基于ANSYS软件的液压支架推杆优化设计
图4轨道下部拼接示意图
1.左轨
2.插销块
3.右轨
4.连接块
左右导轨腹板上分别开设一相同直径的圆孔，拼接时，将连接块上的2个圆柱销分别插入左右导轨腹板孔中，在腹板的另一侧卡入插销板，插销板上的卡槽与连接块圆柱销上的缺口相互卡紧，以防止导轨连接处出现错牙、裂缝等不良情况。连接块和插销板结构分别如图5、图6所示。
图5连接块图6插销板
导轨安装完成之后如图7所示。这种拼接方式方便快捷，省时省力，使用维修方便。
图7导轨安装4结语
电缆收放单轨吊，是一种多功能、高效率、多用途的井下辅助运输设备。其轨道不仅承载着整个装
置的重量，还是挂缆车的运行通道。文中所设计的轨道结构紧凑，便于挂缆车的顺利通过。该装置可靠性好，稳定性高，适应能力强，安装方便，省时省力，经济高效。适应煤矿现代化文明生产的需求。
参考文献：
［1］濮良贵,纪明刚.机械设计［K ］.7版.北京:高等教育出版社，
2006.
［2］王平,徐加伟.煤矿辅助运输能力的分析［J ］.当代矿工,2007（5）：
61-63.
［3］苏其亮,王贯东,王龙升.蓄电池单轨吊的研究与应用［J ］.山东煤
炭科技,2007（3）：103-105.
［4］崔希海,来淑梅.单轨吊运行工况分析及改进措施［J ］.煤矿机械，
2008，29（9）：142-144.
［5］毛平淮,龚超.单轨电缆收放吊小车的设计［J ］.煤矿机械，2009，30
（10）：137-138.
作者简介：毛平淮（1956-），湖南平江人，硕士生导师，安徽理工大学机械制造及数控技术研究所所长，长期从事煤矿机电设备的研究与教学工作，公开发表论文40余篇，电话：0554-*******，电子信箱：ylmao@https://www.wendangku.net/doc/967179004.html,.
责任编辑：王海英收稿日期：2010－06－0
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煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.31No.12Dec.2010
第31卷第12期2010年12月
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前言
推杆作为液压支架重要的承载与连接部件，要求它受力均衡，有足够的强度和刚度，能在拉架与推溜力的反复作用下保持正常工作。在能满足工作要求的条件下，要力求结构简单、质量高、成本低。
计算机软件技术的发展为现代液压支架的设计创造了极为便利的条件，运用ANSYS 软件对支架整体及零部件进行优化设计，可以有效优化产品结构、提高设计质量、降低生产成本。推杆作为液压支架中受力状况最为恶劣的部件，对它的分析设计
基于ANSYS 软件的液压支架推杆优化设计
王
宇，刘
洋，孙鹏飞，赵世来，江亚东
（三一重型装备有限公司支护研究院，沈阳110027）
摘要：根据井下的实际工况，对液压支架整体箱式长推杆进行受力分析，并运用ANSYS 软
件对实际载荷分布状况进行模拟，将计算结果应用于推杆的结构优化，以实现简化结构、减轻重量、降低成本，为整体箱式长推杆的设计提供了有益参考。
关键词：液压支架；整体箱式长推杆；受力分析；ANSYS ；结构优化中图分类号：TD355
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2010）12－0007－03
Optimal Design of Hydraulic Support Relay Bar Based on ANSYS
Software
WANG Yu,LIU Yang ，SUN Peng-fei,ZHAO Shi-lai ，JIANG Ya-dong
（Department of Hydraulic Support,Sany Heavy Equipment Co.，Ltd.，Shenyang 110027,China ）
Abstract ：A good design method to help us design a relay bar was provided.The result application shows the method can carry out predigesting structure ,reduce weight and cost by ANSYS software within simulating actually mine ’s status.
