基于ANSYS的船用全回转起重机转台优化设计
基于ANSYS的船用全回转起重机转台优化设计
摘要：针对船用全回转起重机设计而言，回转机构受力均衡性是检验起重机作业安全性和使用寿命的一项关键性指标，文章应用ANSYS对回转机构和转台进行受力分析：通过对转台纵向结构和横向结构刚度调整，以回转结构受力均衡为优化变量，得到合理的优化结构。
关键词：船用全回转起重机；转台；回转机构；ANSYS；优化
采用有限元单元法和优化设计方法，以中铁大桥局雪浪号400 t船用全回转起重机起重机为研究对象，通过计算机仿真分析，在满足起重机转台的强度、刚度和稳定性的基础上，通过调整转台的纵横向刚度比值，，完成以回转机构受力均衡为主要目标的优化计算。
1 起重机概述
该起重机安装在船体上，主要由吊钩、吊臂、变幅机构、三角架、转台、回转机构、固定支撑机构、电气系统和液压系统组成。主要功能包括桥梁基础围堰施工、钢护筒插打、水上施工平台吊装、平台设备吊装、钢筋笼安插、桥梁构件安装架设等。本船用起重机的使用，极大地降低了桥梁施工难度、缩短了桥梁施工周期、降低了成本，同时它还可以从事港口货物的起重运输，具有广阔的使用空间。
该起重机主要参数如下：
起重机船艏最大起重量为400 t，最大起重力矩为12 000 t/m；全回转时最大起重量为350 t，最大起重力矩为10 850 t/m，主钩最大起升高度为65 m，副钩最大起升高度可达77 m。整机如图1所示。
2 转台结构的设计
对于大中型海上起重设备，设计时首先要考虑的就是结构的合理性。对于“雪浪”号来讲，由于起重机起重能力大，且为海上全回转作业，受力复杂，利用常规结构模式和计算模式根本不能满足设计要求。针对这一难题，在学习借鉴国内外先进技术的基础上，设计人员在结构模式作了突破：在转台和固定支撑两个构件上作了创新。首先，在传统转台的结构模式基础上增加了两片桁架。这种结构模式具有三个优点：一是抬高了三角架，从而减小了三角架的受力；二是增加了纵向主梁的刚度，便于回转支撑滚轮受力均化；三是使受力更明确，传载更直接，更便于转台结构的设计及计算。
3 有限元分析模型的建立
对于转台结构部分全部采用既具有弯曲能力和又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载的SHELL63弹性壳单元；对于滚轮部分则全部模拟成轴向仅受
门式起重机结构优化设计
门式起重机结构优化设计 发表时间：2018-10-25T16:51:42.843Z 来源：《防护工程》2018年第15期作者：叶恭宇[导读] 在工作过程中能够承受和传递各种载荷，其整体性能决定着起重机的使用寿命。为了提高起重机的设计质量，对结构形式进行一定的优化设计，在确保其整体性能符合要求的前提下，尽可能减轻重量，节省材料，提高企业的经济效益。 叶恭宇 浙江省特种设备检验研究院浙江省杭州市 310020摘要：门式起重机是一种常用的物料搬运机械，广泛应用于工业生产中，具有货场利用率高、运行成本低以及装卸效率高等优点。金属结构是门式起重机的骨架，在工作过程中能够承受和传递各种载荷，其整体性能决定着起重机的使用寿命。为了提高起重机的设计质量，对结构形式进行一定的优化设计，在确保其整体性能符合要求的前提下，尽可能减轻重量，节省材料，提高企业的经济效益。 关键词：门式起重机；结构设计；设计要点 1结构优化的基本概念 1.1 设计变量 每项设计方案需要通过一组基本的参数表示，这些基本参数主要包括：构件长度、截面尺寸、某些位置的坐标值、重量、惯性矩、应力、变形、固有频率以及效率等。在对某个结构进行优化设计过程中，工艺和结构布置等方面的参数可以根据设计经验进行取值，其他参数可以在优化过程中进行调整，这些一直处于变化状态中的参数，被称为设计变量。设计变量主要有连续和离散两种不同的类型，在机械优化设计中涉及到的变量大多数都是连续变量，可以通过常规的优化方法进行求解。 1.2 目标函数 判定不同机械设计方案的优劣主要通过对设计指标进行系统全面的分析，设计指标通过一定的转化能够转变为相应的设计变量函数，该函数即为目标函数。不同的优化方案具有不同的目标函数，目标函数的范围非常广泛，可以是重量、体积，可以是功耗、产量等。建立目标函数是优化设计中的关键过程，目标函数根据目标数量的不同可以分为单目标函数和多目标函数，其中单目标函数是指在优化设计过程中，只对某一问题进行优化；多目标函数是指在优化设计过程中，同时对多个目标进行优化。在实际的优化过程中，目标函数越多，越有利于提高设计的水平，能够取得较好的设计效果，但是其优化难度也较高。 2门式起重机结构优化设计的基本方法与步骤本项目开发的 800 t 吊钩门式起重机是国内较大起重量的门式起重机，具有结构复杂、制造难度大等特点，具体体现为结构轻量化、可靠性、配套件选型以及安装调试 4 个方面，其主要采用的结构优化设计的基本方法与步骤如下 2.1采用有限元分析，实现结构最优化 主结构设计时，为减轻结构自重，实现轻量化设计，采用 Midas/civil 有限元分析技术对整机结构件进行强度、刚度校核。通过有限元分析，在钢结构满足强度、刚度要求的前提下，减小主梁、支腿截面尺寸、最优筋板布置。为减小局部应力，提高焊接质量，主梁采用 T 型钢结构，以控制焊接变形，使结构设计更加合理。 2.2 欧式小车设计结构，实现起重机轻量化，并重视门式起重机结构有限元静态计算结果 常规传统起重机小车结构见图 1，采用 8 轮结构，机构布置尺寸较大，自重达 84．4 t，增加了起重机主梁的负担。因此该起重机小车采用欧式结构，如图2 所示，定滑轮放置在小车架之上，较大地提高了上极限尺寸；车轮采用 6 轮结构，合理分布轮压，起升机构布置采用了单电机、单标准减速机 + 开式齿轮、单卷筒设计的结构型式，减小了起升减速机型号，降低了配套件成本，同时也大幅地减小了小车尺寸；小车结构自重。 同时，通过静载试验可知，小车在主梁跨中时产生的应力最大，上主弦应力比下主弦要小，而小车在支腿侧时产生的应力较小，主要为腹杆受力模式；通过动载试验可知，小车在主梁跨中时产生的应力最大，上主弦应力比下主弦要小，而小车在支腿侧时产生的应力较大，其中柔性支腿侧的应力达到最大值，此时腹杆受力较小，且小于材料的许用应力。最后，跨中和悬臂端下挠值均满足国家标准的要求，位移较小，刚度满足规范要求。
