專(zhuān)利名稱(chēng)：一種掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法及其模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械仿真領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法及其模型。
背景技術(shù)：
掘進(jìn)機(jī)是煤礦巷道掘進(jìn)的主要機(jī)械設(shè)備，是一個(gè)集機(jī)械、液壓和控制一體化的復(fù)雜系統(tǒng)。在研發(fā)設(shè)計(jì) 過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)大大小小的失誤或設(shè)計(jì)不能達(dá)到最優(yōu)，按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，制造出物理樣機(jī)后在對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，勢(shì)必造成研發(fā)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品成本高，占用資金多，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力低。因此在制造物理樣機(jī)之前，有必要先建立一個(gè)數(shù)字化樣機(jī)系統(tǒng)，測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)的性能是否滿足要求，提早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的失誤與不足加以改進(jìn)，這樣既能縮短掘進(jìn)機(jī)的開(kāi)發(fā)周期，最大限度地降低研發(fā)成本，又可以有效的提高掘進(jìn)機(jī)的性能。目前掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中的仿真分析都是應(yīng)用單一的軟件對(duì)單一的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，不能模擬掘進(jìn)機(jī)機(jī)電液的聯(lián)合系統(tǒng)，不能很好的研究機(jī)械、液壓和控制系統(tǒng)的相互匹配和整機(jī)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷和不足，本發(fā)明提供一種掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法及其模型，該方法將機(jī)械系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)分析軟件、液壓系統(tǒng)分析軟件和控制系統(tǒng)分析軟件聯(lián)合在一起，建立掘進(jìn)機(jī)機(jī)電液聯(lián)合仿真模型，發(fā)揮每個(gè)軟件各自的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析，液壓和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的一種掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法，包括以下步驟利用三維建模軟件建立掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型；將所述掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型導(dǎo)入到動(dòng)力學(xué)分析軟件中，建立掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型；利用液壓系統(tǒng)分析軟件建立掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型；利用控制系統(tǒng)分析軟件建立掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型；以所述控制系統(tǒng)分析軟件為平臺(tái)，生成與所述動(dòng)力學(xué)分析軟件及液壓系統(tǒng)分析軟件連接的接口模塊，或以所述液壓系統(tǒng)分析軟件為平臺(tái)，生成與所述動(dòng)力學(xué)分析軟件及控制系統(tǒng)分析軟件連接的接口模塊，通過(guò)該接口模塊將所述掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型和掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型連接并進(jìn)行信息交互，構(gòu)成掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型。進(jìn)一步的，所述建立掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型包括定義所述掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型各零部件的相關(guān)屬性和參數(shù)，該屬性和參數(shù)包括零部件的材料、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及零部件之間的運(yùn)動(dòng)約束和激勵(lì)。進(jìn)一步的，所述三維建模軟件包括PRO/E (Pro/Engineer)、AutoCAD (AutoComputer Aided Design)或 SolidWorks0
進(jìn)一步的，所述動(dòng)力學(xué)分析軟件包括RecurDyn(Recursive Dynamic)或ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)。進(jìn)一步的，所述液壓系統(tǒng)分析軟件包括AMESim(Advanced Modeling Environmentfor Simulation of engineering)。進(jìn)一步的，所述控制系統(tǒng)分析軟件包括Simulink。一種掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型，包括在動(dòng)力學(xué)分析軟件中建立的掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、在液壓系統(tǒng)分析軟件中建立的掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型以及在控制系統(tǒng)分析軟件中 建立的掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型，在所述控制系統(tǒng)分析軟件或液壓系統(tǒng)分析軟件中設(shè)有與所述動(dòng)力學(xué)分析軟件、液壓系統(tǒng)分析軟件和控制系統(tǒng)分析軟件中的另兩個(gè)對(duì)應(yīng)的接口模塊，該掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型和掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型通過(guò)該接口模塊建立連接并進(jìn)行信息交互。本發(fā)明采用聯(lián)合仿真方法將多體動(dòng)力學(xué)分析軟件、液壓系統(tǒng)分析軟件和控制系統(tǒng)分析軟件三個(gè)專(zhuān)業(yè)的軟件聯(lián)合在一起，建立掘進(jìn)機(jī)數(shù)字化樣機(jī)的機(jī)電液系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模型，可以充分利用各個(gè)軟件優(yōu)秀的求解器，發(fā)揮各個(gè)軟件在各自領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)，使掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型的仿真運(yùn)行更接近于實(shí)際的物理樣機(jī)，增加了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確度，進(jìn)而使得對(duì)掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析、液壓和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化更準(zhǔn)確可靠。