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1、1996年第4期煤矿机械·11·单体液压支柱CAD系统(063009)唐山工程技术学院褚秀萍宋玉银彭锡文米洁(100071)北京燕山精工建筑配件厂刘洪昌摘要介绍基于AutoCAD开发的单体液压支柱CAD系统。该系统以重量最轻为优化目标对单体液压支柱进行优化设计,采用参数设计方法可自动设计零件和部件,可自动标注尺寸,因此可大大提高单体液压支柱设计绘图效率。所设计的图纸符合国家制图标准,可直接用于实际生产中。关键词优化设计CAD单体液压支柱参数设计自动标注尺寸体5和活柱体3,故设计变量选为X。1引言TX=[D,D1,D2,l1,l2,l3]单体液压支柱是我国中小
2、型煤矿井下采式中D——活柱内径煤的主要支护设备,每个采煤工作面使用单D1——活柱壁厚体液压支柱少则几百根,多则上千根,因此对D2——缸体壁厚单体液压支柱进行优化设计,尽量减轻重量,l1——活柱长度无疑具有现实的经济效益。单体液压支柱产l2——缸体长度品已标准化、系列化。尽管它品种繁多,但有l3——导向长度许多零件结构类似,只是尺寸大小不同而已,用传统的人工设计绘图不仅工作量大,而且大部分是重复劳动,设计绘图效率很低。为了使设计人员从繁琐重复的绘图工作中解脱出来,致力于新产品的研制开发工作。而CAD技术正是解决这一问题的有效手段,因此开发单体液压支柱CAD系统
3、具有重要意义。2单体液压支柱优化设计2.1目标函数和设计变量外注式单体液压支柱的主要结构如图1所示,单体液压支柱优化模型为单目标约束图1单体液压支柱结构图优化问题,以重量最轻为优化目标。由图1可1.顶盖2.三用阀3.活柱体4.手把体5.缸体知,影响单体液压支柱重量的关键零件是缸6.底座件均多于单级传动,其优化设计所用时间较单级长。作者简介张秀亲,女,1964年生,毕业于太原工业大参考文献学,硕士,讲师,机械设计教研室主任,现主要从事教学和科1.邵家辉主编.圆弧齿轮.机械工业出版社,1994.研工作,已有多篇论文发表。2.张济川主编.机械最优化设计及应用实例.
4、新时代出版社,1990.(收稿日期:1996—04—02)·12·煤矿机械1996年第4期把活柱和缸体均简化为等截面的圆环筒。因此优化目标函数为minW=Q1(S1-S2)l1+Q2(S3-S4)l222式中S1-S2=P[(D+2D1)-D]/4,活柱横截面积2S3-S4=P[(D+2D1+2D2+C)2-(D+2D1+C)]/4,缸体横截面积C——活柱与缸体间的直径差Q1、Q2——活柱与缸体的密度2.2约束条件和优化方法图2接长柱筒零件图单体液压支柱工作时应满足结构尺寸、强度和稳定性的要求,故设置如下约束条件:4装配图的绘制(1)导向长度约束,保证支柱工
5、作稳定性;在设计零件图时已做好零件在装配图的(2)结构尺寸约束;(3)最小支撑高度约束;图形结构,并自动绘制成相应的图块,这些图(4)最大支撑高度约束;(5)活柱强度约束,块供绘制装配图时调用。在绘制装配图时,首保证活柱具有足够的刚度和强度;(6)缸体先确定各零件在装配图上的相对位置关系,强度约束;(7)活柱稳定性约束。并确定一个共同的基点。根据基点和各零件综合上述,单体液压支柱的优化模型是相应的位置关系自动把零件的图块插入到合6维设计空间,7个约束的单目标非线性规划适的位置上即可得装配图。即由各零件图块问题。由于复合形法对目标函数和约束条件拼装成装配图,并
6、自动标注配合尺寸和公差,无特殊要求,所求结果精确可靠,能有效处理公差标注符合标准。不等式约束优化问题,因此本文采用复合形法进行优化,优化结果表明:减轻重量30%,5尺寸自动标注[2]优化效果是明显的。采用AutoLisp开发了一套自动标注尺3机械零件的参数设计方法寸系统[3],即编制了一套通用尺寸标注函数,象其它高级语言(如FORTRAN、C等)一样零件图是采用参数设计方法,把每个零通过“虚实结合”实现参数传递来调用这些件经过参数化处理,即零件结构由一组参数子函数。这些子函数可在AutoLisp绘图程来确定,不同的参数可获得结构相似的图形。序中直接调用,从而
7、可实现绘图和尺寸标注零件图上的每个尺寸及其上下偏差均作为参的自动进行。如:水平距离尺寸标注函数定义数。设计零件图时,只要输入零件的结构参数为(DEFUNHOR(L,G1,G2,P1,P2,P3)),调即可自动设计零件和绘制出零件图,并自动用方式为(HOR(100+0.04-0.02(100标注其尺寸和公差。若输入另一组不同的参200)数,则可获得结构相似的另一个零件,大大提(200200)(150240)),调用结果如图3所示。高设计绘图效率。另外在输入参数时提供图HOR是函数名,L是尺寸值,G1、G2分别为形提示和汉字提示,因此操作简单、方便,便上、下偏差
8、值,P1、P2分别为第一、二延伸的于设计者使用。如图
