《基于虚拟样机的迈步自移式机尾系统控制模拟方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于虚拟样机的迈步自移式机尾系统控制模拟方法.pdf（14页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104267611A43申请公布日20150107CN104267611A21申请号201410451890822申请日20140905G05B17/0220060171申请人安徽理工大学地址232001安徽省淮南市舜耕中路168号72发明人郭永存胡坤李德永王爽张健王鹏彧程刚54发明名称基于虚拟样机的迈步自移式机尾系统控制模拟方法57摘要本发明公开了一种基于虚拟样机的迈步自移式机尾系统控制模拟方法，本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种以虚拟样机系列软件为依托，由SOILDWORKS和ADAMS虚拟样机软件来构建机械系统模型，由AMESIM软件构建液压系统。
2、，并负责测量各种运动参数并生成各种控制信号，实现多软件、多系统、多领域的计算机联合仿真，利用虚拟样机技术可以在不用制造物理样机的基础下，最大限度的模拟和替代实物样机，并减小物理样机实验的周期与成本。本发明具有较强的实用性与良好的经济性。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图7页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图7页10申请公布号CN104267611ACN104267611A1/1页21一种基于虚拟样机的迈步自移式机尾系统控制模拟方法，其特征在于第一步，在ADAMS搭建迈步式自移机尾样机，自移式机尾主要包括小车、机头、导轨、机尾、导架；将各部分组件。
3、装配完成后再进行自移式机尾的总体装配，在装配的同时注意保证各运动副的工作状况，确保模型的正确性；此模型对相关的零部件进行的三维的计算机建模，并对相应的运动副进行了设置，能准确的模拟自移式机尾的各种运动状况，为下一步虚拟样机机械模型平台的建模提供了基础的数字化三维模型；其中在滑靴、导轨等油缸工作处添加了相应的滑移运动副，可实现模型的相应运动，其油缸与运动副的对于情况如下1偏移油缸滑靴底座与导架之间的滑移副；2抬升油缸抬升油缸导套与机体间的滑移副；3推移油缸小车车轮与导轨的滚动摩擦副；4调角油缸导架与机体连接处的旋转副；第二步，在AMESIM搭建液压样机和利用AMESIM搭建检测控制系统，自移式机。
4、尾的液压系统主要由恒压源、节流阀、换向阀、油缸、溢流阀以及相应的管路组成；通过操纵换向阀，可以改变其在工作中的阀芯位置可实现不同的液压工作回路，从而使得油缸能完成不同的工作步骤，各换向阀的配合工作就可实现各油缸的相应动作，与相应的滑移副配合以实现机尾的工作流程；虚拟样机系统中的液压系统虚拟模型由AMESIM中液压模块中相应的液压元件子模型通过相应的搭接而建立的；额定压力为315MPA的恒压源为系统提供动力，经单向节流阀后分别输送至各换向阀的入口，各油缸在相应阀的控制之下实现相应的动作；阀的开闭由相应的控制信号提供，各阀在不同的信号下实现不同程度的开闭，从而实现各执行油缸的相应动作；所述的控制系。
5、统实现功能,1自动实现油缸的软启动、软停止，减小在工作过程中因启动、停止所造成的冲击振动；2自动控制自移式机尾各油缸的动作顺序，达到其工作流程的自动化；3根据实际的工作环境要求，方便的调节各油缸的工作参数，杜绝因操作不当引起的事故；第三步，利用功率键合图搭建接口模块，并建立虚拟样机平台；ADAMS与AMESIM接口可以用来连接AMESIM仿真模型和采用ADAMS建立的多体动力学模型，通过将上述两种模型耦合，可以进行更加完整的系统仿真，获得更好的计算精度；所述的接口模块是两个软件实现数据交换的纽带，是数据交换的通道；数据的运算流程如下AMESIM中油缸位移AMESIM中油缸作用力接口模块ADAM。
6、S中油缸活塞通过相应的机械模型运算ADAMS中油缸活塞位移反馈至AMESIM；在相应的软件中搭建子样机后，就可利用相应的接口模块将其进行连接，搭建以功率键合图为基础理论和操作方法的虚拟样机；所述的样机是以AMESIM为主控软件，在其工作环境中以接口模块为路径来调用ADAMS中的机械模型；在虚拟样机运行时可直观的通过ADAMS软件来观察样机的工作情况，同时AMESIM中的仪表板界面能实时的显示各参数的变化情况，有良好的样机实验观察界面。权利要求书CN104267611A1/5页3基于虚拟样机的迈步自移式机尾系统控制模拟方法技术领域0001本发明涉及机尾设计、自动控制等技术领域，具体涉基于虚拟样机。
