基于SolidEdge的液压支架顶梁优化设计系统
基于SolidEdge的液压支架顶梁优化设计系统
Ｆ ＋ Ｐｌｉ １＋ Ｐ２ ｉ ２＋ Ｒｃ ｓ ￣ｍ ｓｎ０ ｓｎ０ ｏ ｑ －０
Ｑｌ —Ｑ２ ＋Ｐｌ ｓ １ ２ｏ０ ＋Ｒｓ ｃ ０ ｃ ０ ＋Ｐ ｃｓ ２ ｏ ｉ ？＝ ｎ 各 个 力 分 别 对 顶 梁 右 端 点 所在 直 线 取 力 矩 ， 由
一
平 面力 矩 的平 衡 方 程有 式中
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 ；Ｓ ｌ Ｅ ｇ ｏ ｄ ｄｅ ｉ
中 图号 ：Ｔ ３ ５ Ｄ ５
１ 前 言
文献 标 识码 ：Ａ
液 压 支 架 是 长 壁 综 采 工 作 面 的关 键 设 备 ， 的 它 主要作 用是 支 护 采 场顶 板 ， 护安 全 作 业空 间 ， 移 维 推 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 ， 载 工 况十 分复 杂 ， 其 强度 、 受 对 刚 度及 稳定 性 的 要 求 非 常 严格 ， 支 架 强 度 设 计 中 是 最 重要 的 部 件 ， 重 量 占支 架 总 重 量 的 １ ３左 右 。 其 ／ 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 ， 有显 著 的实 际 意义 和 经 济效 益 。 具
２ 顶 梁受 力 分析
唧
图 ２ 顶 梁 加 载 方 式
Ｈ ｇ． ２ Ｔｈｅ ｍ ｏ ｅ ｔｅ ｓ ０ｌｓｌ ｏｒ ｅ ｄ ｓｏｆｓ ｒ ｓ Ｉ ａｐｐ ｔ ｂ ａｍ
Ｑｌ Ｑ — — 加 在 顶 梁两 端 的 集 中载 荷 。 、２
液压支架的参数化设计及其顶梁的结构优化研究
液压支架的参数化设计及其顶梁的结构优化研究液压支架是一种受力分析和结构优化的重要组成部分，其参数化设计和顶梁的结构优化是提高支架性能和效率的关键。
液压支架一般由液压缸、支撑柱和顶梁构成，其主要功能是提供支撑和调整载荷的能力。
参数化设计是指将支架的关键参数进行统一的定义和控制，以便根据实际需求快速、灵活地设计并调整支架的形状和尺寸。
参数化设计可以基于CAD软件进行，通过在软件中输入参数的数值范围和约束条件来生成不同参数组合的设计方案。
通过参数化设计，可以快速推导出支架各个部件之间的关系，并进行承载能力和优化研究。
在设计液压支架时，应考虑以下几个重要参数：1.支撑柱的数量和位置：支撑柱的数量和位置决定了支架的稳定性和承载能力。
通常情况下，较多的支撑柱可以提供更好的稳定性，但也会增加制造和安装的复杂度。
因此，需要进行参数化设计以确定最佳的支撑柱数量和位置。
2.顶梁的形状和尺寸：顶梁的形状和尺寸直接影响到支架的刚度和承载能力。
通过参数化设计，可以调整顶梁的长度、截面形状和材料，以满足不同的工作条件和承载要求。
3.液压缸的数量和尺寸：液压缸提供支架的调整功能，其数量和尺寸应根据实际需要进行参数化设计。
液压缸的数量和尺寸决定了支架的调整能力和工作效率。
结构优化是指在满足既定的设计要求和约束条件下，通过调整支架的形状和材料，使其在承受最大载荷时具有最小的质量、最高的刚度和最优的性能。
在进行优化研究时，可以采用有限元分析方法对支架的载荷响应进行模拟和分析。
通过改变参数和材料，可以通过模拟分析得到不同设计方案的性能指标，如最大应力、最小变形和最小重量等。
然后，可以使用多目标优化算法确定最佳的设计参数组合。
结构优化的目标是尽可能满足承载要求的前提下，减小支架的重量和尺寸，以提高效率和节约成本。
优化的过程中，还应考虑材料的可靠性和制造的可行性，以确保支架的安全性和可靠性。
在液压支架的参数化设计和顶梁的结构优化研究中，需要考虑到多个因素的综合影响，从而得到最佳的设计方案。
液压支架四连杆机构运动分析和优化设计
液压支架四连杆机构的运动分析和优化设计刘刚（河北天择重型机械有限公司，河北邯郸 056200）摘要：利用SolidWorks实现了液压支架二维模型的建立，分析了四连杆机构的运动规律，得到了顶梁前端准确的运动轨迹，并且对四连杆机构进行了优化设计，为液压支架的设计制作提供了方法和经验。
关键词：液压支架；四连杆机构；优化设计kinematics analysis and optimization design of HydraulicSupport’four-bar linkageLIU Gang（Hebei Tianze Heavy Machinery Co.，Ltd.，Handan 056200，China）Abstract：Drew planar models of hydraulic support based on SolidWorks, analyzed kinematics regulation of the four-bar linkage, get accurate kinematics track of canopy,and optimized four-bar linkage，provided the method and experiences for design and manufacture of hydraulic support.Key words: hydraulic support；four-bar linkage；optimization design0 引言液压支架不仅可以维护顶板和工作空间，而且能够推动工作面移动，是煤矿综采工作面的核心设备。
