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支护设备顶梁的优化及有限元分析

发布于:2016-03-06 21:25
有限元分析

      巷道用自移式辅助支护设备为临时支护设备,支护强度要求低,原有的顶梁重量过大会给井下运输,安装,移动带来很多困难,已不符合实际应用,本设计拟采用刚性顶梁。顶梁由整块钢板和角钢焊接组成,角钢加强了钢板的稳定性,又用于和耳板的连接。为了防止大块钢板变形,中间焊接5条加强肋。在中建立的顶梁实体模型如图所示。
      在中对顶梁进行有限元分析,施加约束时选择耳板上表面为约束面,约束类型为在工作过程中,顶梁受到顶板的压力作用,顶梁考虑到设计过程中的安全性问题,只需分析结构部件最危险时刻受力情况,顶梁在立柱达到最大工作阻力时是受顶板施加的外载荷力最大的情况。载荷类型为,载荷施加平面为顶梁的上表面。加载后进行求解,输出计算结果的位移云图。应变云图和应力云图。
      根据顶梁的静力分析可以看出顶梁5个肋板之间有集中载荷,并且变形最大,5个柱窝之也有中载荷,而且顶梁的应力安全系数为相对较大,说明设计尺寸还是有些不合理。这就需要对顶梁的焊接零件的相对位置进行调整优化、调整,个肋之间和排柱窝之间的距离来减小应力集中。以肋之间的距离排柱窝之间的距离为设计变量,目标函数为顶梁载荷最小。
      从优化结果可以看出当肋板之间的距离为柱窝之间的距离为时顶梁所受的最大应力达到最小值,应力集中有效减小。此时安全系数,远大于许用安全系数 为了减轻重量,参照底座的优化过程对顶梁的厚度进行优化。以顶梁钢板厚度为设计变量,应力值为状态变量,顶梁钢板体积为目标函数,优化后取最优结果即可得当壁厚为时应力为优化后的顶梁受力云图,如图顶梁应力分布均匀,符合机械设计标准。
      本设备与掘进机配套使用,掘进机截割头的动会通过顶板和侧帮传到支护设备上,如果本设备的频率与掘进机振动频率相同时就会造成共振现象的发生, 影响本设备的稳定性和零部件的使用寿命。所以为了实现本设计的合理性,有必要对其固有频率及振型进行分析。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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