單體液壓支柱CAD系統(tǒng)

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1、1996年第4期煤礦機(jī)械·11·單體液壓支柱CAD系統(tǒng)(063009)唐山工程技術(shù)學(xué)院褚秀萍宋玉銀彭錫文米潔(100071)北京燕山精工建筑配件廠劉洪昌摘要介紹基于AutoCAD開發(fā)的單體液壓支柱CAD系統(tǒng)。該系統(tǒng)以重量最輕為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)單體液壓支柱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),采用參數(shù)設(shè)計(jì)方法可自動(dòng)設(shè)計(jì)零件和部件,可自動(dòng)標(biāo)注尺寸,因此可大大提高單體液壓支柱設(shè)計(jì)繪圖效率。所設(shè)計(jì)的圖紙符合國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn),可直接用于實(shí)際生產(chǎn)中。關(guān)鍵詞優(yōu)化設(shè)計(jì)CAD單體液壓支柱參數(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)標(biāo)注尺寸體5和活柱體3,故設(shè)計(jì)變量選為X。1引言TX=[D,D1,D2,l1,l2,l3]單體液壓支柱是我國(guó)中小

2、型煤礦井下采式中D——活柱內(nèi)徑煤的主要支護(hù)設(shè)備,每個(gè)采煤工作面使用單D1——活柱壁厚體液壓支柱少則幾百根,多則上千根,因此對(duì)D2——缸體壁厚單體液壓支柱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),盡量減輕重量,l1——活柱長(zhǎng)度無疑具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。單體液壓支柱產(chǎn)l2——缸體長(zhǎng)度品已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。盡管它品種繁多,但有l(wèi)3——導(dǎo)向長(zhǎng)度許多零件結(jié)構(gòu)類似,只是尺寸大小不同而已,用傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)繪圖不僅工作量大,而且大部分是重復(fù)勞動(dòng),設(shè)計(jì)繪圖效率很低。為了使設(shè)計(jì)人員從繁瑣重復(fù)的繪圖工作中解脫出來,致力于新產(chǎn)品的研制開發(fā)工作。而CAD技術(shù)正是解決這一問題的有效手段,因此開發(fā)單體液壓支柱CAD系統(tǒng)

3、具有重要意義。2單體液壓支柱優(yōu)化設(shè)計(jì)2.1目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量外注式單體液壓支柱的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示,單體液壓支柱優(yōu)化模型為單目標(biāo)約束圖1單體液壓支柱結(jié)構(gòu)圖優(yōu)化問題,以重量最輕為優(yōu)化目標(biāo)。由圖1可1.頂蓋2.三用閥3.活柱體4.手把體5.缸體知,影響單體液壓支柱重量的關(guān)鍵零件是缸6.底座件均多于單級(jí)傳動(dòng),其優(yōu)化設(shè)計(jì)所用時(shí)間較單級(jí)長(zhǎng)。作者簡(jiǎn)介張秀親,女,1964年生,畢業(yè)于太原工業(yè)大參考文獻(xiàn)學(xué),碩士,講師,機(jī)械設(shè)計(jì)教研室主任,現(xiàn)主要從事教學(xué)和科1.邵家輝主編.圓弧齒輪.機(jī)械工業(yè)出版社,1994.研工作,已有多篇論文發(fā)表。2.張濟(jì)川主編.機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)例.

4、新時(shí)代出版社,1990.(收稿日期:1996—04—02)·12·煤礦機(jī)械1996年第4期把活柱和缸體均簡(jiǎn)化為等截面的圓環(huán)筒。因此優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為minW=Q1(S1-S2)l1+Q2(S3-S4)l222式中S1-S2=P[(D+2D1)-D]/4,活柱橫截面積2S3-S4=P[(D+2D1+2D2+C)2-(D+2D1+C)]/4,缸體橫截面積C——活柱與缸體間的直徑差Q1、Q2——活柱與缸體的密度2.2約束條件和優(yōu)化方法圖2接長(zhǎng)柱筒零件圖單體液壓支柱工作時(shí)應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)尺寸、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求,故設(shè)置如下約束條件:4裝配圖的繪制(1)導(dǎo)向長(zhǎng)度約束,保證支柱工

5、作穩(wěn)定性;在設(shè)計(jì)零件圖時(shí)已做好零件在裝配圖的(2)結(jié)構(gòu)尺寸約束;(3)最小支撐高度約束;圖形結(jié)構(gòu),并自動(dòng)繪制成相應(yīng)的圖塊,這些圖(4)最大支撐高度約束;(5)活柱強(qiáng)度約束,塊供繪制裝配圖時(shí)調(diào)用。在繪制裝配圖時(shí),首保證活柱具有足夠的剛度和強(qiáng)度;(6)缸體先確定各零件在裝配圖上的相對(duì)位置關(guān)系,強(qiáng)度約束;(7)活柱穩(wěn)定性約束。并確定一個(gè)共同的基點(diǎn)。根據(jù)基點(diǎn)和各零件綜合上述,單體液壓支柱的優(yōu)化模型是相應(yīng)的位置關(guān)系自動(dòng)把零件的圖塊插入到合6維設(shè)計(jì)空間,7個(gè)約束的單目標(biāo)非線性規(guī)劃適的位置上即可得裝配圖。即由各零件圖塊問題。由于復(fù)合形法對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束條件拼裝成裝配圖,并

6、自動(dòng)標(biāo)注配合尺寸和公差,無特殊要求,所求結(jié)果精確可靠,能有效處理公差標(biāo)注符合標(biāo)準(zhǔn)。不等式約束優(yōu)化問題,因此本文采用復(fù)合形法進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果表明:減輕重量30%,5尺寸自動(dòng)標(biāo)注[2]優(yōu)化效果是明顯的。采用AutoLisp開發(fā)了一套自動(dòng)標(biāo)注尺3機(jī)械零件的參數(shù)設(shè)計(jì)方法寸系統(tǒng)[3],即編制了一套通用尺寸標(biāo)注函數(shù),象其它高級(jí)語言(如FORTRAN、C等)一樣零件圖是采用參數(shù)設(shè)計(jì)方法,把每個(gè)零通過“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)現(xiàn)參數(shù)傳遞來調(diào)用這些件經(jīng)過參數(shù)化處理,即零件結(jié)構(gòu)由一組參數(shù)子函數(shù)。這些子函數(shù)可在AutoLisp繪圖程來確定,不同的參數(shù)可獲得結(jié)構(gòu)相似的圖形。序中直接調(diào)用,從而

7、可實(shí)現(xiàn)繪圖和尺寸標(biāo)注零件圖上的每個(gè)尺寸及其上下偏差均作為參的自動(dòng)進(jìn)行。如:水平距離尺寸標(biāo)注函數(shù)定義數(shù)。設(shè)計(jì)零件圖時(shí),只要輸入零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)為(DEFUNHOR(L,G1,G2,P1,P2,P3)),調(diào)即可自動(dòng)設(shè)計(jì)零件和繪制出零件圖,并自動(dòng)用方式為(HOR(100+0.04-0.02(100標(biāo)注其尺寸和公差。若輸入另一組不同的參200)數(shù),則可獲得結(jié)構(gòu)相似的另一個(gè)零件,大大提(200200)(150240)),調(diào)用結(jié)果如圖3所示。高設(shè)計(jì)繪圖效率。另外在輸入?yún)?shù)時(shí)提供圖HOR是函數(shù)名,L是尺寸值,G1、G2分別為形提示和漢字提示,因此操作簡(jiǎn)單、方便,便上、下偏差

8、值,P1、P2分別為第一、二延伸的于設(shè)計(jì)者使用。如圖