基于COSMOSWorks的液壓支架頂梁優(yōu)化設(shè)計_圖文

1、2009年第12期煤炭工程基于COSMOSWorks的液壓支架頂梁優(yōu)化設(shè)計葉鐵麗,李民,劉欣麗(山東科技大學(xué),山東青島266510摘要:以Solidworks為平臺建立液壓支架頂粱的三維模型。應(yīng)用COSMOSWorks模塊對頂粱偏載-Y-況T的承載能力進(jìn)行有限元分析,并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。實現(xiàn)了頂梁重量的減輕,優(yōu)化效果顯著,為相似結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了有益參考。關(guān)鍵詞:有限元分析;優(yōu)化設(shè)計;頂梁;COSMOSWo&s中圖分類號:TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:16710959(200912-0111-031概述綜合機械化采煤是煤礦開采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志,液壓支架作為綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備,是

2、綜采成敗的關(guān)鍵因素,并對煤礦安全生產(chǎn)有著重要的影響,液壓支架在整個綜采工作面中的投資占到了全部投資的60%左右,其重量占綜采設(shè)備總重量的80%左右。因此對液壓支架進(jìn)行優(yōu)化有重要的實用價值,通過優(yōu)化可以顯著降低成本,提高綜采的經(jīng)濟效益。液壓支架的優(yōu)化設(shè)計按其目標(biāo)函數(shù)不同可以分為:1在保持材料消耗量不超過某一限定值的前提下使最大應(yīng)力達(dá)到最小,即應(yīng)力優(yōu)化。2在保證結(jié)構(gòu)件一定可靠度的前提下,使重量達(dá)到最小,即重量優(yōu)化。3在重量不超一定值時,使可靠度最大,即可靠性優(yōu)化。本文基于COSMOSWorks平臺,以ZF5600/16.5/26放頂煤液壓支架頂梁為例,在外形和連接尺寸一定的前提下,對頂梁截面尺寸進(jìn)

3、行優(yōu)化,即通過調(diào)整頂梁梁體頂板、蓋板及主筋板的厚度和分布位置,改善應(yīng)力分布,進(jìn)行重量優(yōu)化,以達(dá)到減輕重量的目的。2液壓支架頂粱三維建模支架頂梁為箱形結(jié)構(gòu),一般由鋼板焊接而成,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,如果完全按其實體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析是很困難的,甚至可能受計算機的配置限制,無法完成相應(yīng)的計算及分析,所以對頂梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化是十分必要的。在建立頂梁三維模型時,應(yīng)忽略次要因素,簡化復(fù)雜因素,抓住主要因素來建立模型。充分利用Solidworks強大的功能,合理的選擇建模手段,采用自底而上的方式建立頂梁模型如圖1所示。圖1頂梁三維模型3有限元分析從理論上分析,頂梁支撐力分布應(yīng)與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復(fù)雜,分布

4、規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異,主要表現(xiàn)在頂板對頂梁壓力大小的不確定性、頂板和頂梁接觸位置和面積的不確定性等。因此支架頂梁加載模擬方式可分為均布載荷加載、集中載荷加載、扭轉(zhuǎn)載荷加載三大類。根據(jù)經(jīng)驗,頂梁受扭轉(zhuǎn)載荷作用是其損壞的主要原因。本文通過對頂粱受扭轉(zhuǎn)載荷作用的情況進(jìn)行分析來考核頂梁的承載能力。頂梁材料為Q460,材料性能指標(biāo)見表1。3.1邊界條件由于掩護梁與側(cè)護板對頂梁的影響不大,在此不予考慮。以液壓支架通用條件為依據(jù)在頂梁上添加墊塊,采用組合加載方式對頂梁進(jìn)行加載,如圖2所示。在計算時不把墊塊的作用力當(dāng)作外力來考慮,而是把墊塊的作用力當(dāng)作邊界條件來處理,在頂梁四個柱窩位置定義完全限

