液压支架顶梁的优化设计

论文摘要

液压支架是综合机械化采煤技术中最重要的设备之一。随着市场竞争的不断加剧和综采技术的不断发展,对液压支架提出了更高的要求,既要保证完备的工作性能又要尽可能减轻重量,提高经济效益。本文针对液压支架的发展现状和传统设计中存在的问题,将虚拟样机技术、有限元技术和优化设计引入到液压支架的设计中。首先为了最大程度的模拟液压支架的现实工况,减少设计上的失误。本文以ZF2800/16/24型液压支架为例,通过三维机械设计软件Solidwork建立液压支架模型,充分利用软件干涉检查功能来校核建模的合理性;建立液压支架仿真模型并进行运动仿真,分析四连杆机构的性能;将液压支架运动仿真过程录制成动画,设计人员可以直观、动态的了解液压支架的升、降过程,极大的缩短了设计周期,提高设计效率。然后分析液压支架受力状况。通过对顶梁受扭转工况进行有限元分析,得到以图形的方式表现出顶梁上所有单元或节点的应力和应变分布情况,通过对其分析既能够全面准确地了解顶梁的受力状况又可以弥补传统样机试验中测试点个数不足的问题。同时发现顶梁的最大应力值远小于材料的许用应力,可以对顶梁进行优化。最后在顶梁有限元分析的基础上,建立其优化数学模型并对其进行优化,对初步优化结果进行分析发现所得顶梁截面不对称且各个筋板厚度不一致,这将不利于加工制造,并且顶梁重心会偏离其几何中心,容易导致滑架倒架。因此论文进一步通过人机结合技术重新建立数学模型进行优化,借助设计人员的经验和知识对优化过程进行干预,最终得到了较为满意的结果,在保证支架综合性能的前提下有效的降低了顶梁重量,提高了经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 课题提出
• 1.2 液压支架的研究现状及发展趋势
• 1.3 液压支架传统设计中存在的不足
• 1.4 研究目的与内容
• 2 液压支架及其样机试验
• 2.1 液压支架概述
• 2.2 ZF2800/16/24型放顶煤液压支架
• 2.3 液压支架的样机试验
• 2.4 本章小结
• 3 液压支架三维建模及运动仿真
• 3.1 虚拟样机技术与建模软件
• 3.2 液压支架建模
• 3.3 运动仿真
• 3.4 本章小结
• 4 液压支架顶梁有限元分析
• 4.1 结构有限元分析方法
• 4.2 液压支架的受力以及强度计算
• 4.3 液压支架顶梁受扭转的有限元分析
• 4.4 本章小结
• 5 液压支架顶梁优化设计
• 5.1 机械结构优化设计的概念与方法
• 5.2 基于COSMOS的顶梁的优化设计
• 5.3 基于人机结合技术的顶梁优化设计
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文