基于COSMOSWorks的液压支架顶梁优化设计_图文

1、2009年第12期煤炭工程基于COSMOSWorks的液压支架顶梁优化设计叶铁丽,李民,刘欣丽(山东科技大学,山东青岛266510摘要:以Solidworks为平台建立液压支架顶粱的三维模型。应用COSMOSWorks模块对顶粱偏载-Y-况T的承载能力进行有限元分析,并根据分析结果进行优化设计。实现了顶梁重量的减轻,优化效果显著,为相似结构的设计提供了有益参考。关键词:有限元分析;优化设计;顶梁;COSMOSWo&s中图分类号:TP391文献标识码:B文章编号:16710959(200912-0111-031概述综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志,液压支架作为综采工作面的关键

2、设备,是综采成败的关键因素,并对煤矿安全生产有着重要的影响,液压支架在整个综采工作面中的投资占到了全部投资的60%左右,其重量占综采设备总重量的80%左右。因此对液压支架进行优化有重要的实用价值,通过优化可以显著降低成本,提高综采的经济效益。液压支架的优化设计按其目标函数不同可以分为:1在保持材料消耗量不超过某一限定值的前提下使最大应力达到最小,即应力优化。2在保证结构件一定可靠度的前提下,使重量达到最小,即重量优化。3在重量不超一定值时,使可靠度最大,即可靠性优化。本文基于COSMOSWorks平台,以ZF5600/16.5/26放顶煤液压支架顶梁为例,在外形和连接尺寸一定的前提下,对顶梁截

3、面尺寸进行优化,即通过调整顶梁梁体顶板、盖板及主筋板的厚度和分布位置,改善应力分布,进行重量优化,以达到减轻重量的目的。2液压支架顶粱三维建模支架顶梁为箱形结构,一般由钢板焊接而成,结构比较复杂,如果完全按其实体结构进行有限元分析是很困难的,甚至可能受计算机的配置限制,无法完成相应的计算及分析,所以对顶梁进行结构简化是十分必要的。在建立顶梁三维模型时,应忽略次要因素,简化复杂因素,抓住主要因素来建立模型。充分利用Solidworks强大的功能,合理的选择建模手段,采用自底而上的方式建立顶梁模型如图1所示。图1顶梁三维模型3有限元分析从理论上分析,顶梁支撑力分布应与顶板载荷分布一致。但顶板载荷复

4、杂,分布规律因支架顶梁与顶板的接触情况而异,主要表现在顶板对顶梁压力大小的不确定性、顶板和顶梁接触位置和面积的不确定性等。因此支架顶梁加载模拟方式可分为均布载荷加载、集中载荷加载、扭转载荷加载三大类。根据经验,顶梁受扭转载荷作用是其损坏的主要原因。本文通过对顶粱受扭转载荷作用的情况进行分析来考核顶梁的承载能力。顶梁材料为Q460,材料性能指标见表1。由于掩护梁与侧护板对顶梁的影响不大,在此不予考虑。以液压支架通用条件为依据在顶梁上添加垫块,采用组合加载方式对顶梁进行加载,如图2所示。在计算时不把垫块的作用力当作外力来考虑,而是把垫块的作用力当作边界条件来处理,在顶梁四个柱窝位置定义完全限制,收

5、稿日期:20090505基金项目:“十一五”国家科技支撑计划项目“煤矿复杂条件综采工作面关键设备研究”(2006BAAlllt05;。山东科技大学科学研究春蕾计划项目”(2008AZZ034作者简介:叶铁丽(1967一,女,山东济南人,副教授,现为山东科技大学机械电子工程专业在读博士。 11l划分网格前首先要进行网格设置,设置如下:网格参数选择默认;网格品质为高;网格器选择标准;网格器选项为自动过渡和实体的雅可比检查为4。然后进行网格划分,生成节点数为156610,单元总数为82962,如图3所示。图2顶梁受载分布图3顶梁网格图划分网格之后,通过COSMOSWorks对模型进行计算,得到结果如

