支撑掩护式液压支架顶梁设计方案及VRML动态仿真

绪 论 煤炭是工业的粮食，今后的十年乃至更长的时间内，能源生产和消费结构中以煤为主的格局不会改变。我国煤炭资源分布广泛，拥有较多的煤炭储备，但我国是一个发展中大国，对煤炭资源的依赖性仍然较高，这就意味着随着经济的迅速增长，煤炭的产量也必须大幅增产才能满足现实的需求，而只有依靠实现煤炭生产的机械化和自动化，依靠科技进步，把科学技术是第一生产力的观点落到实处才是唯一的路子。综合机械化采煤方法是高效、安全的采煤方法，而液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。 在采煤工作面的煤炭生产过程中，为防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架式以高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践证明，液压支架与输送机和采煤组成综合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。 液压支架顶梁是与顶板直接接触的构件，除满足一定的刚度和强度要求外，还要保证支护顶板的需要，如：有足够的顶板覆盖率；同时要适应顶板的不平整性，避免因局部应力而引起损坏。可见顶梁的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 对液压支架的工作性能起着举足轻重的作用。主要的顶梁结构型式有：支撑式支架顶梁、掩护式支架顶梁、支撑掩护式支架顶梁。 本次设计运用参数化建模软件Pro/Engineering建立实物模型，通过VRML（虚拟现实语言）实现对支撑掩护式液压支架顶梁的仿真模拟，大大减少了现实中液压支架从设计、装配到调试所需的人力物力，缩短了研发时间，使产品成本降低，更具有市场竞争力。与此同时，VRML是目前Internet上基于 WWW的三维互动网站制作的主流语言，具有很强的交互性，为用户对具体对象的细节，整体结构和相互关系的描述带来的新的感受，对产品的市场推广宣传有着很好的作用。 1.液压支架的概述 液压支架是综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。 1.1液压支架的组成及工作原理 1.1.1液压支架的组成 液压支架由以下六个主要部分组成：顶梁、底座、立柱、掩护梁、活动侧护板、推移机构、操纵控制系统 图1-1 液压支架的组织结构 1、2互帮装置 3前梁 4顶梁 5、6立柱 7掩护梁 8后连杆 9前连杆 10底座 11推移装置 一、顶梁 用途： （一）用于支撑维护控顶区的顶板； （二）承受顶板的压力； （三）将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。 要求： （一）顶梁应有足够的强度，即使在接触应力分布不均匀的情况下也不致被压坏； （二）顶梁应有足够的刚度，以承受扭力； （三）顶梁对顶板的覆盖率高； （四）顶梁能适应顶板的起伏变化。 二、底座 用途： （一）为支架的其他结构件和工作机构提供安设的基础； （二）与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构； （三）将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。 要求： （一）底座应有足够的强度和刚度； （二）底座对底板的起伏变化适应性好； （三）底座与底板的接触面积大，以减小底座对底板的接触比压，避免支架陷入底板； （四）底座应有足够的地方来安设立柱、推移装置以及液压控制装置； （五）底座要能把落入支架内的碎矸排弃到老塘中。 三、立柱 用途： （一）支撑顶梁，承受载荷的作用； （二）调节支架的高度，使支架的高度满足工作面的要求； （三）立柱设置有大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载较大。 四、掩护梁 用途： （一）掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座； （二）掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩； （三）掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起 ，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸能力。 五、活动侧护板 用途： （一）消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止冒落的矸石进入支护空间； （二）作为支架移架过程中的导向板； （三）防止支架降落后倾倒； （四）调整支架的间距。 六、连杆 前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分共同组成四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定。 其四连杆机构的作用： （一）通过四连杆机构，使支架顶梁端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使用使支架前端头离煤距离大大减小，提高了管理顶板性能； （二）能承受较大的水平力。 1.1.2 液压支架的工作原理 液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。这些动作是利用乳化液泵站提供的高压液体，通过液压控制不同功能的液压缸来完成的。每架支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统，如图1－2所示，其中液控单向阀和安全阀设在架内，操纵阀可设在本架或邻架内，前者为本架操作，后者为邻架操作。 一、支架的升降 支架的升降依靠立柱2的伸缩来实现，其工作过程如下： （一）初撑 操纵阀8处于升柱位置，由泵站输送来的高压液体经液控单向阀6进入立柱的下腔，同时立柱的上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板。