现在普遍采用四连杆机构作为顶梁的稳定机构，经过长期的实践使用，取得了巨大的经济效益，彻底解决了支撑式液压支架稳定性差的问题。
四连杆机构是液压支架最重要的连接部件，它控制顶梁沿近似双纽线的轨迹运动，大大缩小梁端距的变化量，提高了顶板管理性能。
基于SolidWorks的液压支架设计
（３） 在 强 大 的 设 计 功 能 和 易 学 易 用 的 操 作 （包 括 Ｗｉｎｄｏｗｓ 风格的拖 ／ 放 、点 ／ 击 、剪 切 ／ 粘 贴）协 同 下 ，使 用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ ，整 个 产 品 设 计 是 可 百 分 之 百 可 编 辑 的 ，零 件 设计、装配设计和工程图之间的是全相关的 。
关键词：液压支架 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 有限元 优化设计
引言 液 压 支 架 作 为 综 采 工 作 面 高 产 高 效 的 关 键 设 备 ，它 能
可靠而有效地支撑和 控 制 工 作 面 的 顶 板 ，隔 离 采 空 区 ，防 止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与输送机及采 煤机 配套使用，实现 采 煤 综 合 机 械 化 ，解 决 机 械 化 采 煤 工 作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提 高采煤和运输设备 的 效 能 ，减 轻 煤 矿 工 人 的 劳 动 强 度 ，最 大限度保障煤矿工人的生命安全。液压支架的主要结构 件是由各种钢板拼焊而成的箱型结构，其形状复杂且体 积庞大。据统计，支架设计所花费用只占总成本的 ５％左 右，但在产品 成本中约有 ７０％以上是在设计阶段 由 设 计 所决定的 。因此，在 满 足 用 户 实 际 要 求 的 前 提 下 ，减 小 支 架的重量及制造成本对于制造企业具有重要意义。而采 用 国 际 先 进 的 三 维 软 件 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 进 行 设 计 完 全 能 满 足 这一要求。 １ 三维设计软件 Ｓ ｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 软件的主要功能特点
ＷＵ Ｍｉｎｇｈａｉ， ＮＩＵ Ｂｅｎ， ＣＯＮＧ Ｘｉａｏｆｅｎｇ （Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｊｉｎａｎ ２５００３１） Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｃｕｐｏｌａ， ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｕｒｎａｃｅ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ process of melting and casting technology is briefly introduced, and we do a comparative analysis of investment, energy saving, environmental protection and so on. We can see that the short- cut melting process have unique advantages in cost, energy saving and environmental protection respects. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｕｐｏｌａ， ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｕｒｎａｃｅ， ｓｈｏｒｔ ｐｒｏｃｅｓｓ
液压支架的最优化设计.doc
液压支架的最优化设计摘要：本文介绍了从两组不同参数的采矿工程所使用的液压支架（如图1）中选优的流程。
这种流程建立在一定的数学模型之上。
第一步，寻找四连杆机构的最理想的结构参数以便确保支架的理想的运动轨迹有最小的横向位移。
第二步，计算出四连杆有最理想的参数时的最大误差，以便得出最理想的、最满意的液压支架。
图1 液压支架关键词：四连杆机构；优化设计；精确设计；模糊设计；误差1.前言：设计者的目的时寻找机械系统的最优设计。
导致的结果是一个系统所选择的参数是最优的。
一个数学函数伴随着一个合适的系统的数学模型的出现而出现。
