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摘要：液压支架是最常用的矿山机械之一，本文介绍了使用软件SolidWorks对液压支架进行建模的方法。通过分析液压支架的结构特点，给出了建立液压支架模型的具体方法以及技术要点，并详细介绍了模型简化的具体依据。
关键词：液压支架；SolidWorks；技术要点；简化
1液压支架零件的三维建模
1.1 板结构的建模技巧
整个液压支架中结构最复杂的部分是顶梁，掩护梁和底座，这些部件主要是由板件焊接而成。对于加强板这种简单板，它们的特点是结构相似，尺寸不同。对于这种板的处理方法如下：首先，依据尺寸绘制草图，使用“拉伸”特征得到相应板结构后保存。然后，在左侧设计树中双击欲修改特征，在弹出的尺寸上双击修改，单击“重建模型”按钮，便可得到不同尺寸的板结构。而对于底座主筋板，顶梁侧板这些定位尺寸不规则，形状复杂的板，可以直接将其二维CAD图形导入至Solidworks草图中，进而建立三维模型。方法如下：在solidworks主界面中选择“打开”，在下拉列表中选择“DWG（*.dwg）”，打开所需文件。过程中只需按照所提示步骤即可完成，但要注意一点，在弹出的“工程图图层映射”对话框中会显示CAD图形的图层信息，仅保留CAD绘图轮廓线所在的0层。由2D-3D的转换过程中的注意事项：首先，转换过程所需的是CAD中绘图轮廓线，其余线条皆为冗余，所以在转换之前可以将二维图形绘制在一个独立图层中，如“0层”。其次，导入前应确定图形单位的统一，并且在二维图形中，要保证图形比例为1：1，遵循上述规则转换后将会严格按照CAD图形生成草图。
1.2工具栏的定制
Solidworks2008中的命令管理器，即CommandManager可以对工具栏上的命令按钮进行动态更新，虽然在默认情况下把不同命令按钮分类存放，但是在建模过程中由草图绘制跨越到特征的建设，需要反复点击，降低了设计效率。所以可以根据绘图情况定制适合自己的工具栏，将“草绘”和“特征”中常用的按钮放同一个工具栏中，从而提高作图速度。在建模过程中主要用到的特征命令有“拉伸凸台/基体”，“旋转凸台/基体”，“倒角”，“圆角”，“镜像”，“异型孔向导”等。
2液压支架模型建立的技术要点
对液压支架的三维建模过程中应注意以下技术要点：
（1）为了便于加工，液压支架零件草图图元的角度尺寸被某些图元的长度尺寸替代，由于标注尺寸会进行取整处理，与实际尺寸存在一定误差，导致使用SolidWorks进行模型装配时多处出现干涉，影响装配体质量。本文在进行装配时，首先按照企业提供的工程图建立了具有完整约束的零件草图，然后使用角度标注取代某一不恰当的长度标注，并在草图中将该长度尺寸作为被驱动尺寸，既保证了模型装配的顺利进行，又保证了加工信息的完整性。
（2） 零件草图绘制过程中应尽可能用草图图元的几何关系来替代尺寸关系，例如为了使草图两元素具有对称性既可以通过二者的尺寸关系实现，也可以通过几何关系来实现。用几何关系这种非尺寸信息来取代尺寸关系，可以简化零件尺寸信息，进而减少零部件模型内关联关系的数量。
（3）在以往对液压支架的建模过程中，为保证软件能识别液压缸缸体和活塞间的配合关系，会将它们放到液压支架总装配体中进行装配。本文在液压支架装配过程中直接将装配完成的立柱部件直接调入总装配体中，在其属性中将立柱部件求解为柔性，实现了在总装配体中立柱内部零件配合关系的识别。
液压支架零部件数目庞大，零部件建模以及后期的装配工作量很大，但是随着产品实例库中液压支架零部件实例的增多，零件模型的建立可以直接通过零件级变型设计模块，以实例库中具有相似结构的零件模型为模板进行变型得到。