7、的迈步自移式机尾系统控制模拟方法。背景技术0002在煤炭技术迅猛发展的今天，煤炭机械的绿色开采、综合机械化、自动化开采是其发展的必然方向，这就对综合采煤机械的要求更高。现阶段井下综采工作面及顺槽的输送设备为刮板输送机和可伸缩带式输送机，其工作状况和稳定程度直接影响到煤矿的开采进度和效率。0003在井下回采工作面上，由于采掘工作面的不断变化，需要刮板输送机机、转载机与可伸缩带式输送机根据不同的工作环境和步骤进行动态搭接和配合来完成，而转载机与可伸缩带式输送机搭接处的自移式机尾的工作效率是影响综采工作面总体效率的一个重要因素，自移式机尾的研究对煤炭的开采有着重要的意义。0004现阶段，我国的自移动。
8、式机尾产品比较单一，只有少数几个厂家有相应的产品，且其结构类似、型号和规格没能形成标准化、系列化。例如，其带宽和行程上可供选择的规格不多，市场上主要以带宽1200的产品为主，而皮带机的带宽系列中1400已经占有了很大的比例，造成大带宽的皮带机无法找到其匹配的机尾；再如，由于其推移行程的限制，与某些型号的转载机进行搭接时，其行程不能形成理想的整数倍，造成在搭接的过程中行程的浪费以及工作状态的不稳定，使得其产品的在实际工作环境中的过渡时间占到了很大的部分，降低综采工作面的总体生产效率。0005由于其自身工作原理的限制，自移式机尾对巷道内底板的硬度要求较高，若硬度不够很容易引起陷底、啃底的现象，且自。
9、身质量较大，在产生上述状况之后很难进行调整和补救。实际调研得知，在综采工作面的生产过程中，若底板的硬度较低，会直接导致其工作性能不佳，对工作面的生产进度有着较大的不良的影响。0006在现阶段，煤矿机械的研制过程一般遵从这样的顺序先进行概念设计和方案论证，再进行产品设计，然后制造物理样机，最后进行试验，以验证设计的正确性。其中有些产品的试验是破坏性的，当发现缺陷以后，欲得到质量较为完善的产品，需要对原始的设计参数进行相应的修改设计，在理论上解决相应的问题后进行改进后的物理样机制作，再利用改进后的物理样机进行验证。只有通过周而复始的设计试验改进设计过程，才能完成全部的设计流程，才能使最终的工业化生。
10、产产品才能达到预期的要求、实现预期的功能。冗长的设计制造试验循环过程，不仅会使机械产品进入市场前的准备时间过长，也会增加产品的开发成本，并且由于试验中所采用的工况种类有限，机械产品很可能会先天不足，在实际使用中难以达到设计性能。因此，在目前竞争日益激烈的市场背景下，基于物理样机实验的设计验证这一传统的设计方法会严重影响产品的设计开发时间，制约产品质量的提高、成本降低和市场占有。说明书CN104267611A2/5页4发明内容0007本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种以虚拟样机系列软件为依托，由SOILDWORKS和ADAMS虚拟样机软件来构建机械系统模型，由AMESIM。
11、软件构建液压系统，并负责测量各种运动参数并生成各种控制信号，实现多软件、多系统、多领域的计算机联合仿真，利用虚拟样机技术可以在不用制造物理样机的基础下，最大限度的模拟和替代实物样机，并减小物理样机实验的周期与成本。0008为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种基于虚拟样机的迈步自移式机尾系统控制模拟方法，0009第一步，在ADAMS搭建迈步式自移机尾样机，自移式机尾主要包括小车、机头、导轨、机尾、导架。将各部分组件装配完成后再进行自移式机尾的总体装配，在装配的同时注意保证各运动副的工作状况，确保模型的正确性。0010此模型对相关的零部件进行的三维的计算机建模，并对相应的运动副进行了设置，。
12、能准确的模拟自移式机尾的各种运动状况，为下一步虚拟样机机械模型平台的建模提供了基础的数字化三维模型。0011其中在滑靴、导轨等油缸工作处添加了相应的滑移运动副，可实现模型的相应运动，其油缸与运动副的对于情况如下00121偏移油缸滑靴底座与导架之间的滑移副；00132抬升油缸抬升油缸导套与机体间的滑移副；00143推移油缸小车车轮与导轨的滚动摩擦副；00154调角油缸导架与机体连接处的旋转副；0016第二步，在AMESIM搭建液压样机和利用AMESIM搭建检测控制系统，自移式机尾的液压系统主要由恒压源、节流阀、换向阀、油缸、溢流阀以及相应的管路组成。通过操纵换向阀，可以改变其在工作中的阀芯位置可。