当然这数学函数建立在这种类型的系统上。
有了这种数学函数模型，加上一台好的计算机的支持，一定能找出系统最优的参数。
Harl描述的液压支架是斯洛文尼亚的Velenje矿场的采煤设备的一个组成部分，它用来支护采煤工作面的巷道。
它由两组四连杆机构组成，如图2所示.四连杆机构AEDB 控制绞结点C 的运动轨迹，四连杆机构FEDG 通过液压泵来驱动液压支架。
图2中，支架的运动，确切的说，支架上绞结点C 点竖向的双纽线的运动轨迹要求横向位移最小。
如果不是这种情况，液压支架将不能很好的工作，因为支架工作在运动的地层上。
实验室测试了一液压支架的原型。
支架表现出大的双纽线位移，这种双纽线位移的方式回见少支架的承受能力。
因此，重新设计很有必要。
如果允许的话，这会减少支架的承受能力。
因此，重新设计很有必要。
如果允许的话，这种设计还可以在最少的成本上下文章。
它能决定去怎样寻找最主要的图2 两四连杆机构四连杆机构数学模型AEDB 的最有问题的参数421,,a a a 。
否则的话这将有必要在最小的机构AEDB 改变这种设计方案。
上面所罗列出的所有问题的解决方案将告诉我们关于最理想的液压支架的答案。
真正的答案将是不同的，因为系统有各种不同的参数的误差，那就是为什么在数学模型的帮助下，参数421,,a a a 允许的最大的误差将被计算出来。
基于Solidworks的液压支架运动仿真及优化设计
１ ０・
煤
矿机 电 ຫໍສະໝຸດ ２ ０ １ ４年第 ２期
基于 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ的液 压 支 架 运 动 仿 真 及 优 化设 计
司炎 飞 ， 王守信 ， 李亮 ， 龚桂 良
（ 太 原科 技 大 学 机 械 工 程 学 院 ，山西 太原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
摘
要： 以Ｚ Ｙ ８ ８ ０ ０ ／ １ ８ ／ ３ ８ Ｄ型掩 护 式液压 支架 为研 究对 象 ， 利用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ 建 立 了三 维模 型 ， 并
顶梁 、 掩 护梁 和底 座 采用 对 称 基准 面 相 互重 合 的装配 关 系 ， 以防 因采 用 高 级 配合 而 装 配 体 出现 仿
Ｓ ｉ Ｙ ａ ｎ ｆ ｅ ｉ ，Ｗ ａ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｏ ｕ ｘ ｉ ｎ ， Ｌ ｉ Ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ， Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ２ ４ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
图 １ 液压 支 架 的 三 维模 型
件模 型 ， 进而 再 进行 液 压 支 架 的虚拟 装 配 。装 配 结
果如图 １ 所示 。
２ 液 压支 架 的运动仿 真 及分析
Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ自带 的 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ Ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ插 件 是 一
计算 机 仿 真 已成 为 现代 极 为 重要 的科 研 手段 ， 三维 软件 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ 具有 强 大 的参 数 化 建模 及 运 动 仿真 功能 。本 文 采 用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ 对 Ｚ Ｙ ８ ８ ０ ０ ／ １ ８ ／ ３ ８ Ｄ
液压支架构件的成本优化设计
液压支架研究报告一、引言液压支架是一种应用于矿山露天开采中的重要工具，用于矿井的支护和排水。
随着矿井的深入开采和开采规模的不断扩大，液压支架的研究和发展也变得越来越重要。
本报告将对液压支架的结构和原理进行分析研究，并探讨其在矿山开采中的应用。
二、液压支架的结构液压支架主要由液压缸、顶梁、底架和支架腿等部件组成。
其中，液压缸是液压支架的核心部件，通过液压系统的控制，可以实现支架的升降和调节。
顶梁连接在液压缸上方，起到支撑矿井顶板的作用。
底架和支架腿固定在地面上，用于支撑整个液压支架的重量。
三、液压支架的原理液压支架采用的是液压力传递的原理。
当液压系统中的液体受到压力时，通过液压缸的缩短或伸长，实现液体的压力传递。
液压支架中的顶梁通过液压缸的升降来支撑矿井顶板，从而保证矿井的安全性。
液压支架可以根据实际需求进行调节，以适应不同矿井的开采要求。
四、液压支架的应用液压支架广泛应用于矿山露天开采中的煤矿和金矿等领域。
