基于SolidEdge的液压支架顶梁优化设计系统-

1、Ä设计#计算Ã文章编号:1003-0794(200207-0001-02基于SolidEdge 的液压支架顶梁优化设计系统陈 龙,郑晓雯,王仝杰,李彩琴(中国矿业大学北京校区,北京100083摘要:介绍了基于SolidEdge,利用Visual Basic 开发的一个具有Windows 界面的液压支架顶梁优化设计系统。该系统在接受用户输入后,可优化设计出液压支架顶梁,并在SolidEdge 里绘出其三维图形来,以供进一步的研究分析使用。关键词:液压支架;优化设计;SolidEdge 中图号:TD355文献标识码:A 1 前言 液压支架是长壁综采工作面的关键设备,它的主要作用

2、是支护采场顶板,维护安全作业空间,推移工作面采煤设备。而顶梁则是支架的主要承力机构,与顶板直接接触,受载工况十分复杂,对其强度、刚度及稳定性的要求非常严格,是支架强度设计中最重要的部件,其重量占支架总重量的1/3左右。而以前对顶梁的设计,总是以经验为主,设计出来的不是太保守,就是太危险。因此,对顶梁进行优化设计,具有显著的实际意义和经济效益。2 顶梁受力分析顶梁的受力简图如图1所示。 图1 顶梁受力简图Fig.1 Shetch of stress on support beam由平面力系的平衡原理有E z =0E y =0从而可得2个方程 -F +P 1sin H 1+P 2sin H 2+R

3、 cos U =0 -Q 1-Q 2+P 1cos H 1+P 2cos H 2+R sin U =0各个力分别对顶梁右端点所在直线取力矩,由平面力矩的平衡方程有Q 1l -P 1cos H 1l 13-P 2cos H 2l 23=0式中l 整个顶梁的长度;F 静摩擦力;P 1、P 2前后排立柱的合力;Q 1、Q 2加在顶梁两端的集中载荷。根据5液压支架型式实验规范6(MT8684,液压支架顶梁加载方式有3类:¹两端加集中载荷;º加扭转载荷;»单边加载。各种加载方式如图2所示。图2 顶梁加载方式Fig.2 The modes of stress on suppo

4、rt beam由此可以计算出液压支架顶梁的空间受力情况。3 强度计算把顶梁简化为一个多腔室薄壁箱形结构,它的截面如图3所示。图3 顶梁简化截面F ig.3 Predigested section of support beam将施加在顶梁上的外载荷简化为作用在某一截面形心上的6个分力,它们分别为沿z 轴方向的轴向力N z ,沿x 方向的横向水平剪力Q x ,沿y 方向的横向水平剪力Q y ,截面所受扭矩T z ,绕x 轴和绕y 轴的弯矩M x 和M y 。然后开始求某截面上某一点的强度。根据弹性力学中正应力的计算方法可计算出由轴向力和弯矩产生的正应力R z 。而截面的剪应力是由扭矩T z 和剪

5、力Q x 、Q y 产生。剪应力流可分别由扭转剪应力流q ej 和弯曲剪应力流q yj 叠加求得。最后,可用第4强度理论作为强度计算准则R =R 2z +3S 2n4 优化设计在设计中,以顶梁重量最小为优化目标。由于材料的比重一定,而顶梁长度一般给定,所以最后以顶梁横截面面积最小为优化目标。优化变量如图3所示的t 1、t 2、t 3、t 4、t 5、S 1、S 2、S 3和S 4。而约束条件为0t i 1000S i 500R R #1# 2002年第7期 煤 矿 机 械文章编号:1003-0794(200207-0002-03榆家梁煤矿主斜井带式输送机设计优化与创新白 霄,申斌学(煤炭工业西

6、安设计研究院,陕西西安710000摘要:论述了榆家梁煤矿主斜井带式输送机设计过程中的优化与创新,给出了大运量、高带速带式输送机设计的一些成功经验。关键词:大运量;高带速;带式输送机;设计;优化;创新中图号:TD52811文献标识码:A1 引言榆家梁煤矿初期设计生产能力8Mt/a,主斜井带式输送机承担全井的运煤任务。这是煤炭工业西安设计研究院设计的一条大运量、高带速带式输送机。截至2001年9月10日已经安全运行270d,累计运煤461179万t,取得了很好的经济效益。矿井初期输送机的主要技术特征:运量Q max /t #h-13150输送带:阻燃型钢绳芯输送带带宽B /mm 1600带强ST1

7、250带速v /m #s-1输送机长度L /m 606输送机倾角H /(b 016驱动系统:美国罗克韦尔自动化公司的可控启 采用混合罚函数法进行优化计算,可以得到很好的结果。5 系统的组成和功能本系统采用VB 编程,用户所做的只需要输入一些参数,剩下的都由系统来完成。用户输入完参数后,系统开始进行受力分析,然后建立数学模型,进行优化设计,最后用SolidEdge 绘出液压支架的三维立体图形来,以供用户进一步设计使用。(1用户输入界面模块该模块是唯一与用户打交道的模块,主要用于用户输入各种参数。采用图形界面,界面友好方便,便于用户的输入。(2受力分析模块接受用户输入参数后,系统开始进行顶梁的受力

8、分析。计算出顶梁所受力的大小,进行强度计算,为下一步优化设计做准备。(3优化设计模块本模块是系统最重要的模块。受力分析完后,本模块接到上一模块传来的数据,建立数学模型,利用混合罚函数法,开始进行优化设计。(4绘图模块绘图模块是基于SolidEdge 而二次开发的。进行优化设计后,根据优化结果,就可以把顶梁绘制出来。利用本模块,可以很方便地在SolidEdge 里绘出顶梁的三维实体模型来,可供进一步的研究分析使用,如进行有限元分析等。6 结语综上所述,本系统不仅能进行液压支架顶梁的优化设计,而且最后还可以得出三维实体图形来,可进行进一步的设计。本系统在Windows 环境下使用,具有较好的人机交

9、互界面,使用简单、方便。参考文献:1朱诗顺1液压支架结构与材料的优化设计M 1北京:煤炭工业出版社,199612杜长龙,肖世德1液压支架计算机辅助分析与设计M1徐州:中国矿业大学出版社,199613冷向君1Vis ual Basic 中文版入门与提高M1北京:清华大学出版社,199914李启炎,陆大绚,张齐冰,等1SolidEdge 二次开发高级指南面向对象函数库及其应用M 1上海:同济大学出版社,20001作者简介:陈龙(1975-,四川人,中国矿业大学北京校区研究生,主要研究方向为三维建模、计算机辅助设计与有限元分析等。收稿日期:2002-02-02Optimization design

10、system for support beam based on SolidEdgeCHEN Long,ZHENG X iao _wen,WANG Tong_jie,LI Cai _qin(Beijing Branch,Chi na Universi ty of M ining and Technology,Beijing 100083,ChinaAbstract:This paper introduces a optimization design system for support beam,which is developed by Visual Basic with Windows interface and based on SolidEdge.This syste m can optimize and design support beam after received user .s pa -ramete