6、下:1从图4(a中可以看出,最大应力为4.7×107N/ m2,发生在垫块位置。2由图4(b中可以看出,最大变形为1.2×10一m。发生在距离前柱窝1050mm处。3南图4(c得出,最小安全系数为9.7,发生在垫块位置。这说明该支架顶梁的设计偏于安全,顶梁应该进行优化设计。4优化设计COsMOsworl【s使用的是基于“实验设计”的优化方法。在优化设计时,为了计算方便,应对顶梁再做适当的简化,简化后的顶梁截面网如图5所示。1目标函数:以模型的体积最小为目标函数。2设计变量:将顶梁的主筋板厚度、盖板厚度和主筋112图4液压支架顶粱的有限元分析结果板之间的距离作为设计变量,如图

7、5所示。x7x6x4图5顶梁横截面3约束条件:以节应力为结果类型,以VON:von Mises应力为分量,选择合适的界限。4优化分析结果:模型经过38次迭代收敛于一个最优解,如图6所示。其重量减小了6.5%,而其最大应力值的变化量很小,安全系数高达7.6,仍可进行优化,但考虑 到液压支架顶梁的受力比较复杂,存在很多不确定因素, 2009年第12期煤炭工程基于GIS的瓦斯地质编图技术研究刘晓1,张瑞林2(1.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454003;2.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454003摘要:现有纸质瓦斯地质编图存在的数据不易保存、查询困难、探寻隐含数据规律繁琐、更

8、新周期长等弊端。基于GIS的瓦斯地质编图技术不仅改变了传统瓦斯地质图的弊端,丰富了瓦斯地质编图的内容和形式,而且能探讨瓦斯地质点源数据更深层次的隐含信息。加强了瓦斯地质研究的手段,为矿井的安全生产快速决策提供依据。通过在淮北煤业集团芦岭煤矿的应用取得了较好的效果。关键词:GIS;瓦斯地质图;隐含信息;可视化中图分类号:TP399文献标识码:B文章编号:16710959【200912-0113-03瓦斯地质图是瓦斯地质科学研究成果及其分析结论的化,从而不断加强现场工程技术人员对现有防突理论、技综合反映,是分析瓦斯赋存特征、研究瓦斯运动规律、开术和方法的实际应用能力,即探讨一种全新观念的突出煤展瓦

9、斯涌(突出预测预报的基础图件。实践表明,编制矿层瓦斯地质信息图编制技术,使防突领域科研活动和安全井瓦斯地质图是当前实现预防突出信息可视化的基本方式,管理决策能够相互促进、共同发展,具有非常现实的研究同时也是一种预防煤矿瓦斯突出的良好管理手段,极大地意义和应用价值。促进了瓦斯地质理论成果及相关技术在现场的应用效率。1基于GIS的瓦斯地质编图流程编制矿井(突出煤层瓦斯地质图的意义在于将瓦斯地达。当今社会,计算机技术及在此基础上创立的信息化技瓦斯地质基础数据是瓦斯地质图的核心,而数据组织、术达到了飞速发展,并在各行各业得到了广泛的拓展与应数据结构、数据质量的优劣直接影响瓦斯地质编图的效果用;“数字化

10、矿山”的构想也已经应运而生。在此背景之和对安全生产的指导作用。因此。必须严格把握建立瓦斯下,矿井瓦斯地质图无论从涵盖内容还是实现手段上都不地质数据库作业流程中的每一道技术环节。具体来说,建能再停留在传统的图纸概念水平。有机拓展矿井瓦斯地质库作业就是要采用各种检验方法和必要手段,确保所有的图的内容结构,并使其实现比较完善的信息化、信息可视数据都能正确无误地进入数据库系统。q一置、oq席、赫-席、飘_廊、罩卢、户a卢、萄掣眉、8呵用、矿_用、翳矿呻辟、-、亳庸k彝罔噜用、-庸、.,癌h蠢-庸、.电穗、|、矗-庸、一橐庸、.,嚆、冉,爿.棒-蠖血士魁_产气八.-./:,劓H.设计套组图6目标函数设计历史图表故停止优化。5结语本文基于Solidworks建立液压支架顶梁模型,通过COSMOSWorks对其进行有限元分析和优化设计,完成了对顶梁的减重设计,重量减少6.5%,减重效果显著。此方法可以推广到类此结构的优化设计中去。参考文献:的应用J.机械设计与制造,2007,(6:170172. 2江洪,陈燎,王智.Solidworks有限元分析实例解析M.北京:机械工业出版社.2007.3叶修梓,陈超祥.COSMOS基础教程:COSMOSWorksDe