5、制,收稿日期:20090505基金項目:“十一五”國家科技支撐計劃項目“煤礦復(fù)雜條件綜采工作面關(guān)鍵設(shè)備研究”(2006BAAlllt05;。山東科技大學(xué)科學(xué)研究春蕾計劃項目”(2008AZZ034作者簡介:葉鐵麗(1967一,女,山東濟南人,副教授,現(xiàn)為山東科技大學(xué)機械電子工程專業(yè)在讀博士。 11ll置薹躉圓煤炭工程2009年第12期塑塾塑絲垡量!塑:望:墊塾堡量型:竺:查鏖虹:竺:晝壁塑鏖墮:里:煎墊堡墮!型:竺: Q4602.1X10“7.9x10”79004.61086.5x1083.2劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格前首先要進(jìn)行網(wǎng)格設(shè)置,設(shè)置如下:網(wǎng)格參數(shù)選擇默認(rèn);網(wǎng)格品質(zhì)為高;網(wǎng)格器選擇標(biāo)準(zhǔn);網(wǎng)格器

6、選項為自動過渡和實體的雅可比檢查為4。然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分,生成節(jié)點數(shù)為156610,單元總數(shù)為82962,如圖3所示。圖2頂梁受載分布圖3頂梁網(wǎng)格圖3.3求解與結(jié)果分析劃分網(wǎng)格之后,通過COSMOSWorks對模型進(jìn)行計算,得到結(jié)果如下:1從圖4(a中可以看出,最大應(yīng)力為4.7107N/ m2,發(fā)生在墊塊位置。2由圖4(b中可以看出,最大變形為1.210一m。發(fā)生在距離前柱窩1050mm處。3南圖4(c得出,最小安全系數(shù)為9.7,發(fā)生在墊塊位置。這說明該支架頂梁的設(shè)計偏于安全,頂梁應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。4優(yōu)化設(shè)計COsMOsworl【s使用的是基于“實驗設(shè)計”的優(yōu)化方法。在優(yōu)化設(shè)計時,為了計算方便,

7、應(yīng)對頂梁再做適當(dāng)?shù)暮喕?簡化后的頂梁截面網(wǎng)如圖5所示。1目標(biāo)函數(shù):以模型的體積最小為目標(biāo)函數(shù)。2設(shè)計變量:將頂梁的主筋板厚度、蓋板厚度和主筋112圖4液壓支架頂粱的有限元分析結(jié)果板之間的距離作為設(shè)計變量,如圖5所示。x7x6x4圖5頂梁橫截面3約束條件:以節(jié)應(yīng)力為結(jié)果類型,以VON:von Mises應(yīng)力為分量,選擇合適的界限。4優(yōu)化分析結(jié)果:模型經(jīng)過38次迭代收斂于一個最優(yōu)解,如圖6所示。其重量減小了6.5%,而其最大應(yīng)力值的變化量很小,安全系數(shù)高達(dá)7.6,仍可進(jìn)行優(yōu)化,但考慮 到液壓支架頂梁的受力比較復(fù)雜,存在很多不確定因素, 2009年第12期煤炭工程基于GIS的瓦斯地質(zhì)編圖技術(shù)研究劉曉

8、1,張瑞林2(1.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院,河南焦作454003;2.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院,河南焦作454003摘要:現(xiàn)有紙質(zhì)瓦斯地質(zhì)編圖存在的數(shù)據(jù)不易保存、查詢困難、探尋隱含數(shù)據(jù)規(guī)律繁瑣、更新周期長等弊端?；贕IS的瓦斯地質(zhì)編圖技術(shù)不僅改變了傳統(tǒng)瓦斯地質(zhì)圖的弊端,豐富了瓦斯地質(zhì)編圖的內(nèi)容和形式,而且能探討瓦斯地質(zhì)點源數(shù)據(jù)更深層次的隱含信息。加強了瓦斯地質(zhì)研究的手段,為礦井的安全生產(chǎn)快速決策提供依據(jù)。通過在淮北煤業(yè)集團蘆嶺煤礦的應(yīng)用取得了較好的效果。關(guān)鍵詞:GIS;瓦斯地質(zhì)圖;隱含信息;可視化中圖分類號:TP399文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:16710959【200912-011