当顶梁接触顶板，立柱下腔的压力达到泵站的工作压力后，操纵阀置于中位，液控单向阀6关闭，从而立柱下腔液体被封闭，这就是支架的初撑阶段。 （二）承载 支架初撑后，进入承载阶段。随着顶板的缓慢下沉，顶板对支架的压力不断增加，立柱下腔被封闭的液体压力将随之迅速升高，液压支架受到弹性压缩，并由于立柱缸壁的弹性变形而使缸径产生弹性扩张，这一过程就是支架的增阻过程。当下腔液体的压力超过安全阀5的动作压力时，高压液体经安全阀5泻出，立柱下缩，直至立柱下腔的液体压力小于安全阀的动作压力时，安全阀关闭，停止泄液，从而使立柱工作阻力保持恒定，这就是恒阻过程。此时，支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。 （三）卸载 当操纵阀8处于降架位置时，高压液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀6，立柱下腔排液，于是立柱卸载下降。 图1-2 液压支架的工作原理 1—​ 顶梁；2—立柱；3—输送机；4—安全阀；5—液控单向阀；6、7—操纵阀；8—乳化液泵； 9—推移液压缸；10—底座；11—后连杆；12—前连杆；13—掩护梁 由以上分析可以看出，支架工作时的支撑力变化可分为三个阶段，如图1－3，即：开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段 ，初撑后至安全阀开启前的增阻阶段 ，以及安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段 ，这就是液压支架的阻力－时间特性。它表明液压支架在低于额定工作阻力下工作时，具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用，在达到额定工作阻力时，具有恒阻性；为使支架恒定在此最大支撑力，又具有可缩性，即支架在保持恒定工作阻力下，能随顶板下沉而下缩。增阻性主要取决于液控单向　立柱的密封性能，恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现，因此安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。 图1-3 液压支架工作特性曲线 二、支架移动和推移输送机 支架和输送机的前移，由底座3上的推移液压缸4来完成。 需要移架时，先降柱卸载，然后通过操纵阀使高压液体进入推移液压缸4的活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁。 需要推移输送机时，支架支撑顶板，高压液体进入推移活塞缸4的活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。 1.2液压支架的类型 1.2.1支撑式支架 支撑式支架利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。其特点是：立柱多，支撑力大，切顶性能好；顶梁长，通风断面大，适用于直接顶稳定。老顶有明显或强烈周期压力，且水平力小的条件。 1.2.2 掩护式支架 掩护式支架利用立柱、短顶梁支撑顶板，利用掩护梁来防止岩石落入工作面。其特点是：立柱少，切顶能力弱；顶梁短，控顶距小；由前后连杆和底座铰接构成的四连杆机构使抗水平力的能力增强，立柱不受横向力；而且使板前端的运动轨迹为近似平行于煤壁的双纽线，梁端距变化小；架间通过侧护板密封，掩护性能好；调高范围大，适用于松散破碎的不稳定或中等稳定的顶板。适用于顶板不稳定或中等稳定。老顶周期压力不明显。瓦斯含量少的破碎顶板条件。 1.2.3支撑掩护式支架 支撑掩护式支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和防护作用，适于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。 根据使用条件，支撑掩护式支架的前、后排立柱可前倾或后倾，倾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架适用于薄煤层。它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。 1.2.4特种支架 一、放顶煤支架 用于特厚煤层采用冒落开采时支护顶板和放顶煤。利用与放顶煤支架配套的采煤机和工作面输送机开采底部煤，上部煤在矿山压力的作用下将其压碎而冒落，冒落的煤通过放顶煤支架的溜煤口流入工作面输送机。 二、铺网支架 铺网支架式特厚煤层采用分层开采时既能支护顶板又能自动铺联网的液压支架。它是在一般掩护式或支撑掩护式支架的基础上再增设铺网机构而成的。 三、三软支架 三软支架式指适用于三软煤层的支架。三软煤层是指煤层质软（易片帮）、顶板软（破碎不稳定）、底板软（易陷底）的煤层。 四、端头支架 端头支架式工作面与上、下顺槽连接处用的支护设备。该处顶板悬露面积大，矿山压力大，机械设备较多，又是人员安全进出口和向工作面运动材料的通道。因此要求端头支架不仅能有效的支撑顶板，而且要能与端部的各种设备配套。 1.3 液压支架的设计 1.3.1 对液压支架的基本要求 一、为了满足采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的初撑力和工作阻力，以便有效的控制顶板，保证合理的下沉量。 二、液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100 左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100 ～150 ，中厚煤层一般为150 ～250 ，厚煤层一般为300 ～400 。 三、防矸性能要好。 四、排矸性能要好。 五、要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有害气体等安全方面的要求。 六、为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。 七、调高范围要大，照明和通讯方便。 八、支架的稳定性要好，底座最大比压要小于 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 值。 