煤矿开采中，液压支架可以有效支撑矿井顶板，防止顶板塌落和坍塌，保障矿工的安全。
金矿开采中，液压支架可以用于矿井的排水，将矿井中的水分排放出来，保证矿井的畅通。
五、液压支架的优缺点液压支架具有以下优点：首先，液压支架结构简单，操作方便，易于安装和维护。
其次，液压支架可以根据实际需求进行调节，适应不同矿井的开采要求。
再次，液压支架具有良好的稳定性和可靠性，可以保证矿工的安全。
然而，液压支架也存在一些缺点，比如成本较高，需要配备专用的液压系统，而且在极端环境下的工作效果可能会受到一定的限制。
六、液压支架的发展趋势随着矿井开采技术的不断进步，液压支架的研究和发展也在不断推进。
未来，液压支架有望实现自动化和智能化，提高工作效率和安全性。
同时，液压支架的结构和材料也将得到改进，以提高其承载能力和使用寿命。
此外，液压支架的节能环保性能也将成为未来发展的重点。
七、结论液压支架是矿山开采中不可或缺的重要工具，具有广泛的应用前景。
液压支架的优化设计
目录摘要 (1)引言 (2)1液压支架的选型 (3)1.1数学模型 (4)2.液压支架的随机模型 (6)2.1数学模型 (6)3 实例 (7)3.1 AEDB机构的最优化连杆 (8)3.2 AEDB机构的最佳公差 (9)4.结论 (10)参考文献 (11)液压支架的优化设计摘要：本论文论述了一种最优化程序，这种程序主要是针对从事采矿业液压支架两组参数的最佳测定。
它是基于数学规划的方法。
首先，寻求这些四连杆机构的最优参数值是为了确保支架在做所要求的运动的同时，使得横向位移最小。
其次，计算出四连杆机构最佳数值的最大偏差。
关键词：四连杆机构；数学规划；逼近法；公差引言设计师的目的是为完美的机械系统寻求最好的设计。
这种努力的一部分,是优化所选择一些特定的系统参数。
如果为系统做出数学模型，就可以使用数学规划法。
当然，这取决于系统的类型。
在这种情况下，计算机的应用有助于能够确保找到系统的最优参数。
有Harl1998年所描述的液压支架（见图1）是斯洛文尼亚矿厂采矿设备之一，它用于保护矿井巷道的工作环境。
它有两组四立柱（FEDG and AEDB）所组成，如图2中所示。
机构 AEDB决定藕合点ｃ的运动，机构FEDG通常石油液压缸驱动的。
图1 液压支架图2 四连杆机构那就要求支架的运动更精确，如图2中C 点的运动方向要垂直于最小横向位移。
如果不是这种情况，液压支架将不能正常工作，因为它缺乏机械的通用性。
1992年在Grm 实验室对液压支架的原型机做过试验。
支架表现出恒大大横向位移，这就降低了它的适用性。
所以，有必要对此重新设计。
如果可能的话，这项工程应在提高支架性能的同时，尽量降低成本。
这就决定了采用数理规划法为AEDB 四连杆机构中最有争议的参数1a 、2a 、4a 寻求最优值。
否则，有必要改变这个项目，至少改变AEDB 机构。
以上问题的解决将使我们重新考虑理想液压支架的系统。
由于各种系统参数存在偏差，实际的考虑将是不同的，这也就是我们为什么用数理规划法计算参数1a 、2a 、4a 的最大允许偏差的原因。
基于SolidEdge的液压缸CAD系统开发
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ＣＡＤ系 统
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Ｐｗｒｕ ｅ 是 Ｓｂｓ公司推出的一种 ４ Ｌ第四代程序设 ｏ ｅ ｉ ｒ ｙａ Ｂｄ ｅ Ｏ（
计语言 ） 高级数据库应用程 序开发环境 ， 在这个环境 中开发数据
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库应用程序 ， 使用其专利技术——Ｄ ｌ ｉ ｏ ， ａ Ｗ ｎ ｗ 可以很轻松的 ａ ｄ 开发出非常专业的数据库应用程序。
１Ｓｌ Ｅ ｇ ｏｄ ｄｅ软件及 Ｐｗ ｒｕｌｅ 开发工 间安排对话 ， ｉ ｏ ｅＢ ｉ ｒ ｄ 使得二次开发 的程序启动调用 ＳｌＥ ｇ 的强大功 ｏｄ ｄｅ ｌ 具简介 能 。系统基本构成如 １ 图所示 。
Ｓｌ Ｅｇ 是 由美 国 Ｕ Ｓ 司开 发的基于 Ｗｉ ｏ ｓ ｏｄ ｄｅ ｉ Ｇ 公 ｎ ｗ 环境 的 ｄ 中端 Ｃ Ｄ软件包 。 主要 特性有 ： Ａ 其
（ ｏ ｇａ ｇＣ ｌ ｇ， ａｈｉ ｎｔｕｅｏ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｌａ ｙ ｎ ａ ｇ ２ ２ ６ ， ｈｎ ） Ｄ ｎｇ ｎ ｏｌ ｅ Ｈｕ ｉａ Ｉｓ ｔｔ ｆ ｃ ｎ ｌ ， ｉ ｕ ｇｎ ２ ０ ９ Ｃ ｉａ ｅ ｉ Ｔ ｇ ｎ
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维普资讯
机 械 设 计 与 制 造
一
第 ２期 ２０ ０ ７年 ２月
８ 一 ８
Ｍａ ｈｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅ ｙ ｓ ｇ
液压支架顶梁的重量优化
ai=yc-yi .