13、实现不同的液压工作回路，从而使得油缸能完成不同的工作步骤，各换向阀的配合工作就可实现各油缸的相应动作，与相应的滑移副配合以实现机尾的工作流程。虚拟样机系统中的液压系统虚拟模型由AMESIM中液压模块中相应的液压元件子模型通过相应的搭接而建立的。额定压力为315MPA的恒压源为系统提供动力，经单向节流阀后分别输送至各换向阀的入口，各油缸在相应阀的控制之下实现相应的动作。阀的开闭由相应的控制信号提供，各阀在不同的信号下实现不同程度的开闭，从而实现各执行油缸的相应动作。所述的控制系统实现功能,1自动实现油缸的软启动、软停止，减小在工作过程中因启动、停止所造成的冲击振动；2自动控制自移式机尾各油缸的动。
14、作顺序，达到其工作流程的自动化；3根据实际的工作环境要求，方便的调节各油缸的工作参数，杜绝因操作不当引起的事故。0017第三步，利用功率键合图搭建接口模块，并建立虚拟样机平台。ADAMS与AMESIM接口可以用来连接AMESIM仿真模型和采用ADAMS建立的多体动力学模型，通过将上述两种模型耦合，可以进行更加完整的系统仿真，获得更好的计算精度。接口模块是两个软件实现数据交换的纽带，是数据交换的通道。数据的运算流程如下AMESIM中油缸位移AMESIM中油缸作用力接口模块ADAMS中油缸活塞通过相应的机械模型运算ADAMS中油缸活塞位移反馈至AMESIM。0018在相应的软件中搭建子样机后，就可。
15、利用相应的接口模块将其进行连接，搭建以说明书CN104267611A3/5页5功率键合图为基础理论和操作方法的虚拟样机。所述的样机是以AMESIM为主控软件，在其工作环境中以接口模块为路径来调用ADAMS中的机械模型。在虚拟样机运行时可直观的通过ADAMS软件来观察样机的工作情况，同时AMESIM中的仪表板界面能实时的显示各参数的变化情况，有良好的样机实验观察界面。0019与现有技术相比，本发明有以下优点本发明利用虚拟样机软件精确的建立三维模型，特别是关键部位、关键数据要在模型中准确的反应出来，以便最大限度的模拟产品在实际工作状况下的各种性能。本发明虚拟样机能够完成相应的动作，直观的演示其工作。
16、的三维运动图像。本发明控制系统能够完成自动检测的功能，实现数据的实时采集，在采集数据的基础上利用其相应的控制模块能够实现自动控制的功能。本发明是机电液一体化联合仿真，相对于单一虚拟样机软件而言有着明显的优越性，利用相应的接口是提高虚拟样机数据准确性的重要手段。本发明利用虚拟样机的设计方法，快速的进行各类模拟试验以替代传统的物理样机试验，可大大的降低设计成本、缩短设计周期。本发明采用迈步自移式结构可大大改善自移式机尾的工作工况。通过结构改进，使其具有了很多原产品无法达到的性能。通过实物样机的相关实际试验，进一步验证了改进结构的优越性、可行性。附图说明0020图1是产品设计流程图；0021图2是A。
17、DAMS三维模型图；0022图3是AMESIM液压系统原理图；0023图4是ADAMS与AMESIM联合仿真流程图；0024图5是AMESIM液压控制系统结构图；0025图6是虚拟样机平台示意图；0026图7是联合仿真界面图；0027图8是虚拟样机控制流程图；0028图9是电磁阀控制信号图；0029图10是油缸行程示意图；0030图11是油缸作用力示意图。具体实施方式0031以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述。0032一种以虚拟样机系列软件为依托，由SOILDWORKS和ADAMS虚拟样机软件来构建机械系统模型，由AMESIM软件构建液压系统，并负责测量各种运。
18、动参数并生成各种控制信号，实现多软件、多系统、多领域的计算机联合仿真，利用虚拟样机技术可以在不用制造物理样机的基础下，最大限度的模拟和替代实物样机，并减小物理样机实验的周期与成本。0033为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种基于虚拟样机的迈步自移式机尾系统控制模拟方法，0034第一步，在ADAMS搭建迈步式自移机尾样机，自移式机尾主要包括小车、机头、导轨、机尾、导架。将各部分组件装配完成后再进行自移式机尾的总体装配，在装配的同时注意保证各运动副的工作状况，确保模型的正确性。说明书CN104267611A4/5页60035此模型对相关的零部件进行的三维的计算机建模，并对相应的运动副进行了。