Key words ：hydraulic;support relay bar;force analysis ；ANSYS;optimal design 1
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是支架优化的重点，本文仅对支架中常用的整体箱式长推杆进行受力分析并用ANSYS进行了优化设计。1受力分析
（1）轴向力
当支架的推杆为整体箱式长推杆的形式时，推移千斤顶则需采用倒装的布置方式，这种布置方式的优点是大腔拉架、小腔推溜，无需设置差动装置就可适应拉架力大于推溜力的井下实际工况。并且拉架时会对底座前端产生一垂直向上的分力，防止底座前端陷入底板，有利于拉架过程的顺利进行。因为推移千斤顶倒装的布置方式，不可避免地使推移千斤顶轴线与推杆轴线形成一夹角，所以推移千斤顶力可分解为一水平力和一垂直力，水平力对推杆产生挤压力，垂直力则对推杆产生一弯矩。受力状况如图1所示。
图1轴向受力示意图
（2）垂直力
与推移千斤顶力所产生的弯矩相比，垂直于推杆的力所产生的弯矩要大得多，并且弯矩所产生的拉应力通常相当于几倍轴向力产生的压应力。因此，垂直力对推杆的破坏要远大于推移千斤顶力。垂直力有2个来源：①抬底千斤顶作用在推杆上的力，为了利于拉架，经常要将底座前端抬起，这样不可避免地要对推杆施加一垂直向下的力。②由于采煤机截割不平，常使底板出现凹凸不平的状况，这样在推溜和拉架的过程中，推杆经常受到来自凹凸底板的垂直力。受力状况如图2所示。
图2垂直受力示意图
（3）侧向力
当工作面出现较大倾角时，支架与刮板机都会产生下滑，又因自身结构和运煤影响，刮板机与支架在下滑时会产生相对错位，在刮板机的带动下，推杆会与底座发生相对碰撞，从而产生一水平侧向力，作用于推杆侧部。受力状况如图3所示。
图3侧向受力示意图2ANSYS有限元分析
（1）建立有限元分析模型
整体箱式长推杆一般是由钢板组焊而成的焊接结构件，在建立有限元分析模型时，只需根据总体设计方案，建立一个具有正确铰孔位置和长度尺寸的简易模型。如图4所示。
图4推杆有限元分析模型
（2）单元类型及实常数定义
将建好的简易模型导入ANSYS Workbench的工作环境中，推杆中各零件间的焊接关系通过面黏结的运算方式来模拟。
由于组成推杆的板件中，厚度尺寸要远小于宽度和长度尺寸，一般小于1：10，并且每个板件要承受拉压力与弯扭力的合成作用，所以采用平板壳元SHELL63来模拟。SHELL63既具有弯曲能力又具有膜力，可以承受平面内载荷和法向载荷，每个节点具有6个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系X、Y、Z轴的转动。应力强化和大变形能力已考虑在其中。
采用自由网格划分方法，为了获得较细腻的网格，Relevance值设为50，其他参数均为默认值，网格划分效果如图5所示，共形成19417个节点，8222个单元。
图5推杆网格划分
（3）边界条件处理及施加载荷
根据推杆在井下的实际工况，对其施加约束条件及载荷。推杆前端通过一销轴与联接头相连，后端同样通过一销轴与推移千斤顶活塞杆相联。鉴于销轴与销孔的实际配合状况，采用接触对的约束方式，将销孔面设为接触面，销轴面设为目标面，并将接触单元类型设为“surface-to-surface”，完成接触对定义。推杆在实际工作过程中，只能在底板所在的平面内移动，因此施加给定位移的约束方式，并且限制垂直方向上的自由度，载荷则根据之前所做受力分析以及支架的自身结构进行施加。计算结果如图6所示
。
第31卷第12期
Vol.31No.10基于ANSYS软件的液压支架推杆优化设计——
—王宇，等
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图6
推杆应力分布图
3结语
根据有限元分析结果，若推杆弯曲程度超出了
许用范围，则需加大厚度或宽度方向的尺寸，以满足强度要求；对应力集中部位，可考虑采用高强度钢板，并在结构允许的情况下增加垫板或肋板等补强措施，使其达到可靠的安全系数；对于受力较小的部位，可采用强度偏低的钢板，并适当简化结构，
减轻重量，降低成本。通过对有限元分析结果的运
用，可以快速有效地优化推杆结构，使其受力合理、使用可靠，开辟了推杆设计的新途径，并对同类产品的设计具有一定的指导作用。
参考文献：
［1］王国法.液压支架技术［M ］.北京：煤炭工业出版社，1999.［2］丁绍南.液压支架设计［M ］.北京：世界图书出版公司，2008.［3］徐亚军，王国法，柴宾元，等.液压支架虚拟样机构建技术的研究
［J ］.煤矿开采，2003（8）：8-11.
作者简介：王宇（1985-），2008年毕业于原阜新矿业学院（现辽宁工程技术大学），现工作于三一重型装备有限公司，主要从事液压支架的设计与研发工作，电子信箱：wangy15@https://www.wendangku.net/doc/967179004.html,.
责任编辑：王海英收稿日期：2010－06－13
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煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.31No.12Dec.2010
第31卷第12期2010年12月
前言
目前国内外研制和使用的掘进机种类很多，按工作机构截割工作面的方式可分为两大类：部分断面掘进机和全断面掘进机。部分断面掘进机的工作机构一般是由一悬臂及安在悬臂上的截割头组成，通常又称为悬臂式掘进机。按截割头的布置方式分为纵轴和横轴2种。
通过对纵轴式和横轴式掘进机的对比分析，可以看出纵轴式掘进机和横轴式掘进机各有其优缺点，所适合的工作场合也不相同。但不论是纵轴式截割头还是横轴式截割头，截割减速器是悬臂式掘进机的核心传动件，其主要作用是传递截割功率给截割头破落煤岩，减速方式是采用齿轮减速器进行
减速。
1
问题的提出
由于结构的因素，要求纵轴式截割减速器输入和输出轴应在同一轴线上，因此采用行星减速器。纵轴式截割减速器在悬臂的长度方向上的尺寸较小，要保证合理的总体截割参数，通常要增加一段悬臂以达到一定的悬臂长度，这样一来必然增加总体结构尺寸，同时对强度等力学性能的要求也增加了。而横轴式截割头的轴线与截割电机的轴线垂直，故采用四级圆锥圆柱齿轮减速器，第1级为圆锥齿轮传动，后三级为圆柱齿轮传动。四级齿轮减速器势必增大了悬臂的长度，但为保证合理的截割参数和受力状态又要求悬臂长度不能过长，即要限悬臂式掘进机截割减速器设计难点分析及解决方法
杨丽君
（淮北职业技术学院，安徽淮北235000）
摘要：对比了纵、横轴悬臂式掘进机截割特点及在煤矿上的应用，分析了纵轴式与横轴式掘进
机截割减速器的设计难点。用常规方法设计截割减速器设计周期长，不易保证设计要求，而将粒子群优化算法应用到设计中，效率高，易于实现，同时有利于改善掘进机的工作性能。
关键词：掘进机；截割减速器；粒子群优化算法中图分类号：TD421.5
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2010）12－0009－02
Design Difficulties of Cantilever Roadhearder ’s Cutting Gearbox and
Solutions
YANG Li-jun
(Huaibei Professional and Technology College,H uaibei 235000，China)
Abstract:Comparison of the vertical ，horizontal roadheader cutting features and applications in the coal mine,the design difficulties of the ordinate axis type and the abscissa axis type cantilever roadhearder was analyzed.Designed using conventional cutting reducer design cycle is long,difficult to ensure the design requirements,the particle swarm optimization algorithm is applied to the design of high efficiency,easy to implement,at the same time help to improve performance driving machine.Key words:roadheader;cutting gearbox;particle swarm optimization algorithm 9