九、要求支架有足够的刚度，能够承受一定的不均匀载荷。 十、在满足强度条件下，尽可能减轻支架的重量。 十一、要易于拆卸，结构简单。 十二、液压元件要可靠。 1.3.2 设计液压支架必需的基本参数 一、顶板条件 根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。 二、最大和最小采高 根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。 三、瓦斯等级 根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。 四、底板岩性和小时涌水量 根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。 五、工作面煤壁条件 根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。 六、煤层倾角 根据煤层倾角，决定是够选用防滑防倒装置。 七、井筒罐笼尺寸 根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。 八、配套尺寸 根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。 1.4 液压支架的应用与研究现状 液压支架是综合机械化工作面的主体设备，它能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，保持安全的地下作业空间，并实现回采工作面及其相关设备的机械化推移。液压支架与采煤机、可弯曲输送机和顺槽转载机配合，构成了回采工作面的综合机械化设备，从而为煤矿地下开采实现高产、高效和安全生产创造了条件。因此，采用液压支架支护顶板是当代采煤技术的一次重要变革，也是煤矿生产现代化的重要标志。 1.4.1 国内液压支架现状 我国是煤炭生产大国，在二十世纪六十年代也曾研制了几种液压支架，但未得到推广和应用。七十年代我国从英、德、波兰和前苏联等国引进了数十套液压支架，经过试用、仿制和总结经验，到八十年代以后我国液压支架的研制和应用获得了迅速的发展，相继研制和生产了TD系列、ZY系列和ZZ系列等二十多种不同规格的液压支架，并在国内大、中型煤矿中推广应用，大大提高了我国煤矿开采的机械化水平。我国在1964 年由太原分院和郑州煤机厂设计70 型迈步式自移支架， 从此开始了液压支架的国产化道路。1984 年，北京开采所、沈阳所、郑州煤机厂在沈阳蒲河矿进行我国第一套放顶煤液压支架的工业性试验，继而研制了多种低位、中位和高位放顶煤支架， 成功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层工作面使用。1990 年后， 国产液压支架得到了全面的发展，到1998 年止，全国已建成88 处高产高效矿井，其中14 处矿单个工作面的单产达15.72 万t / 月， 原煤生产人员效率达9.16t / 工， 综采机械化水平达49.32 % ，达到了世界先进水平。据统计：1995年，我国统配煤矿的综合机械化程度已达50%左右，液压支架在籍套为509套：2000年统配煤矿机械化程度己达65%。液压支架在籍套数达700多套。目前，国内大、中型矿井中，条件合适的煤层均采用液压支架进行综合机械化开采。液压支架己成为保证安全、高效生产的一种重要设备。在综采比例方面也低与世界产煤大国地位极不相称世界主要产煤国家的综采比例都是全国煤炭井工生产的比例。波兰是92.5 % ，俄罗斯是85.7 % ，乌克兰是76.4 % ， 而美国、德国、英国、日本都是99 %以上。我国1998 年统计，国有重点煤矿回采产量3.67 亿t ，只有1.87 亿t 是综采生产，占49.32 %。而国有地方煤矿的综采比例远低于此数；乡镇地方煤矿则基本是空白。据初步估计，按全国井工生产的煤炭来算，综采比例只有23 %左右。 我们液压支架制造技术水平比较落后，在支架材料、加工工艺、性能和使用寿命等方面与世界先进国家相比还有很大差距。支架液压系统的阀类，用的是乳化油，防锈蚀要求很高，国外一直使用铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯；我国是45 号钢加表面防腐处理。密封件的寿命国外大于5a ，我国是2a 左右。我国液压支架耐久性试验要求是大于7 000 次，印度要求是大于35 000 次，美国是大于45 000 次。这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用，在国内高产工作面及在国际上是没有竞争力的。综采工程技术人员普遍认为目前我国支架的工艺技术水平尚未达到1979 年引进的100套支架的技术水平，可想落后远不止20 a 。国内产煤大矿务局高产工作面使用进口设备这一问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 发人深省。 我们液压支架控制系统的研究也落后，目前，我国国产液压支架的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式，虽然具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点，但它存在严重缺点： (1) 工人劳动条件差，安全性差； (2)移架速度慢，影响采煤机效率的发挥； (3) 通风条件差，支架故障率高； (4) 支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关系。 1.4.2 国外液压支架现状 支护和控制顶板，保持工作面的安全生产空间，是煤矿地下开采中的首要任务。在二十世纪五十年代前，国内外煤矿生产中，基本上均采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。1954年英国首次研制出液压支架，将液压技术应用到支护设备上，从而开辟了回采工作面支护设备的技术革命。从二十世纪六十年代起，国外各主要产煤国家，如前苏联、英国、法国、澳大利亚、美国、波兰等国家均相继大力发展和研制了各种型式的液压支架，并在煤矿生产中获得了广泛而成功的应用，从根本上改变和提高了地下开采的作业条件和安全性。