19、设置，能准确的模拟自移式机尾的各种运动状况，为下一步虚拟样机机械模型平台的建模提供了基础的数字化三维模型。0036其中在滑靴、导轨等油缸工作处添加了相应的滑移运动副，可实现模型的相应运动，其油缸与运动副的对于情况如下00371偏移油缸滑靴底座与导架之间的滑移副；00382抬升油缸抬升油缸导套与机体间的滑移副；00393推移油缸小车车轮与导轨的滚动摩擦副；00404调角油缸导架与机体连接处的旋转副；0041第二步，在AMESIM搭建液压样机和利用AMESIM搭建检测控制系统，自移式机尾的液压系统主要由恒压源、节流阀、换向阀、油缸、溢流阀以及相应的管路组成。通过操纵换向阀，可以改变其在工作中的阀芯。
20、位置可实现不同的液压工作回路，从而使得油缸能完成不同的工作步骤，各换向阀的配合工作就可实现各油缸的相应动作，与相应的滑移副配合以实现机尾的工作流程。虚拟样机系统中的液压系统虚拟模型由AMESIM中液压模块中相应的液压元件子模型通过相应的搭接而建立的。额定压力为315MPA的恒压源为系统提供动力，经单向节流阀后分别输送至各换向阀的入口，各油缸在相应阀的控制之下实现相应的动作。阀的开闭由相应的控制信号提供，各阀在不同的信号下实现不同程度的开闭，从而实现各执行油缸的相应动作。所述的控制系统实现功能,1自动实现油缸的软启动、软停止，减小在工作过程中因启动、停止所造成的冲击振动；2自动控制自移式机尾各油。
21、缸的动作顺序，达到其工作流程的自动化；3根据实际的工作环境要求，方便的调节各油缸的工作参数，杜绝因操作不当引起的事故。0042第三步，利用功率键合图搭建接口模块，并建立虚拟样机平台。ADAMS与AMESIM接口可以用来连接AMESIM仿真模型和采用ADAMS建立的多体动力学模型，通过将上述两种模型耦合，可以进行更加完整的系统仿真，获得更好的计算精度。接口模块是两个软件实现数据交换的纽带，是数据交换的通道。数据的运算流程如下AMESIM中油缸位移AMESIM中油缸作用力接口模块ADAMS中油缸活塞通过相应的机械模型运算ADAMS中油缸活塞位移反馈至AMESIM。0043在相应的软件中搭建子样机后。
22、，就可利用相应的接口模块将其进行连接，搭建以功率键合图为基础理论和操作方法的虚拟样机。所述的样机是以AMESIM为主控软件，在其工作环境中以接口模块为路径来调用ADAMS中的机械模型。在虚拟样机运行时可直观的通过ADAMS软件来观察样机的工作情况，同时AMESIM中的仪表板界面能实时的显示各参数的变化情况，有良好的样机实验观察界面。0044自移式机尾虚拟样机搭建好后，可根据其在实际工作中的流程对其进行相关工作阶段的控制数据进行设置，使其实现相应的动作、完成相应的功能。按照图8的流程，可以在搭建好的虚拟样机上进行相关数据的设置，例如，设置各种油缸的预定位移、各种型号切换模块的触发临界值等等，其具。
23、体的设置如下00451抬升油缸的抬起行程目标值为022M；00462推移油缸的推移行程目标值为270M；00473软启动时，其斜坡信号由“0”渐变为“1”的时间为1S；说明书CN104267611A5/5页700484当实际想成达到预定行程的95时，启动软停止流程；00495各油缸完全缩回后即完成缩回过程，即油缸行程为0M；0050在进行相关的设置后，可以进行相关的试运行，进一步调整期中的各种参数以满足实际工作环境的需要，最终完成样机的虚拟实验。0051联合仿真样机虚拟实验结束后，可以在AMESIM界面对各种仿真参数进行查看，也可在ADAMS中进行相关参数的调取。例如抬升油缸和推移缸的电磁换向。
24、阀在虚拟样机的试验中，其控制信号是其工作状况的关键，是检测其控制系统性能的重要参数，在实验后，通过在AMESIM界面中的调取。抬升油缸和推移缸的实际行程是液压模型中的重要参数，其影响到机械模型的工作状况，实际测得的位移在虚拟样机的实验中也可读取。抬升油缸和推移缸的工作推力是对机械结构进行载荷分析的重要参数，其影响的实际工作中液压系统中的负载和机械的各种应力、变形情况，是衡量产品工作性能的重要参数，实际测得的工作阻力在虚拟样机的实验中读取。说明书CN104267611A1/7页8图1图2说明书附图CN104267611A2/7页9图3图4说明书附图CN104267611A3/7页10图5图6说明书附图CN104267611A104/7页11图7图8说明书附图CN104267611A115/7页12图9说明书附图CN104267611A126/7页13图10说明书附图CN104267611A137/7页14图11说明书附图CN104267611A14。