（2）
3）顶梁 1~5 号板中心的惯性距 J1—J5 如式（3）
所示：
扇设设J1=B1t13/12
设
设设设J2=B2t13/12
缮设设设J3=t2t33/2
.
设
设设设J4=B3t13/3
墒设设设J5=（B2-6t2-4B3）t13/12
（3）
4）顶梁各块板对形心的惯性距通过式（4）计算：
总第 179 期 2018 年第3 期
机械分析与设计
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 179 No.3，2018
DOI:10.16525/14-1134/th.2018.03.14
液压支架顶梁的重量优化
杨彦华
（山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿， 山西 古交 030200）
Jyi=Ji+ai2A i .
（4）
5）结合式（1）—（4）可求得顶梁的弯曲正应力，
如式（5）所示：
滓=
M4×（t3+2t1-yc） 5
.
移Jyi
n=1
顶梁的剪应力均值通过式（6）计算：
（5）
子=
Fs3
5
.
移A i
n=1
基于SolidWorks和ANSYS的液压支架顶梁疲劳可靠性分析
doi ：10.11799/ce201901021收稿日期：2018－04－16基金项目：辽宁省自然科学基金指导计划“液压支架用抗冲击双级保护安全大流量阀关键技术研究”（20180550584）；营口理工学院优秀科技人才支持计划资助作者简介：宋宇宁（1985—），男，辽宁鞍山人，工学博士，讲师，主要研究方向为机械系统建模与仿真，E －mail ：songynning1230@ 。
引用格式：宋宇宁，徐晓辰．基于SolidWorks 和ANSYS 的液压支架顶梁疲劳可靠性分析［J ］．煤炭工程，2019，51（1）：91－95．基于SolidWorks 和ANSYS 的液压支架顶梁疲劳可靠性分析宋宇宁，徐晓辰（营口理工学院，辽宁营口115014）摘要：为保证井下开采作业可以安全高效进行，时刻掌握液压支架的可靠性情况，使液压支架可靠性维持在一个较高的水平，利用正交试验分析了液压支架关键部件顶梁在外载位置不同的情况下的最大应力，并应用Solidworks 和ANSYS 进行仿真建模分析。
研究表明：液压支架顶梁危险截面主要位于柱窝附近箱型结构上，其可靠性模型可由应力－强度干涉模型衍生。
可靠度随着载荷循环次数的增加而降低，当载荷循环次数增加到一定值时，顶梁材料达到疲劳极限，发生失效。
关键词：可靠性；正交试验；危险截面；应力－强度干涉模型；载荷循环次数中图分类号：TD355+.2文献标识码：A文章编号：1671－0959（2019）01－0091－05Analysis of the Beam Fatigue Ｒeliability of HydraulicSupport based on ANSYS and SolidWorksSONG Yu －ning ，XU Xiao －chen（Yingkou Institute of Technology ，Yingkou 115014，China ）Abstract ：In order to ensure the underground mining operation can be carried effectively and safely ，always grasp the reliability of hydraulic support ，and maintain the reliability of hydraulic support at a high level ，the orthogonal test is used to analyze the maximum stress of the top beam of the key components of the hydraulic support under different external load positions．Ｒesearch shows that ：hydraulic support beams of dangerous section mainly located in the column near the box type structure on the nest ，the reliability model can be derived by stress strength interference model．With the increase of load cycles ，the reliable degree decreases ，when the load cycles increases to a certain value ，the material of the top beam reaches to the fatigue limit and fails．Keywords ：reliability ；orthogonal test ；dangerous section ；stress －strength interference model ；load cycle number液压支架是井下安全开采作业的关键设备，其结构组成主要包括：顶梁、前后连杆、掩护梁、底座以及用来控制结构件动作的液压系统构成。