利用ansys APDL进行优化设计的例子
利用ansys APDL进行优化设计的例子 一、问题描述： 二、分析文件的APDL语句及注释：（可把该文件拷贝到一个文本文件，作为ansys的分析文件。） !第一步，初始化ANSYS系统环境 FINISH /CLEAR /filename,BeamOpt !第二步，定义参数化设计变量 B=1.4 !初始化宽度 H=3.8 !初始化高度 !第三步，利用参数创建有限元模型 /PREP7 !进入前处理 ET,1,BEAM3 !定义单元类型为BEAM3 AREA=B*H !梁的截面积
IZZ=(B*(H**3))/12 !绕Z轴的转动惯量 R,1,AREA,IZZ,H !定义单元实常数，以设计变量表示MP,EX,1,30E6 !定义材料性质 MP,PRXY,1,0.3 N,1 !创建节点1 N,11,120 !创建节点11 FILL E,1,2 EGEN,10,1,-1 !复制单元 FINISH !退出前处理 !第四步，执行求解 /SOLU ANTYPE,STATIC D,1,UX,0,,11,10,UY SFBEAM,ALL,1,PRES,20 !施加压力（单位长度上的负荷）=20 SOLVE FINISH !第五步，进入后处理并创建状态变量与目标变量 /POST1 SET,,,, NSORT,U,Y !以Uy为基准对节点排序 *GET,DMAX,SORT,,MAX !参数DMAX=最大位移ETABLE,VOLU,VOLU !VOLU=每个单元的体积ETABLE,SMAX_I,NMISC,1 !每个单元I节点处应力的最大值ETABLE,SMAX_J,NMISC,3 !每个单元J节点处应力的最大值
工作面液压支架底座穿通处理安全技术措施标准版本
文件编号：RHD-QB-K4799 （解决方案范本系列） 编辑：XXXXXX 查核：XXXXXX 时间：XXXXXX 工作面液压支架底座穿通处理安全技术措施标 准版本
工作面液压支架底座穿通处理安全 技术措施标准版本 操作指导：该解决方案文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。，其中条款可根据自己现实基础上调整，请仔细浏览后进行编辑与保存。 由于4305工作面支架立柱受力不均匀，现导致41、46、78三架支架立柱底座被穿通，为确保在工作面推进过程中支架不进一步损坏，确保安全生产，特编制以下安全技术措施。 一、技术措施 1、用一根2.5m单体液压支柱支设在支架顶梁下方，并紧靠电缆槽处，柱头必须戴柱帽以防打滑。 2、在支架上挂一个5t手拉葫芦。 3、调整液压管路：将液压管路调整为单个立柱操作方法。在立柱柱窝前垫柱帽，以防止立柱倾倒。
4、先将立柱的下部定位销取掉，再将上部定位销取掉，将立柱慢慢降到位，取掉供、回液管路，用手拉葫芦将立柱吊出柱窝并放在安全位置。 5、将由机电部设计加工的支撑座放入柱窝底部，支撑座必须能够承受30Mpa以上的压力。 6、将立柱利用手拉葫芦安全的吊到柱窝后并装好定位销，接好管路，然后将立柱活柱慢慢升起并与顶梁柱窝处固定好，将立柱升起。 7、在受损支架顶梁两侧各支设一根2.0m单体液压支柱，并紧靠电缆槽处，柱头必须戴柱帽以防打滑，柱帽规格为300*200*150mm，用铁丝将支柱防倒链固定在支架顶梁上。 8、受损支架初撑力保持在12Mpa。 9、相邻支架必须保证初撑力达到24Mpa。 10、单体液压支柱初撑力不得低于90KN。
汽车起重机总体及吊臂结构设计开题报告
长安大学毕业设计（设计）开题报告表 课题名称汽车起重机总体及吊臂结构设计 课题来源自选项目课题类型工程设计指导教师温素英 机械设计制造及学生姓名郑冰学号2504080530 专业 其自动化
一、选题的意义 此次以汽车起重机的吊臂机构为设计重点，以及电动机、联轴器、缓冲器、制动器的选用，零件的校核计算及结构设计，使起重设备运行平稳，定位准确，安全可靠，技术性能先进。其主要目的是汽车起重机的结构和工作原理，掌握汽车起重机的设计方法，通过学习起重机的设计方法和步骤，提高学生分析问题和解决问题的能力，将自己所学的理论知识应用到实际工作生产中，培养实际动手能力。同时让我们了解制造业的发展，为以后工作做准备。另外这对我们顺利完成从学校到社会的过渡将会起到很大的作用。 二、汽车起重机在国内外的研究现状和发展趋势 2.1国内起重机的发展状况及趋势 在中国移动起重机领域，汽车起重机占据了80%以上的市场份额。从2000年到2009年，中国汽车起重机市场年增长率已经超过20%；2008年更是历史性地突破了2万台的销售成绩；这使得2009年中国汽车起重机引发大规模投资风潮，中国汽车起重机不但抵抗了金融危机负面影响，而且在销售以及市场份额中取得实质性增长。 依托强大的需求，中国是世界上最大的起重机生产和消费国家；徐工成为世界上最大的起重机制造商，在中国起重机市场，徐工的市场份额已接近60%；在国际市场上，它拥有超过30%的市场份额。中联重科则是另一个领先的起重机企业，受益于庞大的（中国）国内市场，它在全球起重机企业中排名前七。 当前中国新一代汽车起重机产品，起重作业的操作方式，大面积应用先导比例控制，具有良好的微调性能和精控性能，操作力小，不易疲劳。通过先导比例手柄实现比例输送多种负荷的无级调速，有效防止起重作业时的二次下滑现象，极大的提高了起重作业的安全性、可靠性和作业效率。