9、3-03瓦斯地質(zhì)圖是瓦斯地質(zhì)科學(xué)研究成果及其分析結(jié)論的化,從而不斷加強現(xiàn)場工程技術(shù)人員對現(xiàn)有防突理論、技綜合反映,是分析瓦斯賦存特征、研究瓦斯運動規(guī)律、開術(shù)和方法的實際應(yīng)用能力,即探討一種全新觀念的突出煤展瓦斯涌(突出預(yù)測預(yù)報的基礎(chǔ)圖件。實踐表明,編制礦層瓦斯地質(zhì)信息圖編制技術(shù),使防突領(lǐng)域科研活動和安全井瓦斯地質(zhì)圖是當(dāng)前實現(xiàn)預(yù)防突出信息可視化的基本方式,管理決策能夠相互促進(jìn)、共同發(fā)展,具有非?，F(xiàn)實的研究同時也是一種預(yù)防煤礦瓦斯突出的良好管理手段,極大地意義和應(yīng)用價值。促進(jìn)了瓦斯地質(zhì)理論成果及相關(guān)技術(shù)在現(xiàn)場的應(yīng)用效率。1基于GIS的瓦斯地質(zhì)編圖流程編制礦井(突出煤層瓦斯地質(zhì)圖的意義在于將瓦斯地質(zhì)

10、理論分析和解釋的信息通過具體的圖紙媒介進(jìn)行詳盡表1.1瓦斯地質(zhì)數(shù)據(jù)的錄入達(dá)。當(dāng)今社會,計算機技術(shù)及在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立的信息化技瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是瓦斯地質(zhì)圖的核心,而數(shù)據(jù)組織、術(shù)達(dá)到了飛速發(fā)展,并在各行各業(yè)得到了廣泛的拓展與應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響瓦斯地質(zhì)編圖的效果用;“數(shù)字化礦山”的構(gòu)想也已經(jīng)應(yīng)運而生。在此背景之和對安全生產(chǎn)的指導(dǎo)作用。因此。必須嚴(yán)格把握建立瓦斯下,礦井瓦斯地質(zhì)圖無論從涵蓋內(nèi)容還是實現(xiàn)手段上都不地質(zhì)數(shù)據(jù)庫作業(yè)流程中的每一道技術(shù)環(huán)節(jié)。具體來說,建能再停留在傳統(tǒng)的圖紙概念水平。有機拓展礦井瓦斯地質(zhì)庫作業(yè)就是要采用各種檢驗方法和必要手段,確保所有的圖的內(nèi)容結(jié)構(gòu),并使其實現(xiàn)比較完

11、善的信息化、信息可視數(shù)據(jù)都能正確無誤地進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。q一置、oq席、赫-席、飄_廊、罩盧、戶a盧、萄掣眉、8呵用、礦_用、翳礦呻辟、-、亳庸k彝罔嚕用、-庸、.,癌h蠢-庸、.電穗、|、矗-庸、一橐庸、.,嚆、冉,爿.棒-蠖血士魁_產(chǎn)氣八.-./:,劓H.設(shè)計套組圖6目標(biāo)函數(shù)設(shè)計歷史圖表故停止優(yōu)化。5結(jié)語本文基于Solidworks建立液壓支架頂梁模型,通過COSMOSWorks對其進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計,完成了對頂梁的減重設(shè)計,重量減少6.5%,減重效果顯著。此方法可以推廣到類此結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中去。參考文獻(xiàn):1何文斌,李菊麗.李立偉.ANSYS在液壓支架優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用J.機械設(shè)計與制造,2007,(6:170172. 2江洪,陳燎,王智.Solidworks有限元分析實例解析M.北京:機械工業(yè)出版社.2007.3葉修梓,陳超祥.COSMOS基礎(chǔ)教程:COSM