基于Solidworks的液压支架设计研究
基于Solidworks的液压支架设计研究摘要：液压支架是最常用的矿山机械之一，本文介绍了使用软件SolidWorks 对液压支架进行建模的方法。
通过分析液压支架的结构特点，给出了建立液压支架模型的具体方法以及技术要点，并详细介绍了模型简化的具体依据。
关键词：液压支架；SolidWorks；技术要点；简化1液压支架零件的三维建模1.1 板结构的建模技巧整个液压支架中结构最复杂的部分是顶梁，掩护梁和底座，这些部件主要是由板件焊接而成。
对于加强板这种简单板，它们的特点是结构相似，尺寸不同。
对于这种板的处理方法如下：首先，依据尺寸绘制草图，使用“拉伸”特征得到相应板结构后保存。
然后，在左侧设计树中双击欲修改特征，在弹出的尺寸上双击修改，单击“重建模型”按钮，便可得到不同尺寸的板结构。
而对于底座主筋板，顶梁侧板这些定位尺寸不规则，形状复杂的板，可以直接将其二维CAD图形导入至Solidworks草图中，进而建立三维模型。
方法如下：在solidworks主界面中选择“打开”，在下拉列表中选择“DWG（*.dwg）”，打开所需文件。
过程中只需按照所提示步骤即可完成，但要注意一点，在弹出的“工程图图层映射”对话框中会显示CAD图形的图层信息，仅保留CAD绘图轮廓线所在的0层。
由2D-3D 的转换过程中的注意事项：首先，转换过程所需的是CAD中绘图轮廓线，其余线条皆为冗余，所以在转换之前可以将二维图形绘制在一个独立图层中，如“0层”。
其次，导入前应确定图形单位的统一，并且在二维图形中，要保证图形比例为1：1，遵循上述规则转换后将会严格按照CAD图形生成草图。
1.2工具栏的定制Solidworks2008中的命令管理器，即CommandManager可以对工具栏上的命令按钮进行动态更新，虽然在默认情况下把不同命令按钮分类存放，但是在建模过程中由草图绘制跨越到特征的建设，需要反复点击，降低了设计效率。
所以可以根据绘图情况定制适合自己的工具栏，将“草绘”和“特征”中常用的按钮放同一个工具栏中，从而提高作图速度。
液压支架强度可靠性优化设计方法_0
液压支架强度可靠性优化设计方法液压支架在煤矿工程中发挥着重要作用，能够使顶梁的极限承载力变大。
然而，就目前煤矿工程中顶梁受力情况分析来看，其形势不容客观，因此应当改变顶梁的承载力极限状态。
为了使顶梁的所受应力的极限值得到增加，应当在顶梁下面加液压支架来达到这个目的。
本文主要对液压支架强度可靠性优化设计方案进行探究，主要从最大应力约束及疲劳寿命两个方面进行探析，并得出相对优秀的设计方案。
标签：液压支架；强度；可靠性优化；设计随着液压支架在煤矿工程中得到广泛的应用，对液压支架的要求也逐渐增多，其要求主要体现在可靠性、耐久性等方面。
为了使液压支架在建筑结构中发挥其重要作用，首先应当对液压支架有一个充分了解，再对其进行强度可靠性设计方案进行研究。
1 我国液压支架发展概况在煤矿开采的过程中，液压支架在综采工作面中是必不可缺的设备之一，液压支架与输送机及采煤机一同工作，实现了煤矿开采的机械化建设。
液压支架在煤矿开采的过程中发挥着关键性作用，其所发挥的作用主要是支撑矿井里的顶板，保障煤矿开采过程的安全性。
有无液压支架成为普通机械化采煤与高档普通机械化采煤之间的最大差异。
液压支架能够让高档普通机械化采煤中的顶板一直处于良好的状态，使煤矿开采过程中的劳动强度得到极大地降低，并使开采的工作效率得到提高。
随着社会的不断发展，人们对能源的需求也越来越多，相应的对煤矿的需求量也逐渐增多，这就使得煤矿企业必须提高开采煤矿的工作效率，而液压支架的应用不仅能使煤矿的开采工作达到机械化，还能让煤矿的开采效率得到提高。
除此以外，目前我国实现机械化的煤矿企业只占少数，这就使得液压支架在煤矿企业未来的发展过程中逐渐得到应用。
在进行煤矿长壁开采工作面中液压支架是必不可缺的机械设备，液压支架的技术水平能够反映出一个国家煤矿企业的机械化建设程度。
2 基于最大应力约束的强度可靠性优化设计为了使液压支架在煤矿开采过程中发挥最大的作用，应当对其最大应力进行约束，其最大应力约束的要求是将掩护梁所承受的最大应力不应超过梁的屈服极限状态。
基于Solidworks的液压支架运动仿真及优化设计
基于Solidworks的液压支架运动仿真及优化设计
司炎飞;王守信;李亮;龚桂良
【期刊名称】《煤矿机电》
【年(卷),期】2014(000)002
【摘要】以ZY8800/18/38D型掩护式液压支架为研究对象,利用Solidworks建立了三维模型,并利用Solidworks Motion插件进行运动仿真及运动优化,计算顶梁前端点运动轨迹及后连杆力的曲线图,明显缩短了支架的开发周期,为液压支架的设计提供了参考.