据统计，目前这些主要产煤国家的地下开采综合机械化程度己达到90%左右，取得了良好的经济和社会效益。八十年代以来， 世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本、实现矿井集中生产做努力， 他们积极开发和应用新技术， 致力于高性能、高可靠性的新一代重型液压支架的研制。目前，以液压支架为主体的地下开采设备，己逐步向程控、遥控和自动化方向发展。这种新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器， 采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm。为减少割煤时间，一般采用0. 8～1m 的截深。支架还采用屈服强度800～1000MPa 的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性， 又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加， 为适应快速移架的需要， 国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站， 其额定压力为40～50MPa ， 额定流量400～500L / min ，可实现工作面成组或成排快速移架，达到6～8s/ 架。 美国是世界上最先进的采煤国家， 早在1990年就已采用额定压力50MPa 、额定流量478L / min的乳化液泵站， 以实现支架快速推进， 移架速度达6～8s/ 架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架， 使用寿命8～ 10 年， 可用率高达95 %～98 % 。支架平均工作阻力6470kN ( 最大为9800kN) ， 支架宽度普遍增大， 中心距达到1.75m ，并向2m 发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。如洛斯公司20 英里矿在250×5280m 长壁综采面用工作阻力为2×8565kN 电液控制两柱掩护式支架，1997 年6 月产商品煤90. 43 万t ， 成为世界上首次月产商品煤近百万吨的工作面； 1995 年9 月， 阿科煤炭公司的西糜鹿矿用工作阻力为8900kN 电流控制的两柱掩护式支架，月产煤达到60. 11 万t 。美国综采工作面最高日产超7 万t ，最高工效1336t / 工。澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产， 使用两柱掩护式支架， 支架的平均工作阻力为7640kN 。如尤兰矿用电流控制的两柱掩护式支架，在1995 年8 月8 日创下澳大利亚有史以来日产3.41 万t 的最高 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ， 班产一直保持在5000～6000t 。英国也在大力发展两柱掩护式支架， 工作阻力有了很大提高，达到6000～8000kN 。 1.5 液压支架的支护方式 综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。3个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。 液压支架在工作过程中，不仅要可靠的支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。因此，支架要实现升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压液体，通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。 一、即时支护 一般循环方式为：割煤—移架—推溜，工作面“三机”的配套关系如图1—4所示。即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。 二、滞后支护 一般循环方式为：割煤一推溜一移架。工作面“三机”的配套关系如图1—5所示。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板。 三、复合支护 一般循环方式为：割煤—支架伸出伸缩梁—推溜—收伸缩梁—移架。 复合支护的特点是，支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可适用于各种顶板条件。但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。 图1-4 即时支护“三机”配套方式 图1-5 滞后支护“三机“配套方式 2．建模和VRML虚拟现实语言简介 2.1参数化建模软件Pro/ENGINEER 1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER proewildfire5.0。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。 Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。 一、 参数化设计和特征功能 Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 二、 单一数据库 Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 Pro／Engineer Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO， DIN或 JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下： 一、特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）； 二、 参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）； 三、 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。 