3液压支架模型的简化
遵循对称性原则建立的液压支架精确模型主要为前面介绍的零件级变型设计提供模板，为了实现液压支架产品级的变型设计还需对液压支架模型进行适当简化。液压支架整架模型的零件数目在1000以上，顶梁，掩护梁，底座等部件往往还有诸如吊环、管夹等一些数目多，尺寸小的零件，不仅对液压支架变型特性没有影响，而且这种小零件的装配会严重增加设计人员的工作量。在保证液压支架模型变型特性不变的前提下，为了提高变型设计系统的运行效率应该对液压支架模型进行简化。液压支架结构简化可以按照如下原则：
（1）简化后的液压支架结构应该具有足够的代表性，能够充分表达其几何特性；
（2）简化模型必须包含所有变型零部件，立柱及各千斤顶等不作为变型的范围，可以忽略；
（3）无变型的零部件在不影响液压支架结构完整性的情况下也可以省略。
在简化过程中对各部件中与变型相关的子装配体进行了调整，将其零件调入部件模型中进行重新配合，从而简化了部件的装配结构层次。其次，忽略了各部件的非变型零件，并简化了变型零件的建模特征。简化后的液压支架模型既保证了其三维模型的完整性，又为变型参数关联关系的建立提供了便利。
参考文献
[1]程春雷.浅谈液压支架应用现状与发展趋势[J].黑龙江科技信息，2012，22（7）：4-6.
[2]袁以明.变型设计与系统实现关键技术研究及其在电动工具中的应用[D].杭州：杭州电子科技大学，2011年.
[3]鲁翅.大采高综采液压支架发展现状研究[J].科技资讯，2009，15（6）：8-10.
[4]孙长春.液压支架的现状与发展思路[J].科技情报开发与经济，2009，06（6）：20-23.
[5]张银亮，赵军.高液压支架的研究现状与发展趋势[J].煤矿开采，2008.06（10）：17-18.
个人简介：曹龙飞（1988.02-），男，助理工程师，现在安徽淮北矿业集团许疃矿安监处机运科从事机电运输安全管理工作。
关键词：液压支架；SolidWorks；技术要点；简化
1液压支架零件的三维建模
1.1 板结构的建模技巧
整个液压支架中结构最复杂的部分是顶梁，掩护梁和底座，这些部件主要是由板件焊接而成。对于加强板这种简单板，它们的特点是结构相似，尺寸不同。对于这种板的处理方法如下：首先，依据尺寸绘制草图，使用“拉伸”特征得到相应板结构后保存。然后，在左侧设计树中双击欲修改特征，在弹出的尺寸上双击修改，单击“重建模型”按钮，便可得到不同尺寸的板结构。而对于底座主筋板，顶梁侧板这些定位尺寸不规则，形状复杂的板，可以直接将其二维CAD图形导入至Solidworks草图中，进而建立三维模型。方法如下：在solidworks主界面中选择“打开”，在下拉列表中选择“DWG（*.dwg）”，打开所需文件。过程中只需按照所提示步骤即可完成，但要注意一点，在弹出的“工程图图层映射”对话框中会显示CAD图形的图层信息，仅保留CAD绘图轮廓线所在的0层。由2D-3D的转换过程中的注意事项：首先，转换过程所需的是CAD中绘图轮廓线，其余线条皆为冗余，所以在转换之前可以将二维图形绘制在一个独立图层中，如“0层”。其次，导入前应确定图形单位的统一，并且在二维图形中，要保证图形比例为1：1，遵循上述规则转换后将会严格按照CAD图形生成草图。
1.2工具栏的定制
Solidworks2008中的命令管理器，即CommandManager可以对工具栏上的命令按钮进行动态更新，虽然在默认情况下把不同命令按钮分类存放，但是在建模过程中由草图绘制跨越到特征的建设，需要反复点击，降低了设计效率。所以可以根据绘图情况定制适合自己的工具栏，将“草绘”和“特征”中常用的按钮放同一个工具栏中，从而提高作图速度。在建模过程中主要用到的特征命令有“拉伸凸台/基体”，“旋转凸台/基体”，“倒角”，“圆角”，“镜像”，“异型孔向导”等。
