen sowie einrichtung hierzu |
| CN108507807A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-09-07 | 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所 | 轨迹的检测方法、装置和系统 |
| CN110990949A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-10 | 上海航天控制技术研究所 | 一种计及铰链间隙的柔性航天器动力学建模方法 |
-
2020
- 2020-08-05 CN CN202010775448.6A patent/CN111898302B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101311935A (zh) * | 2007-05-25 | 2008-11-26 | 上海建设路桥机械设备有限公司 | 两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法 |
| DE102008058906A1 (de) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt | Türmodul mit einem Aggregateträger |
| CN101690929A (zh) * | 2009-09-29 | 2010-04-07 | 东北大学 | 一种四机驱动自同步振动筛及结构参数确定方法 |
| WO2011066825A1 (de) * | 2009-12-02 | 2011-06-09 | Technische Universität Dresden | Verfahren zum erzeugen von präzisionsbewegungen von objekten mit hohen beschleunigungen sowie einrichtung hierzu |
| CN108507807A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-09-07 | 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所 | 轨迹的检测方法、装置和系统 |
| CN110990949A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-10 | 上海航天控制技术研究所 | 一种计及铰链间隙的柔性航天器动力学建模方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Movement simulation and analysis of hydraulic support based on virtual prototyping technology;Liu Yubo 等;《Science & Technology Review》;第第32卷卷(第第21期期);第43-46页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111898302A (zh) | 2020-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111898302B (zh) | 一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法 | |
| CN110045608A (zh) | 基于数字孪生的机械设备零部件结构参数动态优化方法 | |
| CN105354399B (zh) | 一种基于故障机理的液压伺服机构多学科可靠性建模方法 | |
| CN111723448B (zh) | 数字孪生智能综采工作面液压支架直线度监测方法 | |
| CN102472683B (zh) | 汽车部件的碰撞性能评价方法以及其所使用的部件碰撞试验机 | |
| CN102880732A (zh) | 一种轨道交通车辆门系统动力学联合仿真分析方法 | |
| CN108986220B (zh) | 一种加速有限元求解物体网格模型弹性变形的方法 | |
| CN110264816A (zh) | 基于3d虚拟技术的智能制造工厂仿真教学系统及方法 | |
| CN204463520U (zh) | 工程机械仿真模拟训练系统 | |
| CN114611313A (zh) | 一种基于模型融合的复杂产品数字孪生构建与应用方法 | |
| CN111797459A (zh) | 一种有砟轨道-桥梁动力学耦合模型的构建方法 | |
| CN111310333A (zh) | 一种建筑装饰模拟施工方法 | |
| CN112945160A (zh) | 一种虚实融合的液压支架间相对位姿试验平台及试验方法 | |
| CN107609316B (zh) | 一种轨道交通车辆塞拉门的虚拟样机建立方法 | |
| CN101311935A (zh) | 两柱掩护式液压支架参数化动力求解方法 | |
| CN114254238A (zh) | 一种基于数字孪生的三维Web建模平台 | |
| CN202049490U (zh) | 煤矿采掘设备虚拟现实系统 | |
| CN115455754A (zh) | 一种基于数字孪生的矿山液压支架设计方法 | |
| CN106874629B (zh) | 一种摊铺机自动找平系统仿真建模方法 | |
| CN113051756B (zh) | 一种虚实融合的采煤机记忆截割试验系统和方法 | |
| CN112049837B (zh) | 基于参数化建模技术的液压装置数字化样机设计方法 | |
| CN112052563A (zh) | 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 | |
| CN109948222A (zh) | 一种将建筑工程项目隐蔽信息显性化的方法 | |
| Zafar et al. | Modeling dynamic operation of mechanisms in Autodesk Inventor Professional 11 | |
| CN112395677A (zh) | 一种土建bim工程量模型的构建方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |