礦用液壓支架優化設計探究范文

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液壓支架是煤炭綜采機械化設備中最關鍵的一種，它的設計與加工技術的研究進展直接關系到煤礦開采進展、開采效率，其價值占到綜采工作面設備總價值的多半以上，為此需要對液壓支架整體基于有限元理論建立液壓支架-土壤系統的承載變形模型和基于多體系統傳遞矩陣法建立液壓支架-土壤系統的動力學模型對其進行綜合評價。

1.引言

國外學者對此開展了相應的研究,GaoBZ等采用MonteCarlo法確定不可測機械零件載荷譜。KatoY等采用理論編譜的方法，綜合考慮液壓支架在工作過程中的真實歷程及極限狀況，建立了滿足井下作業的液壓支架疲勞載荷譜。國內武紅霞等采用APDL參數語言創建頂梁的概率分析文件，把載荷、材料性能作為服從正態分布的隨機變量，在PDS模塊中進行了可靠性分析；陳曉鵬等基于VB和Pro/E對液壓支架進行了載荷設計與實體建模；林忠明等從靜力學角度對大傾角條件下綜放開采液壓支架抗傾覆、滑移、扭斜穩定進行了分析；但是還沒有用基于多體系統傳遞矩陣法建立液壓支架-土壤系統的動力學模型的相關研究。在實際工況中，土壤受液壓支架整機及上部載荷作用，其剛度直接影響著液壓支架的承載能力，忽略土壤影響的整機模型偏不安全，國內、外的研究都存在此不安全因素。因此本論文將基于多體系統傳遞矩陣法建立了液壓支架-土壤系統力學模型，并開展不同液壓介質體積彈性模量、不同活塞有效面積對活柱最大退縮量的影響研究。同時考慮土壤環境而建立的液壓支架的承載變形模型和動力學模型，通過改進粒子群算法完成液壓支架優化設計。這將對提高液壓支架工作性能、降低生產成本從而建立一種更具可靠性的液壓支架優化模型以此提高液壓支架動靜特性的分析精度將具有相對重要意義。

2.技術路線

第一，針對液壓支架的動態性能嚴重影響采掘安全的情況，考慮土壤屬性對液壓支架系統的影響，將液壓缸等效為彈簧、阻尼，將采用多體傳遞矩陣法建立液壓支架系統動力學模型，通過與有限元仿真值對比，驗證理論模型的正確性，基于此模型會開展不同液壓介質體積彈性模量、不同活塞有效面積對活柱最大退縮量的影響研究，會為提高采掘安全與指導液壓支架的設計提供理論依據。第二，由于液壓支架質量過大，不僅造成成本浪費而且不易于井下運輸、安裝，為此本論文會首先通過建立應變能方程推導了梁單元的內應力表達式，根據剛度定義，推導材料剛度和幾何剛度矩陣，從而獲得非線性梁單元的切線剛度矩陣，然后考慮土壤對液壓支架系統的影響建立液壓支架-土壤系統非線性有限元模型。第三，最后將會以頂梁與掩護梁質量及承載變形最小為優化目標，基于改進的粒子群算法，在ISIGHT優化軟件中連接MATLAB設定優化的目標函數及優化算法，從而完成液壓支架的優化設計。課題研究的技術路線：首先，基于非線性有限元理論，建立液壓支架-土壤系統的承載變形模型。然后，基于多體系統傳遞矩陣法,建立液壓支架-土壤系統的動力學模型。最后，應用上述模型，采用改進粒子群算法完成液壓支架優化分析。

3.結論

本文考慮土壤對液壓支架的特性影響，建立了液壓支架-土壤系統非線性有限元力學模型，基于此模型采用粒子群法優化了頂梁和掩護梁從而達到液壓支架的優化設計。

參考文獻

[1]武紅霞,秦冬晨.給予有限元有限元的液壓支架頂梁可靠性分析[J].煤礦機械,2010,31(10):97-99.

[2]陳曉鵬,郭聰,芮鵬.基于VB和Pro/E的液壓支架設計[J].煤礦機械2011,32(7):17-18.

作者：陶麗花 單位：遼寧工程職業學院