支撑及支撑掩护式液压支架总体设计及主要部件设计完整版
支撑及支撑掩护式液压支架总体设计及主要部件设计完整版
摘要 在采煤工作面煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项工作的正常运行，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体用为动力，由液压元件与金属构件组成支护控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序，实践表明液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快，安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤炭机组成综合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率，降低成本，减轻工人体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。因此液压支架是技术上先进，经济上合理，安全上可靠、是实现采煤综合机械自动化不可缺少的主要设备。 我所做的设计是液压支架总体设计和主要部件设计，本设计首先对液压支架整体和零部件结构进行分析，对液压支架结构尺寸进行综合分析，再对液压支架进行受力分析和强度计算。重点是对液压支架顶梁的受力分析和计算；用计算机计算液压支架受力；对顶梁、掩护梁、立柱进行强度校核。通过设计对液压支架整体和主要部件有了清楚的认识，掌握了用CAD绘图的技巧。 关键词：液压支架；支护性能；采煤设备
Abstract In the coal face Coal production in the coal face，In order to prevent the roof falling maintain a certain room to work，ensure the workers safety，and the normal operation of all the work, must be carried out on the roof support. But the stent is a high-pressure hydraulic fluid used as a driving force, the supporting the roof control equipment is composed of hydraulic components and metal structures, it can realize the support, cutting the top, and shift-over conveyor, and so on a set of processes, practice shows that the hydraulic support a good supporting performance, high-intensity, fast-shifting, the advantages of safe and reliable. Hydraulic support and flexible conveyor and coal-mining mechanization of integrated coal mining equipment its application by the coal face-production, raising labor productivity, lower costs, reduce manual workers and guarantee safe production is indispensable for effective measures. Therefore hydraulic support is technically advanced and economically rational, security, reliability, is to achieve comprehensive mining machinery automation indispensable for major equipment. The topic of this design is The Overall Design for the Support and Support Cover Hydraulic Support And the Design for the Major Parts.In the design,first of all，I analysised overall of hydraulic support , structure and structure size of the parts.Then I analysised stress and calculated intensity. The most important was that I analysised and Calculated the force of Top beam; Calculated the foece of hydraulic support by Computer program; checked the intensity of top beam, beam cover and column. There was a clear understanding of the overall Hydraulic Support and the major parts through the design. Mastered the techniques of the use of AutoCAD. Keywords : Hydraulic Support ; Supporting performance ;Mining equipment
最新ansys 优化设计(含几个实例)资料
ANSYS 优化设计 1.认识ANSYS优化模块 1.1 什么时候我需要它的帮忙? 什么是ANSYS优化？我想说明一个例子要比我在这里对你絮叨半天容易理解的多。 注意过普通的水杯吗？底面圆圆的，上面加盖的哪一种。仔细观察一下，你会发现比较老式的此类水杯有一个共同特点：底面直径＝水杯高度。 图1 水杯的简化模型 为什么是这样呢？因为只有满足这个条件，才能在原料耗费最少的情况下使杯子的容积最大。在材料一定的情况下，如果水杯的底面积大，其高度必然就要小；如果高度变大了，底面积又大不了，如何调和这两者之间的矛盾？其实这恰恰就反应了一个完整的优化过程。 在这里，一个水杯的材料是一定的，所要优化的变量就是杯子底面的半径r和杯子的高度h，在ANSYS的优化模块里面把这些需要优化的变量叫做设计变量（DV）；优化的目标是要使整个水杯的容积最大，这个目标在ANSYS的优化过程里叫目标函数（OBJ）；再者，对设计变量的优化有一定的限制条件，比如说整个杯子的材料不变，这些限制条件在ANSYS 的优化模块中用状态变量（SV）来控制。下面我们就来看看ANSYS中怎么通过设定DV、SV、OBJ，利用优化模块求解以上问题。 首先参数化的建立一个分析文件（假设叫volu.inp），水杯初始半径为R＝1，高度为H ＝1（DV），由于水杯材料直接喝水杯的表面积有关系，这里假设水杯表面积不能大于100，这样就有S＝2πRH＋2πR2<100（SV），水杯的容积为V＝πR2H（OBJ）。 File:volu.inp (用参数直接定义也可或者在命令栏内直接写) R=1 H=1 S=2*3.14*R*H+2*3.14*R*R V=10000/(3.14*R*R*H) 然后再建一个优化分析文件（假设叫optvolu.inp）,设定优化变量，并求解。 /clear,nostart /input,volu,inp /opt opanl,volu,inp opvar,R,dv,1,10,1e-2 opvar,H,dv,1,10,1e-2 opvar,S,sv,,100,1e-2 opvar,V,obj,,,1e-2 opkeep,on optype,subp opsave,optvolu,opt0 opexec 最后，打开Ansys6.1，在命令输入框中键入“/input,optvolu,inp”，整个优化过程就开始了。
液压支架强度可靠性优化设计方法研究论文
液压支架强度可靠性优化设计方法研究论文 1基于最大应力约束的强度可靠性优化设计 1.1优化变量设定 在对液压支架掩护梁结构进行优化的阶段中，液压支架中的主要参数以及空间尺寸已 经基本完成设计，为恒定状态。因此，设计变量可以选取支架主要部件所对应的钢板厚度，同时可在有限元优化中对其初始值进行定义。假定对于液压支架掩护梁而言，3个板厚分 别定义为T1，T2，T3，均为设计变量，T1取值为25.0mm，为掩护梁竖筋板板厚，T2取值 为25.0mm，为掩护梁上顶板板厚，T3取值为25.0mm，为掩护梁下腹板板厚。该状态下掩 护梁整体质量为3345.0g。 1.2有限元优化分析 在有限元分析过程当中，选择掩护梁受力条件最为恶劣的偏载工况作为加载方式。在 此工况下，整个液压支架的实验高度取值为2400.0mm。应力极限值在460.0MPa范围内， 因此可设定掩护梁重量最小作为强度可靠性优化设计的基本目标。同时，遵循现行国家标准，将设计变量的增长步长设置为5.0mm。同时，对于液压支架而言，厚度在15.0mm以下的板材较为单薄，与液压支架其他组件结构无法相互配合，因此缺乏实际意义，故而在可 靠性优化设计分析中，按照下表方式选择板厚，计算相应的组合方案。 1.3有限元优化结果分析 根据在不同组合方案下得到的数据分析来看，按照表1所取值IDE各种板厚组合方案 均能够满足液压支架掩护梁结构强度可靠性优化设计中“掩护梁最大受力不超过屈服极限 水平”的要求。在此状态下，在液压支架重量取最小值时，板材厚度T1，T2，T3均取值 为20.0mm，与之相对应的探测点1应力水平为398.9MPa，探测点2应力水平为413.7MPa，可以满足应力标准要求，对应的液压支架掩护梁质量水平为2992.29kg。 2基于疲劳寿命约束的强度可靠性优化设计 由于在现行国家标准《煤矿用液压支架第一部分（通用技术条件）》中，已经针对液 压支架疲劳强度实验方法与结果提出了严格要求，因此在液压支架实验中仅需要满足要求 即可，无需过分追求较大的疲劳寿命水平。从这一角度上来说，在对液压支架强度可靠性 进行优化分析的`过程中，不需要单独将液压支架疲劳寿命作为优化目标，将其满足循环 寿命作为可靠性优化中的约束条件之一。从这一角度上来说，对于液压支架掩护梁而言， 基于疲劳寿命约束的强度可靠性优化设计可以从如下角度进行分析 2.1设定负载水平
机电一体化转台设计.
机电一体化 一维转台设计说明书 目录 课程设计的目的1 《机电一体化》设计任务及设计参数1 一、系统总体改造方案的确定2 二、工作台旋转机械部分的改进2 三、工作台升降机械部分改进6 四、最佳方案8 五、其他机械部分改进8 六、控制部分方案设计11 小结14 参考文献14 设计过程 课程设计的目的 1）学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。 2）通过对机械系统的设计掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。齿轮同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。 3）通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移速度传感器；如交流、步进伺服进给系统，增量式旋转编码器，直线光栅等。 4）通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路；如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配置、键盘与显示电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电机的控制软件等。 5）培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思路。 6）锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。 设计参数 设计名称 转台的机电一体化设计。 设计任务 机械部分 说明该机构的工作原理、传动支撑方式、导向方式、预紧方式等；若有必要，可在提供的CAD图中按自己认为合理的方式进行修改。 设计限位装置（如接近开关的安装支座） 控制部分 该装置由两台异步电动机驱动，其中一台电机控制工作台在90度范围内往复旋转，另一台电机控制工作台上的托辊转动，完成工件输入、停止和输出的动作。要求用继电器接触器控制系统、或PLC、或单片机完成上述动作的控制。 提交的设计文件 设计说明书（A4）。
运用ANSYS Workbench 快速优化设计
2006年用户年会论文 运用ANSYS Workbench快速优化设计 陈杰 [中国船舶重工集团第七一○研究所，443003] [ 摘要 ] 从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设 定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表。本文将结合实 际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 [ 关键词 ] 有限元分析、集成、ANSYS Workbench [Abstract:] DesignXplorer/VT module in AWE provides an user-friendly and highly efficient method to optimize the design. Design variables in CAD models can be directly handled in AWE. After goals in DesignXplorer/VT are defined by user, the optimization can be completed automatically and relevant data and charts can be delivered to user. This paper introduce how to use Pro/E and ANSYS in AWE to achieve rapid design optimization by a practical case. 1前言 ANSYS系列软件是融合结构、热、流体、电磁、声于一体的大型通用多物理场有限元分析软件，在我国广泛应用于航空航天、船舶、汽车、土木工程、机械制造等行业。ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。 现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。从易用性和高效性来说AWE下的 DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表，本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E 和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。
液压支架总体及底座设计
前言 综合机械化采煤是煤矿技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。实践证明大力发展综合机械化采煤，研制和使用液压支架是十分关键的。 至今，我国煤矿中使有的支架类型很多，按照支架采煤工作面安装位置来划分有端头支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面上所的位置的支架。 目前使用的液压支架分为三类。即：支撑式液压支架、掩护式液压支架、支撑掩护式液压支架。从架型的结构特点来看，由于架型的不同，它的支撑力分布和作用也不同；从顶板条件来看，由于直接类别和老顶级别的不同，支架所承受的载荷也不同，所以为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力承载力的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。 本设计论文则设计层煤厚度在1.9米到2.4米，老顶级别为二级，直接顶类别为一类的掩护式液压支架的设计。支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。其因此本设计设计这类掩护式液压支架。