四、支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，Pro／PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。 五、贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro／ENGINEER的基本功能。 图2-1 Pro/E建模-互帮板 2.2 VRML现实虚拟构造语言 2.2.1 VRML的概述 VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实建模语言。是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言，也具有平台无关性。是目前Internet上基于 WWW的三维互动网站制作的主流语言。 VRML是虚拟现实造型语言（Virtual Reality Modeling Language）的简称，本质上是一种面向web，面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。VRML的对象称为结点，子结点的集合可以构成复杂的景物。结点可以通过实例得到复用，对它们赋以名字，进行定义后，即可建立动态的VR（虚拟世界）。 VRML不仅支持数据和过程的三维表示，而且能提供带有音响效果的结点，用户能走进视听效果十分逼真的虚拟世界（如简易迷宫、国际象棋）。用户使用虚拟对象表达自己的观点，能与虚拟对象交互，为用户对具体对象的细节，整体结构和相互关系的描述带来的新的感受。 2.2.2 VRML的发展史 VRML l.0标准是许多人的共同合作的结果。1993年9月，Tong Pari-si和MarkPesce开发了第一个VRML测览器。在第一届WW大会上(1994年秋于日内瓦)，由Tim Berners-Lee和Dave Raggett所组织的一个名为BOF的小组提出了VRML这个名字，但当时所代表的含义Virtual Reality Mark-up Language，只是在后来由于为了反映三维世界的建立而将Markup改为了Modeling，缩写仍为VRML。在这次大会后，一个名www-vrmlmail list的组织成立了，并于1994年秋在第二次WWW大会上发布了VRMLl.0的草稿。VRMLl.0允许单个用户使用非交互功能，且没有声音和动画，它只允许建立一个可以探索的环境，但没有别的。虽然VRMLl.0给人的最初印象看起来十分有限，但它的确形成了一组开发者可以用的工作核心， 以便建立RML2.O、VRML3·0或更新的版本。VRML2.0的规范于1996年8月通过，它在VRMLl.0的基础上进行了很大的补充和完善。它以SGI公司的Move World提案为基础。业界范围内对于VRML2.0的支持非常大。 许多重要的厂商明确表示，VRML2.0将是他们产品结构的基础。 1993.12 Parisi和Pesce开始开发第一个VRML测览器; 1994.03 首届WWW大会在日内瓦召开，提出VRML; 1994.06 开始VRML邮件列表; 1994.10 产生了基于SGI的Open Inventor文件格式的VRMLl·0第一稿; 1996.03 VRML结构组通过Moving World，并就VRML2·0标准进行投票; 1996.08 通过VRML2·0标准。 VRML发展已经成为新的国际标准X3D，它在VRML的基础上做了很多改动。X3D是一种支持XML编码格式的开放式3D标准,3D数据可以通过网络实现实时交流，具有可移植性，页面整合性，易于和下一代的网络技术整合，另外采用了组件化结构设计减少了系统资源的占用且具有很强的扩展性。 2.2.3 VRML的应用 如今，在国外VRML已经广泛应用于生活、生产、科研教学、商务甚至军事等各种领域，并取得了巨大的经济效益。VRML给我们带了个一个全新的三维世界，让我们的互联网不再仅仅停留在平面上，它使这个虚拟的世界动了起来，而且不光是他自己能动，我们还可以让他按照我们的意志动。 　旁边是使用VRML产生的场景，用户能在互连网上观看 （浙江理工大学小区，如图2-2）。照传统的展示方法，浏览者只能从这些图片中得到很有限的信息，不能对整个空间全面了解，而且每个浏览者的嗜好不同，我们呈现出的图片也许是浏览者没兴趣的角度，这样肯定达不到展示的目的。现在我们有了VRML就完全不用担心这些问题了，我们把模型做出来放到互联网上，让每个浏览者置身其中，随意浏览，想怎样走就怎样走，想怎样看就怎样看，完全没有限制。 图2-2 浙江理工大学信科七小区VRML模型 3.支撑掩护式液压支架顶梁总体设计及校核 顶梁是与顶板直接接触的构件，除满足一定的刚度和强度要求外，还要保证支护顶板的需要，如：同时要适应顶板的不平整性，避免因局部应力而引起损坏。 顶梁后面与掩护梁铰接，下面由立柱支撑，上与顶板直接接触，做成箱体，不但要满足一定的刚度和强度的要求，还要适应顶板的不平整性，避免局部应力过大而损坏。顶梁是支架主要承受顶板压力的部件，并起切顶租用，一般前、后柱窝断面为最危险断面，断面安全系数n＞1.1,它可多次发福支撑顶煤，以利于放煤。顶梁装有侧护板，一侧装有侧推千斤顶和弹簧，防止架间漏煤、矸石及调节支架间距。 顶梁基本尺寸：长度3640mm；宽度，侧护板收回时1450mm，全部伸出时为1750mm；上下面厚度360mm。 构件材料：16Mn钢板 结构：采用箱式结构，有钢板焊接而成。主要有四根主立筋，为加强构件的刚度，在上下盖板之间焊有加强肋，构成封闭式棋盘型。在顶梁下焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用销轴把立柱和顶梁连接起来；顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔连接。 图3-1 顶梁外形 3.1 顶梁长度的确定 3.1.1 支架工作方式对支架顶梁长度的影响 支架工作方式对支架顶梁长度影响很大，先移架后推溜方式（又称及时支护方式）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（又称滞后支护方式）要求顶梁长度较短。