液压支架整体顶梁的结构优化与有限元分析

摘要

液压支架作为综采工作面的重要设备之一，它在整个综采工作中的资源额大概占到全部总投资的60％。在煤炭综采过程中对于液压支架的投资所占的比例是相当高的。因此能够对液压支架的部件做科学的、可行的优化是具有重要价值意义的。ZZ700013/26型号的液压支架是淮南郑煤机舜立机械有限公司所生产的，它在淮南矿业集团的各矿区都有大量的使用。
　　 本课题以该型号支架作为研究对象，对支架的顶梁做结构优化。按照生产图纸在PRO/E软件中建立项梁的三维实体模型，并将模型导入到ANSYS软件中。通过常规力学分析计算、截面强度计算和有限元仿真计算，验证对原始结构进行优化的可行性。然后把顶梁各组件中的板元厚度设为自变量，建立优化函数，通过在MATLAB软件中编写字符函数程序，计算出该优化函数的最优解。按照国家标准中关于钢材的厚度值对计算所得的板厚进行圆整。对优化后的顶梁做截面强度校核，并对优化后的顶梁实体模型做有限元仿真分析计算。把手工计算的结果与仿真计算的结果作对比分析。最终得出科学的、可靠的顶梁结构参数。
　　 通过对顶梁的结构优化，降低了顶梁体的重量，并给出了很多有效、可行的改进措施。为企业降低了可观的生产成本，大概可以节约132.6万元的材料使用费，也减少了钢材资源的浪费。同时，该优化过程也为类似的研究课题提供了参照。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1.1 研究课题的提出背景

1.2 国内外有关液压支架的研究现状

1.2.1 国外液压支架发展的综述

1.2.2 我国液压支架的发展及研究现状

1.3 本课题研究的价值和意义

1.4 本课题的主要内容

1.5 本章小结

2 液压支架简介及其使用现状

2.1 液压支架概述

2.2 液压支架的分类

2.2.1 支撑式支架

2.2.2 掩护式支架

2.2.3 支撑掩护式支架

2.3 液压支架的结构

2.3.1 支架的承载结构件

2.3.2 辅助装置

2.3.3 液压元件

2.4 本章小结

3 液压支架整体顶梁的实体建模

3.1 机械CAD/CAM技术简介

3.2 液压支架顶梁的实体建模过程

3.3 本章小结

4 液压支架顶梁的力学分析

4.1 液压支架所在工作面的围岩关系

4.2 液压支架支撑能力的确定

4.3 液压支架的力学计算

4.3.1 支架的支撑合力与支护强度

4.3.2 液压支架简化平面受力分析

4.3.3 影响支架平面受力的主要因素

4.4 顶梁体的结构强度计算方法

4.5 顶梁体的结构强度计算过程

4.6 本章小结

5 支架顶梁原始结构的有限元分析

5.1 有限元法简介及ANSYS软件介绍

5.2 顶梁实体模型导入ANSYS分析软件的方式

5.3 顶梁分析的加载方式

5.4 约束条件的处理

5.5 顶梁体的网格划分

5.6 约束、加载与求解

5.7 本章小结

6 顶梁结构参数的数值优化过程与有限元分析

6.1 MATLAB数值计算软件简介

6.2 顶梁结构参数的数值优化计算过程

6.3 优化后的顶梁结构强度校核

6.3.1 截面抗弯强度校核

6.3.2 截面剪切强度校核

6.4 优化后的顶梁结构的有限元分析

6.5 本章小结

7 结论

7.1 本课题的主要结论

7.2 研究结果的价值与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果