1 绪论 1.1液压支架现状及发展趋势 1.1.1 液压支架现状 液压支架的设计、制造和使用，从1954年英国研制成功了液压支架发展到现在，已经基本成熟，它已经形成了能适应各种不同煤矿地质条件的各类液压支架。 从液压支架的形式来看，由支撑式液压支架发展到掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架；从支架的质量来看，有轻型液压支架、中型液压支架和重型液压支架；从支撑高度来看，有薄煤层液压支架、中厚煤层液压支架和厚煤层液压支架，其中厚煤层液压支架又分煤层一次采全高液压支架和中间液压支架。所以从液压支架的现状来看，由过去的手工设计、制造和使用发展到全部计算机程序设计。总之，随着时代的发展和进步，液压支架设计、制造和使用，将越来越完善、安全、可靠。 我国液压支架经过30多年的发展，尽管取得了显著的成绩，在双高矿井建设中出现过日产万吨甚至班产超万吨的记录，但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一定差距。在支架架型功能上我国与国外相差无几，有些地方特别是特厚煤层用的放顶媒支架，铺网支架，两硬煤层的强力支架、端头支架还有独到之处，但国产液压支架技术含量偏低，电液控制阀可靠性差，所用钢材的耐压能力一般为16MPa，最好的屈服极限才700MPa，液压系统压力在35MPa以下，流量在200L/min以内，供液管直径25～35mm，回液管直径25～50mm，最快移架速度为10～12s/架，工作阻力更是相对较低。 新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm，为减少割媒时间，一般采用0.8～1m截深。支架还采用屈服强度800～1000MPa的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为40～50MPa，额定流量400～500/min可实现工作面成组或成排快速移架，移架速度达到6～8s/架。 美国是世界上最先进的采煤国家，澳大利亚液基本上采用一井一面的高度集中化生产，使用两柱掩护式液压支架，支架的平均工作阻力为7640KN，英国液大力发展两柱掩
ZTC14000-28-46型液压支架多目标优化设计
ZTC14000/28/46型液压支架多目标优化设计张豫龙 (天地科技股份有限公司综合办公室,北京100013) [摘一要]一针对带有套筒稳定机构的超前支护液压支架的套筒受力二支架重量相互矛盾的突出 问题,在相同外载荷二最大工作高度下,以套筒机构受力绝对值之和二长度之和最小为目标函数,建 立了多目标优化模型三使用NSGA -Ⅱ算法求解建立的模型,采用模糊集合理论的方法选择最优解, 并在Matlab 环境下编制计算程序,应用此程序优化ZTC14000/28/46超前液压支架参数,优化后伸缩 杆受力减小136．21kN 三ZTC14000/28/46在补连塔煤矿连续运行中未出现套筒机构断裂事故,为提高 超前液压支架综合性能提供了有效途径三 [关键词]一超前液压支架;多目标优化设计;套筒机构;遗传算法 [中图分类号]TD355．41一[文献标识码]A一[文章编号]1006-6225(2017)04-0035-04Multi-objective Optimization Design of ZTC 14000/28/46Hydraulic Support ZHANG Yu-long (General Office,Tiandi Science &Technology Co．,Ltd．,Beijing 100013,China)Abstract :In order to solve the paradox problems of sleeve stress and support height of advance supporting hydraulic support with sleeve stability structure,under the same loading and the maximal working height,and it takes sum of absolute value and sum of length of sleeve structure stress as objective function,then multi-objective optimization model was built,and the model was solved by NSGA-Ⅱalgorithm,the optimal solution was selected with fuzzy set theory,and calculation program was complicated under Matlab en-vironment,the parameters of advance hydraulic support ZTC14000/28/46were optimized by the program,then expansion link stress decreased 136．21kN．The sleeve structure cracking accident had not appeared during ZTC14000/28/46continuous working time in Bu-lianta coal mine,it provided more effective method for combination property improving of advance hydraulic support．Key words :advance hydraulic support;multi-objective optimization design;sleeve structure;genetic algorithm [收稿日期] 2017-04-20[DOI]10．13532/j．cnki．cn11-3677/td．2017．04．010[基金项目] 国家重点基础研究发展计划(973计划):深部围岩自适应支护原理及系统创成理论(2014CB046302)[作者简介] 张豫龙(1978-),男,山西昔阳人,工程师,现任天地科技股份有限公司综合办公室副主任三[引用格式]张豫龙．ZTC14000/28/46型液压支架多目标优化设计[J ].