这是因为采用先移架后推溜的工作方式时，支架要超前输送机一个步距，以便采煤机过后，支架能及时前移，支控新暴露出的顶板，做到及时支护。 3.1.2 顶梁长度计算 支撑掩护式液压支架顶梁长度的计算公式为： 式中： —底座前柱窝中心的到底座前端的距离，由机构而定，取530mm； —铲煤板到煤壁间距离，一般为50～100 ，这里取50mm； —输送机宽，包括连接千斤顶装置，取1330mm； —采煤机滚筒截深，查得600mm； —顶梁前端到煤壁的距离，一般为250～350，取250mm。 从而得：b = 2260mm 顶梁全长:式中:n取 850mm,u取530mm ,得：L=3640mm 图3-2 定量计算示意图 3.2 顶梁宽度 顶梁宽度根据支架间距和架型来定，架间间隙为0.2 m左右。其中宽面顶梁一般为1.2～1.5 m。 这里取宽度为：1450mm 3.3 顶梁结构和断面形状 各类顶梁都为箱式结构，一般由钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘型。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。支撑式支架后端焊有挂帘板，作为挂挡矸石之用。在顶梁下面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来，支撑掩护式支架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。 按顶梁的断面形状，还可以把顶梁分成如下结构形式： 1、​ 闭式顶梁 闭式顶梁为顶梁上、下盖板与筋板焊接成封闭型。 一种为立筋凸出型，如图3-3所示，增加了焊接强度；另一种为立筋凹下， 焊接后使顶梁平整，但焊接强度不如前一种，如图3-4所示。 图3-3 顶梁筋板焊接图a 图3-4 顶梁筋板焊接图b 2、​ 开式顶梁 开式顶梁结构如图3-5所示。 开式顶梁的特点，可减轻顶梁的重量，增强顶梁的抗弯强度。 图3-5 顶梁开式立筋型式 对于支撑掩护式液压支架，为便于侧护板能自由伸缩，要在顶梁顶面上加焊一块比侧护板钢板稍厚的钢板，称为顶板，如图3-6中的a，同时也增强了顶梁的结构强度。 图3-6 顶梁断面 3.4 掩护梁 掩护梁的结构为钢板焊接的箱式结构，在掩护梁上端与顶梁铰接，下部焊有与前、后连杆铰接的耳座。有的支架在掩护梁上焊有立柱柱窝。活动侧护板装在掩护梁的两侧。 从侧面看掩护梁，其形状有直线型、折线型两种。 折线型相对直线型支架断面大，结构强度高，但工艺性差，所以很少采用。 从掩护梁的宽度方向来分，可分为整体式和对分式两种。对分式结构尺寸小，便于加工、运输和安装，但结构强度差。 3.5 侧护板 3.5.1 侧护板的种类 顶梁和掩护梁的侧护板有两种。 一种是一侧固定另一侧活动的侧护板。由于固定侧护板与顶梁焊接在一起，可节省梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。 在设计时，根据左右工作面来确定左侧或右侧为活动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定侧护板，下方为活动侧护板。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板紧靠。但当改换工作面开采方向时，活动侧护板便位于倾斜方向的上方，对调架、防倒蹬带来不便，所以很少采用。 另一种是两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。 3.5.2 侧护板的结构型式 侧护板的结构型式如图3-7至3-10所示。通常采用两种类型 图3-7 侧护板A 图3-8 侧护板B 图3-9 侧护板C 图3-10 侧护板D 一种是侧护板在顶梁的外侧。这种类型侧护板又有三种形式，图3-7，顶梁上没有顶板，侧护板容易被冒落的矸石压住，影响侧护板的伸缩；图3-8、图3-9，在顶梁上加设顶板，克服了以上的缺点，但支架承受偏载时，侧护板装置受力很大。 另一种是铰接式侧护板，如图3-10所示。它克服了以上两种侧护板的缺点，但由于架间侧护板造成三角带容易填入矸石，影响架间密封效果。 3.5.3 侧护板尺寸确定 顶梁侧护板的侧向宽度，按支架升降高度和推移步距来确定。即：考虑到当一支架升起，另一架降柱时，要保证相邻两架间侧护板不脱离接触。同时考虑到支架降柱后要前移，为防止顶梁后部侧护板脱离接触，顶梁侧护板后部要加宽，加宽的长度一般为从顶梁后部起大于一个步距，即大于600mm。 掩护梁侧护板的侧面宽度，主要考虑移架步距，一般比一个步距大100mm，即相当700mm。当一架固定，另一架前移时，两架之间能封闭，同时又考虑到降架前移时，原不动的掩护梁侧护板下部不致脱开。所以掩护梁侧护板下部要加宽。 顶梁和掩护梁侧护板的顶面宽度，与活动侧护板的形成有关。由两台相邻支架的架间距离确定。 顶梁和掩护梁侧护板的连接，在考虑动作灵活可靠的情况下，应尽量减小间隙，加强封闭性。 4. 顶梁的加工工艺及焊接 4.1顶梁结构及特点 液压支架主要组成部分由：顶梁、掩护梁、底座、四连杆及液压缸等。各部件装配尺寸要求较高，总装时要保证各部件安装，销轴穿插灵活，保证支架使用性能和整体性能。 顶梁的结构特点为：顶梁属细长形整体式框架结构、采用厚度为20mm和25mm的16Mn钢板拼焊成箱形断面结构其中顶板厚度为20mm,主肋板厚度为25mm。角焊缝高度为12mm和14mm。顶梁是支架的主要承载部件，负荷大，受力复杂，而且焊后易产生多种变形。 其中主要尺寸为顶梁与掩护梁的联接尺寸、肋板间穿过导杆推杆与侧推千斤顶的孔德同轴度、肋板间距装配尺寸及及焊接时如何防止焊接变形。 4.2 加工工艺 4.2.1 铆工加工工艺 主肋板在数控火焰切割器上下料，将孔预切割，下好后，调平，校形，并逐个电焊上加强版。将点焊好加强板的主肋板平放在平台上以基准面靠齐，用角尺校正，并排组对在一起，进行镗孔。在吊装及镗孔时主肋板不能散开或焊缝开裂。 4.2.2 焊接工艺 焊接工艺分析顶梁是液压支架主要承载部件，因此对支架的组焊质量要求较高。且顶梁属大型结构件，板件多、形状复杂、焊缝结构复杂、焊接量大、焊后易发生变形。针对以上不利因素，顶梁组对、点固焊接选用CO2气体保护焊方法，焊接顺序是影响焊接质量的主要因素之一，因此，选择合理的焊接顺序对控制焊接变形很重要。另外，在组对时，可根据实际工作经验，在易变形处预留变形量，对控制焊接变形，保证尺寸起到很好的作用。 