【总页数】3页(P10-12)
【作者】司炎飞;王守信;李亮;龚桂良
【作者单位】太原科技大学机械工程学院,山西太原 030024;太原科技大学机械工程学院,山西太原 030024;太原科技大学机械工程学院,山西太原 030024;太原科技大学机械工程学院,山西太原 030024
【正文语种】中文
【中图分类】TD355+.41
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qiang;TANG Hai-ping
5.基于SolidWorks的液压支架三维建模和运动仿真 [J], 蔡文书;程志红;沈春丰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
液压支架的参数化设计及其顶梁的结构优化研究
摘要液压支架的参数化设计及其顶梁的结构优化研究摘要液压支架是综合机械化采煤中的重要设备，在确保其安全性和功能的基础上，进行轻量化设计，减少重量，对于降低产品成本、提高经济效益，具有重要的意义。
本文首先对液压支架进行了参数化建模,利用Pro/E进行了二次开发，为后期的结构优化效率的提高了奠定了基础。
然后以顶梁为例对轻量化的方法进行了研究，为该课题整架的优化研究提供了理论和方法，具体内容如下：1.为了能够快速提供优化过程中所需要的模型，对液压支架采用了参数化的骨架建模，实现了模型的快速修改和重生。
2.利用Pro/E二次开发程序，开发了液压支架的参数化设计平台及尺寸驱动平台。
该平台实现了液压支架的参数化受力分析，为液压支架的设计提供了力学依据。
同时也可以通过对骨架参数刷新，实现液压支架模型的驱动再生。
并且在该平台中添加了参数关联功能，实现了对模型中任意参数的尺寸驱动。
3.建立了液压支架顶梁的有限元模型，并进行了有限元计算，得到了不同工况下液压支架顶梁的应力和应变，为顶梁轻量化分析的奠定了基础。
4.为了对顶梁进行轻量化研究，选取了三个顶梁关键部件尺寸作为设计变量，以降低顶梁在不同工况下最大应力为研究目标，通过试验设计选取了试验样本点，并通过有限元计算得到了样本点的响应值。
同时引入了牛顿插值法进行最大应力计算，为提高整架结构优化的效率进行了探索研究。
5.基于响应面法，建立了顶梁最大应力的近似模型，并对响应面模型进行了验证。
响应面模型的建立解决了液压支架顶梁结构优化过程中高精度有限元计算费时费力且优化效率低的问题，使优化效率得到了提高。
液压支架顶梁的优化研究为其他部件以及整架结构的优化提供了思路和方法。
关键词：液压支架，二次开发，顶梁，代理模型，结构优化ABSTRACTHydraulic support is an important mechanized coal mining equipment. Ensuring its security and functionality，to make lightweight design, reduce weight, is of great significance for reducing product costs and improve economic efficiency.This article first made the parametric modeling of hydraulic support and se condary development by Pro/E, to base the foundation of efficiency improvement von structural optimization. Then made an example by roof beam to study methods of lightweight. Thus providing methods and theory for the entire shelf optimization, specific content is as follows:1. To be able to provide the required model for optimization and to achieve the function of rapid changes and remodeling, the hydraulic support was made by parametric skeleton modeling.2. Hydraulic support parametric design and dimension-driven platform was established by using Pro/E secondary development programme. The platform can provide parametric stress analysis for hydraulic support design. And it can achieve hydraulic support model driven generation by refreshing skeleton parameters. A parameter correlation function was added to the platform and realized dimension-driven of any parameter.3. A hydraulic support roof beam finite element model was established and was made finite calculation. Then stress and strain of hydraulic support roof beam in different conditions was achieved. It is the foundation of roof beam lightweight analysis.4. In order to study roof beam lightweight, three key components dimensions was selected design variables and the reduction of maximum stress of roof beam in different conditions was selected as research objectives. Sample points was selected through experiment design, and response of sample points was calculated by element finite analysis. The introduction of the maximum stress calculation von Newton interpolation method explored in order to improve the efficiency of the whole frame structure optimization5. Based on the response surface method, a maximum stress of