煤矿开采,2017,22(4):35-38． 一一近年来,综采工作面回采巷道多采用超前液压支架进行超前支护,超前液压支架受超前支承压力 影响,工作状况十分恶劣[1],同时,工作面回采速度的提升和高产高效矿井的建设需要超前液压支 架具有合理的支护能力二支护效率和可靠性[2-3]三套筒稳定机构在使超前液压支架顶梁垂直升降的同时能保持梁端距恒定,同时套筒稳定机构具有 结构简单二受力杆件少二支架重量轻二稳定机构占 用空间小等优点,在煤矿综采超前支护中时有应 用,但是目前对四连杆机构运动和力学性能研究已 较为成熟,很少有套筒机构的研究,优化设计大多 都是单目标三文献[3]分析了套筒机构的运动及 受力,并且模拟了关键部位的应力,但是没有详细 说明设计过程三本文主要探讨设计过程,并且建立 套筒机构优化模型,并应用NSGA -Ⅱ算法求解, 并使用模糊集合理论的方法选择最优解三本文分析 以ZTC14000/28/46回风巷超前液压支架(图1) 为例,该支架是由多组垛式液压支架组成,每组支架都由一个整体刚性顶梁和底座组成 三 1 顶梁; 2 立柱; 3 伸缩杆; 4 伸缩筒图1一带有套筒稳定机构的超前支护液压支架1一设计过程及受力分析本文将带有套筒稳定机构超前液压支架简化成如图2所示模型,设伸缩筒运动时伸缩杆的一侧紧贴伸缩筒,伸缩筒的边沿紧贴伸缩杆,伸缩杆与伸缩筒的中心线会有一个偏移角度φ,顶梁与伸缩5 3第22卷第4期(总第137期)2017年8月煤一矿一开一采COAL MINING TECHNOLOGY Vol．22No．4(Series No．137)August一2017 万方数据
起重机滑轮组补偿臂架的优化设计
文章编号:1001-3997(2000)01-0027-02 起重机滑轮组补偿臂架的优化设计 陈贤(珠海市东区恒升建材公司,珠海 519000)Optim al Design for the Compensation Arm of A crane CHE N XI AN [摘要]提出了在滑轮组补偿臂架起重机变幅机构设计中确定补偿点的最优化数值解法。这种方法基于优化设计的思想,利用电子计算机,选定必要的设计参量就可以得到最优化的设计结果。 关键词:起重机;补偿点;优化设计 [Abstract ]This paper puts for ward an optimal numerical method o f determining the compensation point in the design o f a crane with compensation arm o f pulley block .This method is based on the concept o f optimal design .With the help o f computer ,food design results can be obtained provided necessary design parameter s are selected . K ey w ord :crane ;compensation point ;optim al design 中国分类号:TH12 文献标识码:A 在滑轮组补偿臂架起重机设计中确定补偿点是非常重要的一项工作,因为补偿点的位置直接影响到起重机在变幅过程中驱动功率的大小及工作性能。目前,确定补偿点有两种方法:一种是图解法,反复次数多、工作量大、结果误差大。另一种是解析法,这种方法是控制变幅过程中绕臂铰轴的力矩,并给出了一定范围内的有关参数。作者分析研究了对补偿点的设计要求及两种解法的优缺点,为了提高设计质量和设计速度,研究了一种用于确定补偿点的最优数值解法。 1 补偿点位置的确定方法 1.1 确定补偿点位置简述 确定补偿点位置的设计如图1所示。当根据工作需要和 结构布置选定臂架长度L ,最大幅度R max ,最小幅度R min ,,臂架铰点O ,起升滑轮组的倍率m 1和补偿滑轮组倍率m 2后,为使起升物品在变幅过程中沿着近似水平的轨迹运动,就需适当选择补偿点A 的位置,使l 1的长度在变幅过程中得到补偿。 1.2 推导确定补偿点的数学表达式 变幅机构的运动可以看成平面问题,用于计算的坐标系 及计算简图如图1所示。 起重机钢丝绳总长(略弹性变形)应为常数,即 D =m 1l 1+m 2l 2=con st (1)式中:l 1———起升滑轮到臂架端点的距离; l 2— ——臂架端点到补偿点的距离;m 1— ——起升滑轮组倍率;m 2— ——补偿滑轮组倍率。起升滑轮组的中心高度为 s =L sin φ-l 1 (2) 把(1)式代入(2)式得 s =L sin φ-D -m 2l 2 m 1 (3) 从△OAB 中应用余弦定理得边长l 2= L 2 +x 12 +x 12 -2L x 12+x 12 sin (φ+θ )(4) 把(4)式代入(3)式得 s =L sin φ-D m 1+m 2m 1 L 2+x 12+x 22 -2L x 12+x 22 sin (φ+θ )因为 sin θ=x 1Π x 12 +x 2 2 所以 s =L sin -φ D m 1+m 2m 1 L 2+x 12+x 22-2L x 12+x 22sin[φ+arcsin (x 1Π x 12+x 22)] 图1 计算简图 — 72—《机械设计与制造》 Feb.2000 №1 M achinery Design & M anu facture 3来稿日期:1999-08-09
运用ANSYS Workbench快速优化设计