顶梁焊接顺序从图4-1中可以看出，顶梁的焊缝基本对称布置，但焊接后每道焊缝引起的热变形并不能完全相互抵消，因为焊接过程中焊缝方向上热量分布不均匀，焊缝冷却有先后，在膨胀、收缩过程中受到的约束不同，所以，先焊的焊缝引起的变形量大。 合理的安排焊接顺序可以将焊接过程中引起的变形量控制在最小，保证装配后部件的强度等。 图4-1 焊接顺序 1、侧板 2、加强板 3、主肋板 4、顶板 5、主肋板 6、加强板 7、主肋板 注：“I”“II”“III”代表焊接顺序 顶梁的焊接方式中主要有对接焊接、角接焊接。下面介绍两种方式的焊接方法。 一、对接焊接 以4层焊缝为例，4层焊缝共11道，即：第一层为打底焊（1点），第二层为填充焊（共5道焊缝），第四层为盖面焊（共5道焊缝堆焊而成），焊缝层次与焊道排列如图4-2所示。 图4-2 对接焊接焊缝层次及焊道排列 二、角接焊接 角接焊接要求两板组对严密结合，立板与地板垂直，在试件两端点固焊牢，不得有油、锈、水分等杂质，并露出金属光泽。焊接顺序如图4-3所示。 图4-3 角焊焊接顺序 5. Pro/Engineering参数化建模 参数化设计和特征功能 Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性提供了在设计上从未有过的简易和灵活。故本次设计运用Pro/Engineer wildfire 4.0建立支架顶梁模型。 5.1 基础实体特征工具 5.1.1 拉伸（Extrude） 拉伸工具可以将2D截面沿着垂直截面的方向拉伸，以生成三维图形。当一个物体具有沿着某个方向的截面外型固定的特点时，就可以考虑使用拉伸来建构此模型。 拉伸命令按钮 位于工具栏右方，也可以选择菜单栏的“插入” “拉伸”命令。 下面以建立一个底面直径为100，高为50的圆柱体为例。 1、​ 选择草绘平面进行草绘 单击左下方“位置”按钮，选择“定义”，如图5-1所示。在视图中选择一个基准面作为草绘平面，在定义必要参照后即可进行平面草绘。如图5-2所示。 这里绘出一个直径为100的圆。如图5-3所示。 图5-1 拉伸特征选择草绘平面 a 图5-2 拉伸特征选择草绘平面 b 图 5-3 直径100的圆 二、拉伸成型 平面草绘图绘制完毕后，首先检查截面是否形成封闭截面，其次检查截面彼此是否互相交截。前者必须形成封闭截面，后者截面间不能相互交截。检查无误后点击右下侧 ，并选择 拉伸长度为100，如图5-4所示。 图 5-4 拉伸长度选择 图5-5 拉伸完成图形 点击右下方对勾，完成建模。如图5-5所示。 拉伸功能除可以建造实体模型外还可以切除现有实体模型，切除部分形状同样需要通过平面草绘确定，最后拉伸时点击 按钮。在拉伸操作时还会遇到各种各样的问题，充分利用选择项便可以完成预期建模。 5.1.2 旋转（Revolve） 旋转工具的功能是将2D剖面绕着一个旋转轴旋转以生成三维图形。当一个物体具有沿着某个旋转轴的截面外型固定的特色，便可以考虑使用旋转来建构此特征。 旋转命令位置：右方工具栏的 选择草绘平面方法同“拉伸“，草绘时需建立旋转轴。下面以建立杯状物体为例。 建立旋转轴、绘制截面图形。如图5-6所示。 图5-6 旋转示例草绘图 检查截面无误后，点击右下方对勾，进而选择旋转角度，这里我们选择默认360°。如图5-7、5-8所示。 图5-7 旋转角度选择图 5-8 旋转特征完成模型 5.2 液压支架顶梁各部件实体建模 本次设计顶梁由顶板、腹板、侧护板、活动侧护板、柱窝、筋板、侧推千斤顶、导杆和推杆9部分组成。 1、​ 顶板 顶梁顶板主要用到拉伸特征建构模型。分四次拉伸分别建构顶板、筋板、掉挂装置以及吊挂孔。如图5-9所示。 图 5-9 顶板模型 在建模过程中，注意各尺寸的参照尽量保证一致，从而减小设计及生产中产生的累积误差。 2、​ 腹板 腹板由三块板组成，全部通过拉伸成型。其中板b在建模过程中要注意其两端应有与筋板相同的倾斜角度，并建构相应的装配特征，以利于装配。如图5-10至图5-14所示。 图5-10 腹板a 图5-11 腹板b 图5-12 腹板c 图 5-13 腹板c草绘a端 图5-14 腹板c草绘b端 3、​ 筋板 顶梁共有四块主筋板，共三种结构，通过拉伸与旋转成型。筋板模型建构中需注意穿过推移杆和液压油缸的孔径大小以及各孔之间的定位尺寸，以便于正确装配。如图5-15至图5-17所示。 图 5-15 筋板a 图5-16 筋板b 图 5-17 筋板c 筋板a中的五个孔中，靠近后边缘的孔是与掩护梁铰接部分的通孔，其余四个分别穿过推移杆。筋板b中间两孔穿过侧推千斤顶。筋板c中间两孔穿过推移侧推千斤顶，两孔旁的凸起处用于固定弹簧。 4、​ 侧推千斤顶、导杆与推杆 侧推千斤顶由液压油缸和活塞杆组成。液压油缸与活塞杆主要由拉伸与旋转 特征建构而成。侧推千斤顶如图5-18所示。 图5-18 推移千斤顶 装配中液压油缸与活塞杆首先进行轴对齐约束，点击左下方“位置”按钮进行约束，操作如图5-19所示。 图5-19 侧推千斤顶装配轴对齐约束 其次对平面进行面约束，从而保证两端联接处的端面平行，操作如图5-20所示。 图5-20 侧推千斤顶装配面对齐角度约束 导杆用于连接弹簧和活动侧护板，活动侧护板处于工作状态时弹簧处于自然状态，当活动侧护板收缩时，弹簧处于压缩状态。导杆一端用于连接弹簧，另一端用于连接侧护板。拉伸与旋转特征是导杆建模的主要方式。导杆模型如图5-21所示。 推杆用于连接侧推千斤顶和活动侧护板，侧推千斤顶收缩从而拉回被弹簧推出的活动侧护板。推杆模型的构建方式是拉伸和旋转。推杆模型如图5-22所示。 图 5-21 导杆模型 图5-22 推杆模型 五、活动侧护板 活动侧护板高度相对顶梁主体高度要高，上面有四个圆孔与导杆、推杆进行连接。因为活动侧护板受水平压力，所以在其下部位置有一条加强筋，保证强度。活动侧护板上方的护板用来防止矸石进入液压支架之间。活动侧护板主要用过拉伸构建模型，如图5-23所示。 图 5-23 活动侧护板模型 六、柱窝 柱窝位于顶梁下侧，通常是铸件，用于连接立柱千斤顶。柱窝上有一个球窝，用来与立柱千斤顶的活塞杆配合。两侧有销钉连接装置。柱窝模型的构建主要由拉伸和旋转特征完成。如图5-24所示。 图5-24 柱窝模型 5.3 液压支架顶梁总体装配 5.3.1装配定义方式 顶梁装配中，主要用到了“放置”的定义方式。所以这里主要介绍“放置”这种元件放置的定义方式。 