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明所述掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法流程框圖；圖2為本發(fā)明所述掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型原理框圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一所述掘進(jìn)機(jī)截割臂升降系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模型示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I為本發(fā)明所述掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法流程框圖，如圖中所示，本發(fā)明所述的掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法包括利用三維建模軟件建立掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型；將所述掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型導(dǎo)入到動(dòng)力學(xué)分析軟件中，建立掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型；利用液壓系統(tǒng)分析軟件建立掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型；利用控制系統(tǒng)分析軟件建立掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型；然后以所述控制系統(tǒng)分析軟件與所述液壓系統(tǒng)分析軟件中的一個(gè)為平臺(tái)，生成與所述動(dòng)力學(xué)分析軟件、液壓系統(tǒng)分析軟件及控制系統(tǒng)分析軟件中的另兩個(gè)的接口模塊，通過(guò)該接口模塊將所述掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型和掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型連接并進(jìn)行信息交互，構(gòu)成掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型。其中，建立掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、建立掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型和建立掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型這三個(gè)過(guò)程不分先后。圖2為本發(fā)明所述掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型原理框圖，如圖中所示，本發(fā)明所述的掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型，包括在動(dòng)力學(xué)分析軟件中建立的掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、在液壓系統(tǒng)分析軟件中建立的掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型以及在控制系統(tǒng)分析軟件中建立的掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型，在所述控制系統(tǒng)分析軟件或液壓系統(tǒng)分析軟件中設(shè)有與所述動(dòng)力學(xué)分析軟件、液壓系統(tǒng)分析軟件和控制系統(tǒng)分析軟件中的另兩個(gè)對(duì)應(yīng)的接口模塊，該掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型和掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型通過(guò)該接口模塊建立連接并進(jìn)行信息交互。下面將結(jié)合具體實(shí)施例及其附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一本實(shí)施例中，以RecurDyn(Recursive Dynamic)為動(dòng)力學(xué)分析軟件，以AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering,即多學(xué)科令頁(yè)域復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真平臺(tái))為液壓系統(tǒng)分析軟件，以Simulink為控制系統(tǒng)分析軟件，來(lái) 建立掘進(jìn)機(jī)截割臂升降系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模型，結(jié)合圖3，其具體方法如下步驟一利用Pr/oE軟件建立掘進(jìn)機(jī)截割臂升降系統(tǒng)三維實(shí)體模型，將截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)分別簡(jiǎn)化成一個(gè)剛體；步驟二 把步驟一所建立的三維實(shí)體模型導(dǎo)入到RecurDyn中，定義截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)的材料、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，定義回轉(zhuǎn)臺(tái)為固定約束，回轉(zhuǎn)臺(tái)與截割臂之間定義為旋轉(zhuǎn)副，液壓缸與截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)之間定義為旋轉(zhuǎn)副，活塞桿和缸筒定義為滑動(dòng)副，定義運(yùn)動(dòng)副之間的阻尼和摩擦力，從而完成動(dòng)力學(xué)分析模型的建立；步驟三在RecurDyn 中通過(guò) RecurDyn/Control 模塊建立 RecurDyn 與 Simulink的連接，定義兩個(gè)輸入為兩個(gè)液壓缸輸出的力Force1和Force2，分別作用于截割臂與液壓缸的鉸點(diǎn)，定義兩個(gè)輸出為兩個(gè)液壓缸位移Disp1和Disp2,并生成可執(zhí)行M文件；步驟四利用AMESim設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割臂升降液壓系統(tǒng),建立AMESim與Simulink的連接，輸入為兩個(gè)液壓缸輸出的力F1和F2,輸出為電磁閥的控制信號(hào)SV和兩個(gè)液壓缸的位移X1和X2,并運(yùn)行生成Simulink可以直接調(diào)用的S函數(shù)；步驟五在Simulink 中利用“S-Function”模塊,生成 AMESim 與 Simulink 的接口模塊；在MATLAB命令窗口中輸入M文件名，然后再輸RDLIB，即可生成RecurDyn與Simulink的接口模塊；然后將RecurDyn輸出的位移與期望位移進(jìn)行比較，通過(guò)PID控制器控制電磁閥實(shí)現(xiàn)截割臂位置閉環(huán)反饋控制，從而建立完整的截割臂升降機(jī)電液聯(lián)合仿真模型。