运用ANSYS Workbench快速优化设计 摘要：从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表。本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 关键词：有限元分析、集成、ANSYS Workbench 1 前言 ANSYS系列软件是融合结构、热、流体、电磁、声于一体的大型通用多物理场有限元分析软件，在我国广泛应用于航空航天、船舶、汽车、土木工程、机械制造等行业。ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，并且定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。 现今，对于一个制造商，产品质量关乎声誉、产品利润关乎发展，所以优化设计在产品开发中越来越受重视，并且方法手段也越来越多。从易用性和高效性来说AWE下的DesignXplorer/VT模块为优化设计提供了一个几乎完美的方案，CAD模型需改进的设计变量可以传递到AWE环境下，并且在DesignXplorer/VT下设定好约束条件及设计目标后，可以高度自动化的实现优化设计并返回相关图表，本文将结合实际应用介绍如何使用Pro/E 和ANSYS软件在AWE环境下如何实现快速优化设计过程。 2 优化方法与CAE 在保证产品达到某些性能目标并满足一定约束条件的前提下，通过改变某些允许改变的设计变量，使产品的指标或性能达到最期望的目标，就是优化方法。例如，在保证结构刚强度满足要求的前提下，通过改变某些设计变量，使结构的重量最轻最合理，这不但使得结构耗材上得到了节省，在运输安装方面也提供了方便，降低运输成本。再如改变电器设备各发热部件的安装位置，使设备箱体内部温度峰值降到最低，是一个典型的自然对流散热问题的优化实例。在实际设计与生产中，类似这样的实例不胜枚举。 优化作为一种数学方法，通常是利用对解析函数求极值的方法来达到寻求最优值的目的。基于数值分析技术的CAE方法，显然不可能对我们的目标得到一个解析函数，CAE计算所求得的结果只是一个数值。然而，样条插值技术又使CAE中的优化成为可能，多个数值点可
液压支架强度可靠性优化设计策略研究
液压支架强度可靠性优化设计策略研究 发表时间：2018-08-09T14:23:36.003Z 来源：《科技新时代》2018年6期作者：许栋史朝军 [导读] 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。 郑州煤矿机械集团股份有限公司河南省郑州市 450000 摘要：液压支架在煤矿工程中得到广泛的应用，它能够使顶梁的极限承载力变大，就我国目前煤矿就工程中顶梁受力情况分析来看，没有达到预期的效果。所以应当改变顶梁的极限承载力，使顶梁极限承载力得到增加，应增加液压支架来达到这个目的。本文主要阐述了最大应力约束的强度可靠性优化设计，以及疲劳寿命约束的强度可靠性优化设计，最后对液压支架疲劳寿命分析，为以后的优化设计提供新的思路。 关键词：液压支架;强度；可靠性；优化设计 引言 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中有着至关重要的作用，主要为顶板支护及安全防护。高端普采工作面支护顶板主要采用液压支柱，由此可见，综采工作面与高端普采工作面的主要不同点就在于液压支架。液压支架能够使煤矿开采过程中劳动强度得到极大的降低，提高工作效率。近年来，煤炭行业的发展十分迅速，随之井下对液压支架可靠性的需求也在逐步提升，对支架的强度及可靠性也提出了越来越高的要求。与其他发达国家相比还有很大的差距，如何提高液压支架的强度和可靠性，达到液压支架的最佳优化成为目前研究的课题。 基于最大应力约束的强度可靠性优化设计 在设计液压支架掩护梁强度时，把掩护梁最大受力在极限水平内作为条件，在对最大应力约束的强度进行可靠性设计的时候，一般是在掩护梁的最大承受应力部分取两个点进行对比分析，根据其分析结果使方案得到优化设计。 优化变量设定 液压支架在对掩护梁的设计方案进行优化的过程中，液压支架的主要参数与空间尺寸的设计已基本完成，属于恒定状态，不可随意改动。为了使液压支架强度的设计方案得到优化，变量设计要选取主要支架对应的钢板厚度，在有限元优化期间做好初始值定义工作，通过对钢板厚度的优化使液压支架强度方案得到进一步的优化。就液压支架掩护梁而言，假定三个板厚均为设计变量，并分别定义为T1、T2、T3，值分别为25.0 mm、25.0 mm、25.0 mm，T1为掩护梁竖筋板板厚、T2为掩护梁上顶板板厚、T3为掩护梁下腹板板厚。 有限元优化分析 在进行有限元优化分析时，通常选取掩护梁上受力条件相对差的部分作为研究对象，受力最差的偏载工况视为加载形式。在这种状态下，液压支架的实验高度是2 400.0 mm，应力极限值不超过 460.0MPa，所以最小掩护梁质量是可靠性设计的基础目标。此外，根据现行国家相关规定与标准指出，让设计变量增加到 5.0 mm。对于液压支架，如果板材厚度低于15.0 mm，显得相对单薄，和液压支架的其他结构相比很难达到配合要求，不具备实际意义。在优化可靠性设计中，可以借鉴表 1 选择板厚，然后再计算组合方案。 有限元优化结果分析 以上通过对有限元的优化方案进行分析，各种板厚的组合都符合掩护梁最大受力小于屈服极限的约束条件，因此，液压支架应当选取最小的质量，板材厚度T1、T2、T3均为20.0 mm，相对的探测点1、探测点2的应力水平分别为398.9 MPa、413.7 MPa，与应力标准要求相符合，能很好地满足应力要求。 基于疲劳寿命约束的强度可靠性优化设计 现行国家标准《煤矿用液压支架第一部分（通用技术条件）》中，对液压支架疲劳强度实验方法与结果进行了严格规定，所以为了实现基于疲劳寿命约束的强度可靠性优化设计，在液压支架试验中不仅要符合相关要求，还不能过于追求疲劳寿命周期。从该角度进行液压支架强度可靠性优化设计，需要以满足循环周期为基础，不断优化相关条件。 设定负载水平 现行国家标准《煤矿用液压支架第一部分（通用技术条件）》中，在耐久性试验规范中对内加在方式提出了要求，需要其进行循环加载，加载压力由1.05倍的额定工作压力与0.25倍的额定工作压力进行交替设置。根据规范标准，20 000次为加载周期。 有限元优化分析 在进行有限元分析中，结构材料为Q460，该材料的弹性模量的取值范围大致在 210000MPa 作用，按照结构优化分析数据可知，基于设定疲劳寿命得到满足的前提下，最优方案为板材厚度分别为T1取值20.0 mm、T2取值20.0 mm、T3取值25.0 mm，相对应的探测点1与探测点2的寿命水平分别为32000次、26000次。所以在满足疲劳寿命的环境下，最佳方案是将板材厚度设置成 20.0 mm。 可靠性分析 根据以上数据分析，在最终确立可靠性设计方案与过程期间。应对T1板材厚度的减小予以优先考虑，然后可以选择调整T2板材厚度，最后进行T3板材厚度的控制。结合有限元分析结果与相关数据：在符合液压支架掩护梁应力水平与疲劳寿命等基础上，可以选用机组性能