因为元件在三维空间中可以沿着三个方向移动与旋转，所以当使用“放置”的方式来装配元件时，必须要制定若干数量的约束条件，如此一来，元件的移动会与旋转就会一一被约束住，而可以固定在空间中某处。如图5-25是“放置”方式的对话框。 图5-25 “放置”方式对话框 定义约束时，首先要决定约束的类型，其次是在元件与组件上分别选取一个参照对象，这两个参照对象就会受到所指定约束的影响，连带使元件的位置产生变化。假如设置正确的话，要完全约束元件与组件的位置关系，通常需要1到3个约束。 一、匹配约束 在元件与组件中各选取一个平面（模型表面或基准平面），匹配约束就会将这两个平面贴在一起，而两平面的间距可以是0或其他的值这个距离就有“偏移”这个参数决定。另外还有一个“定向”的选项，这个选项只会让所选的面朝向彼此，但是之间的距离则不加以约束。如图5-26是“匹配”方式对话框。 图5-26 “匹配”方式对话框 二、对齐约束 “对齐”刚好与“匹配”相反，所选择的两个曲面会朝向相同方向。如图5-27是“对齐”方式对话框。 图5-27 “对齐”方式对话框 三、放置状态 放置状态分为“完全约束”“部分约束”“约束无效”。 “完全约束” ：元件的约束条件是足够的，元件的位置可以完全被固定住，即自由度为零。 “部分约束” ：元件的约束条件不足，元件还可以移动或旋转。即自由度大于等于1。 “约束无效” ：元件的约束条件互相违背。为了避免这种状态的出现，通常在元件的构建过程中建立特征元素，从而使得元件在装配时能正确装配。 下面以侧推千斤顶的装配为例，演示装配过程。 首先建立组件模板，一般不选择默认选项，选择牛顿毫米单位制。然后单击右方的添加元件按钮，添加元件“yyg.prt” ，单击右下方对勾。再次单击 按钮，添加元件“yyg1.prt”，选择“放置”中的“对齐”方式，分别选择两个元件的回转中心线，完成后选择“移动”，如图5-28所示。拖动活塞杆运动到一定位置后选择“放置”中的“对齐”方式，分别选择两个元件最远端两个端面，调整角度使其平行。如图5-29所示。完成装配。 装配完成后，活塞杆只是部分约束，仍然可以沿着回转中心线直线运动，可以绕旋转中心线旋转。 图5-28 侧推千斤顶活塞杆移动 图5-29 侧推千斤顶活塞杆面角度对齐 5.3.2 顶梁的总体装配 液压支架顶梁的总体装配主要运用的是拉伸和旋转方式。其中有些元件为完全约束，有些元件为部分约束，为动态仿真做准备。顶梁的总体装配如图5-30至5-32所示。 图5-30 顶梁整体装配模型a 图 5-31 顶梁整体装配模型b 图5-32 顶梁整体装配模型c 6. VRML动态仿真 VRML被广泛应用于Internet上创建虚拟的三维空间，VRML可以创建虚拟的建筑物、城市、山脉、飞船、星球等，还可以在虚拟世界中添加声音、动画、使之更加真实生动，甚至还可以是具有和浏览者的交互性更接近于现实世界的虚拟空间。本次设计中通过运用VRML虚拟现实语言对支撑掩护式液压支架顶梁的装配过程及其工作中动作的仿真模拟，以实现减少设计时间，增强设计中的交互性，缩短研发周期，减少产品成本，利于市场推广宣传等作用。 下面对VRML虚拟现实语言做部分详细的说明。 6.1 VRML文件的基本结构 VRML文件时一个后缀名为wrl的文件，它主要包括VRML文件头、造型、脚本、路由等部分。但是并不是每一个VRML文件都需要包括这些部分，其中只有文件头是每一个VRML文件都必需的部分。 6.1.1 VRML文件头 VRML文件头的语法形式如图6-1所示。 图6-1 VRML文件头的语法形式 这是每个VRML2.0文件所必需的开头，必须放在文件的第一行，而且必须要按照如上所示的语法格式出现。文件头分为3部分： VRML：告诉打开该文件的浏览器该文件时一个VRML文件； V2.0该VRML文件遵循的VRML规范是2.0版本； utf8：该文件使用的字符集是国际UTF-8字符集。 大多数计算机上使用的字符集通常是ASCⅡ字符集，而它只是UTF-8字符集的一个子集，因此从键盘上键入的字符都是UTF-8字符。UTF-8是USC Transform Format的缩写，其中USC是Universal Character Set的缩写，UTF-8是一个广泛支持多种语言的字符集，由国际标准化组织ISO 10646-1:1993标准所定义。 6.1.2 路由 路由的作用在于将各个不同的节点绑定在一起以使虚拟空间具有动感和交互性。大多数的VRML节点都有输入和输出的借口，其中输入接口称为eventIn,输出接口称为eventOut。一个节点通常具有多个不同输入接口和输出接口，但有一些节点并不同时具有输入和输出接口。 在两个节点之间存在着路由，事件将可以通过路由由这个节点传递到另外一个节点上。这样传递的时间通常可以改变相应节点的某些域值。例如，在虚拟世界中创建了一台电风扇，通过合适的路由将两者绑定之后，可以通过鼠标单击开关控制风扇的转与停，此时通过路由传输的事件就是风扇的动作控制。 如图6-1、6-2所示。 图6-1 VRML 电风扇 图6-2 电风扇程序中的路由 绑定两个节点的路由在没有触发前一直都处于休眠的状态，只有在被触发时，才有事件从输出接口的节点产生，并用过路由传送的输入接口的节点，引起相应的虚拟世界中的变化。可以将多个节点绑定在一起，从而创建复杂的线路，在虚拟世界中实现更真实的交互性。 6.1.3 节点 VRML文件的最基本的组成部分是节点，VRML文件的主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 就是节点的层层嵌套以及节点的定义和使用，由此构成整个的虚拟世界。 下面是一个绿色的圆锥体，高度是2.5，底面半径是2.5，背景为天空大地。 图6-3 绿色的圆锥体 图6-4 圆锥体程序 如程序中background节点的作用就是构造了整个虚拟世界的背景；Group节点的作用就是其他节点的编组；Cone节点创建了圆锥体。可见节点无疑是构造VRML世界的基本构件。 6.2 VRML基本造型 6.2.1 Shape节点 VRML文件中的长方体、圆柱体、圆锥体、球体4种最基本的空间造型是由相应的专门节点直接创建，而其他复杂的空间造型则由其他高级的造型方法来创建，本设计中模型由Pro/E创建。但是这些造型方法定义的只是空间造型的外形尺寸，造型的外观是由专门的节点控制，也就是说，空间造型是由几何尺寸和外观来