實(shí)施例二本實(shí)施例中，以ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析)為動(dòng)力學(xué)分析軟件，以AMESim(Advanced ModelingEnvironment for Simulation of engineering,即多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真平臺(tái))為液壓系統(tǒng)分析軟件，以Simulink為控制系統(tǒng)分析軟件，來(lái)建立掘進(jìn)機(jī)截割臂升降系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模型，具體方法如下步驟一利用Ρι·ο/Ε軟件建立掘進(jìn)機(jī)截割臂升降系統(tǒng)三維實(shí)體模型，將截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)分別簡(jiǎn)化成一個(gè)剛體；步驟二 把步驟一所建立的三維實(shí)體模型導(dǎo)入到ADAMS中，定義截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)的材料、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，定義回轉(zhuǎn)臺(tái)為固定約束，回轉(zhuǎn)臺(tái)與截割臂之間定義為旋轉(zhuǎn)副，液壓缸與截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)之間定義為旋轉(zhuǎn)副，活塞桿和缸筒定義為滑動(dòng)副，定義運(yùn)動(dòng)副之間的阻尼和摩擦力，從而完成動(dòng)力學(xué)分析模型的建立；步驟三在ADAMS中建立與AMESim的接口，定義兩個(gè)輸入為兩個(gè)液壓缸輸出的力Force1和Force2，分別作用于截割臂與液壓缸的鉸點(diǎn)，定義兩個(gè)輸出為兩個(gè)液壓缸位移Disp1 和 Disp2 ；步驟四利用Simulink建立截割臂升降位置控制系統(tǒng)，利用“S-Function”模塊建立與AMESim的接口 ；步驟五利用AMESim設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割臂升降液壓系統(tǒng)，在AMESim中利用“Interface Block”建立與ADAMS和Simulink的接口模塊，然后連接成完整的聯(lián)合仿真模型進(jìn)行仿真分析。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法，其特征在于，包括以下步驟 利用三維建模軟件建立掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型； 將所述掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型導(dǎo)入到動(dòng)力學(xué)分析軟件中，建立掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型； 利用液壓系統(tǒng)分析軟件建立掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型； 利用控制系統(tǒng)分析軟件建立掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型； 以所述控制系統(tǒng)分析軟件為平臺(tái)，生成與所述動(dòng)力學(xué)分析軟件及液壓系統(tǒng)分析軟件連接的接口模塊，或以所述液壓系統(tǒng)分析軟件為平臺(tái)，生成與所述動(dòng)力學(xué)分析軟件及控制系統(tǒng)分析軟件連接的接口模塊，通過(guò)該接口模塊將所述掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型和掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型連接并進(jìn)行信息交互，構(gòu)成掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法，其特征在于，所述建立掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型包括定義所述掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型各零部件的相關(guān)屬性和參數(shù)，該屬性和參數(shù)包括零部件的材料、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及零部件之間的運(yùn)動(dòng)約束和激勵(lì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法，其特征在于，所述三維建模軟件包括 PRO/E、AutoCAD 或 SolidWorks。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法，其特征在于，所述動(dòng)力學(xué)分析軟件包括 RecurDyn 或 ADAMS。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法，其特征在于，所述液壓系統(tǒng)分析軟件包括AMESim。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法，其特征在于，所述控制系統(tǒng)分析軟件包括Simulink。
7.一種掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型，其特征在于，包括在動(dòng)力學(xué)分析軟件中建立的掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、在液壓系統(tǒng)分析軟件中建立的掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型以及在控制系統(tǒng)分析軟件中建立的掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型，在所述控制系統(tǒng)分析軟件或液壓系統(tǒng)分析軟件中設(shè)有與所述動(dòng)力學(xué)分析軟件、液壓系統(tǒng)分析軟件和控制系統(tǒng)分析軟件中的另兩個(gè)對(duì)應(yīng)的接口模塊，該掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型和掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型通過(guò)該接口模塊建立連接并進(jìn)行信息交互。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真方法及其模型，該方法包括利用三維建模軟件建立掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型；將掘進(jìn)機(jī)三維實(shí)體模型導(dǎo)入到動(dòng)力學(xué)分析軟件中，建立掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型；利用液壓系統(tǒng)分析軟件建立掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型；利用控制系統(tǒng)分析軟件建立掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型；以所述控制系統(tǒng)分析軟件與所述液壓系統(tǒng)分析軟件中的一個(gè)為平臺(tái)，生成與另兩個(gè)的接口模塊，通過(guò)該接口模塊將掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型、掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)字化模型和掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字化模型連接并進(jìn)行信息交互，構(gòu)成掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合仿真模型。本發(fā)明建立掘進(jìn)機(jī)機(jī)電液聯(lián)合仿真平臺(tái)，發(fā)揮各個(gè)軟件各自的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析、液壓和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102663194SQ201210110818
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者楊文林, 趙中奇, 閆炳雷, 馬璐, 高廣東 申請(qǐng)人:三一重型裝備有限公司