2液压支架模型建立的技术要点
对液压支架的三维建模过程中应注意以下技术要点：
（1）为了便于加工，液压支架零件草图图元的角度尺寸被某些图元的长度尺寸替代，由于标注尺寸会进行取整处理，与实际尺寸存在一定误差，导致使用SolidWorks进行模型装配时多处出现干涉，影响装配体质量。本文在进行装配时，首先按照企业提供的工程图建立了具有完整约束的零件草图，然后使用角度标注取代某一不恰当的长度标注，并在草图中将该长度尺寸作为被驱动尺寸，既保证了模型装配的顺利进行，又保证了加工信息的完整性。
（2） 零件草图绘制过程中应尽可能用草图图元的几何关系来替代尺寸关系，例如为了使草图两元素具有对称性既可以通过二者的尺寸关系实现，也可以通过几何关系来实现。用几何关系这种非尺寸信息来取代尺寸关系，可以简化零件尺寸信息，进而减少零部件模型内关联关系的数量。
（3）在以往对液压支架的建模过程中，为保证软件能识别液压缸缸体和活塞间的配合关系，会将它们放到液压支架总装配体中进行装配。本文在液压支架装配过程中直接将装配完成的立柱部件直接调入总装配体中，在其属性中将立柱部件求解为柔性，实现了在总装配体中立柱内部零件配合关系的识别。
液压支架零部件数目庞大，零部件建模以及后期的装配工作量很大，但是随着产品实例库中液压支架零部件实例的增多，零件模型的建立可以直接通过零件级变型设计模块，以实例库中具有相似结构的零件模型为模板进行变型得到。
3液压支架模型的简化
遵循对称性原则建立的液压支架精确模型主要为前面介绍的零件级变型设计提供模板，为了实现液压支架产品级的变型设计还需对液压支架模型进行适当简化。液压支架整架模型的零件数目在1000以上，顶梁，掩护梁，底座等部件往往还有诸如吊环、管夹等一些数目多，尺寸小的零件，不仅对液压支架变型特性没有影响，而且这种小零件的装配会严重增加设计人员的工作量。在保证液压支架模型变型特性不变的前提下，为了提高变型设计系统的运行效率应该对液压支架模型进行简化。液压支架结构简化可以按照如下原则：
（1）简化后的液压支架结构应该具有足够的代表性，能够充分表达其几何特性；
（2）简化模型必须包含所有变型零部件，立柱及各千斤顶等不作为变型的范围，可以忽略；
（3）无变型的零部件在不影响液压支架结构完整性的情况下也可以省略。
在简化过程中对各部件中与变型相关的子装配体进行了调整，将其零件调入部件模型中进行重新配合，从而简化了部件的装配结构层次。其次，忽略了各部件的非变型零件，并简化了变型零件的建模特征。简化后的液压支架模型既保证了其三维模型的完整性，又为变型参数关联关系的建立提供了便利。
参考文献
[1]程春雷.浅谈液压支架应用现状与发展趋势[J].黑龙江科技信息，2012，22（7）：4-6.
[2]袁以明.变型设计与系统实现关键技术研究及其在电动工具中的应用[D].杭州：杭州电子科技大学，2011年.
[3]鲁翅.大采高综采液压支架发展现状研究[J].科技资讯，2009，15（6）：8-10.
[4]孙长春.液压支架的现状与发展思路[J].科技情报开发与经济，2009，06（6）：20-23.
[5]张银亮，赵军.高液压支架的研究现状与发展趋势[J].煤矿开采，2008.06（10）：17-18.
个人简介：曹龙飞（1988.02-），男，助理工程师，现在安徽淮北矿业集团许疃矿安监处机运科从事机电运输安全管理工作。