the top beam approximation model was established,and the response surface model was proven. Response surface model solved the time-consuming problem and low efficiency vonhigh accuracy finite element calculation during the structural optimization of hydraulic support beam. Thus improving the efficiency of optimization. The optimization research of hydraulic support roof beam provided ideas and methods for optimization of entire frame structure and other components.Key words: hydraulic support, secondary development, roof beam, agent model, structure optimization目录目录第1章绪论 (1)1.1 液压支架的发展与研究现状 (1)1.1.1 国外液压支架的发展 (1)1.1.2 国内液压支架的发展与研究现状 (2)1.2 研究目的及意义 (3)1.3 课题主要内容及技术路线 (4)1.3.1 主要研究内容 (5)1.3.2 技术路线 (5)1.3.3 论文篇章安排 (6)1.4 本章小结 (6)第2章基于Pro/ENGINEER的液压支架参数化建模 (7)2.1 液压支架关键参数的确定 (7)2.2 CAD简介 (9)2.2.1 CAD技术 (9)2.2.2 CAD软件 (9)2.2.3 参数化的设计理念及基本方法 (10)2.3 液压支架建模方式的选择 (11)2.3.1 传统的建模方式 (11)2.3.2 自上而下（Top-Down）的建模方式 (12)2.4 液压支架的Top-Down建模 (13)2.4.1 液压支架的总体骨架建模 (13)2.4.2 液压支架骨架建模中的几何传递 (16)2.4.3 液压支架模型的建立 (17)2.5 本章小结 (19)第3章液压支架的参数化设计平台的建立 (20)3.1 引言 (20)3.2 Pro/ENGINEER的二次开发技术 (20)3.2.1 二次开发的目的 (20)3.2.2 二次开发的方法 (21)3.3 液压支架整体平面力学分析 (22)3.3.1 力学分析平台各项参数的确定 (22)3.3.2 液压支架平面受力分析计算 (23)3.4 液压支架的骨架模型驱动的实现 (29)3.5 本章小结 (30)目录第4章液压支架顶梁的有限元分析 (31)4.1 有限元法简介 (31)4.1.1 有限元的基本理论 (31)4.1.2有限元的发展历程 (33)4.2液压支架有限元模型的建立 (34)4.2.1有限元法在液压支架设计中的应用 (35)4.2.2液压支架顶梁有限元模型的建立 (35)4.3液压支架顶梁危险工况下的静力学分析 (40)4.3.1液压支架顶梁的偏载工况分析 (40)4.3.2液压支架顶梁的扭转工况分析 (42)4.4本章小结 (43)第5章液压支架顶梁最大应力近似模型的建立 (44)5.1代理模型方法简介 (44)5.2液压支架顶梁轻量化的试验设计 (44)5.2.1试验设计方法 (44)5.2.2 液压支架有限元计算结果抽样 (49)5.2.3 基于插值计算的样本点选取法 (50)5.3液压支架顶梁受力近似模型的建立及验证 (52)5.3.1液压支架顶梁优化问题研究 (52)5.3.2顶梁最大应力响应面模型的建立及验证 (52)5.4本章小结 (55)第6章总结与展望 (56)6.1总结 (56)6.2进一步研究的方向 (57)致谢 (58)参考文献 (59)附录部分参数化力学计算程序 (61)个人简历............................................ 错误!未定义书签。
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文章编号:1003-0794(2002)07-0001-02
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 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(MT86)84),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 support 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 2
z +3S 2
n
4 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
0[t i [100
0[S i [500R [[R ]
#1# 2002年第7期 煤 矿 机 械
文章编号:1003-0794(2002)07-0002-03
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:A
1 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
-1
3150
输送带:
阻燃型钢绳芯输送带带宽B /mm 1600带强
ST1250
带速v /m #s
-1
4.0
输送机长度L /m 606输送机倾角H /(b )
0~16
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,19961[2]杜长龙,肖世德1液压支架计算机辅助分析与设计[M]1徐州:中国矿业大学出版社,19961
[3]冷向君1Vis ual Basic 中文版入门与提高[M]1北京:清华大学出版社,19991
[4]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:2002-02-02
Optimization design system for support beam based on SolidEdge
CHEN Long,ZHENG X iao _wen,WANG Tong_jie,LI Cai _qin
(Beijing Branch,Chi na Universi ty of M ining and Technology,Beijing 100083,China)
Abstract: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 -rameters,and can draw the support beam .s three_dimension graph in SolidEdge for later research.Key words:support beam;optimiza tion design;SolidEdge
#2# 煤 矿 机 械 2002年第7期。