作为煤矿工作面“三机”装备中的重要构成部分,液压支架的稳定安全运行对煤矿生产质量和效率均有直接影响。以ZY2800/13/28型掩护式液压支架为研究对象,利用SolidWorks软件构建了支架的模拟仿真模型。结果发现,液压支架顶梁和掩护梁的耳板附近区域存在应力集中现象,通过改善耳板连接形式、调整掩护梁板厚,从而优化液压支架结构,使得液压支架的最大应力降低了17.33%。实践应用发现,新液压支架运行良好,使用寿命可以延长1~2年,经济效益和安全效益显著。

国内部分剪切机存在体积较大、质量较重等问题,给运输及安装造成不少困难。由于剪切机的结构较为复杂,很难直接算出剪切机的刚度与强度,所以需要通过模拟剪切机来找出切实可行的优化方案从而达到降低重量、方便运输及节约成本等目的。本文以某液压剪切机机架作为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS对剪切机机架进行静力学分析,并对其进行轻量化设计研究。基于分析结果,对比实际情况,分别采取两种优化方案一是尺寸优化设计;二是拓扑优化设计。结合工作实际,将两种方案结合,最终质量减轻了11.3%,达到了轻量化设计的期望值,研究结果对同类型重型机械的轻量化设计具有一定的参考价值。

针对掘进机液压缸的质量占比相对较大、能量利用率低等不足,提出了一种基于ABAQUS的液压缸轻量化设计方案。通过分析掘进机液压缸工作原理,以活塞杆作为液压缸轻量化设计目标,采用结构优化的思路将活塞杆改为空心结构,并运用Creo三维建模软件构建了空心活塞杆几何模型,利用ABAQUS中的Tosca优化模块进行拓扑优化,得出最佳模型参数。有限元分析结果表明:空心活塞杆的整体变形量较小,最大变形发生在端口位置,值为0.138 mm;最大应力发生在活塞杆与活塞的连接部位,最大值为342.18 MPa,在许用应力范围内,满足轻量化设计要求;轻量化设计后的活塞杆质量降低约22.85%,效果明显。

为了降低液动三片式矿浆阀密封体的加工成本,运用ANSYS Workbench有限元分析软件,对密封体进行了静力结构分析,得到密封体的应力、应变分布图,提出了密封体的轻量化设计方案。以密封体的厚度、加强筋的厚度和加强筋的高度为设计变量,以密封体整体结构的总质量为设计目标,对密封体进行了轻量化改进设计。该设计在保证密封体强度的基础上,使密封体的整体结构减重9.51%,达到了轻量化设计的目的,为密封体结构改进提供了依据。

随着我国经济社会的不断发展,需要消耗的资源越来越多,其中煤炭资源的消耗尤为巨大。因此,不断勘探并开采新的煤矿,才能满足经济的发展需求,这对煤机装备的发展也提出了新的要求,煤矿液压支架轻量化设计已经成为必须要攻破的技术难题。本文论述了煤矿用液压支架的轻量化设计和研究,对其存在的一些不足之处和相应对策进行了比较详细的介绍。

为了满足发动机液压悬置支架轻量化的发展需求,以某品牌汽车发动机液压悬置支架为原型,建立悬置支架的三维模型,并使用ANSYS软件对悬置支架的结构进行拓扑优化设计,减轻了支架的质量,使其满足轻量化设计要求。对设计优化后的模型进行静力分析和模态分析,发现优化设计后的悬置支架在满足正常工况下的强度、刚度要求之外,还有较高的固有模态频率,能避免发动机与液压悬置支架发生共振。分析结果显示,在减少变形量和应力大小的同时,支架结构的整体质量由1.02kg减小到0.84kg,质量减小了17.6%,说明该发动机液压悬置支架的优化设计方案是可行的。

有效地开采和利用矿产资源,是国民经济和社会可持续、稳定发展的重要保证,是国家资源安全的关键。在新的历史条件下,我们要积极创新发展思路,调整战略布局,优化资源管理,促进矿业经济向绿色、集约、高效发展。随着社会建设的不断完善和深入,人们对煤炭等资源的需求也在不断增加。近期我国在煤矿资源的开发与利用上也有了很大的提高,其中液压支架的轻量化设计与使用,在一定程度上推动了煤炭行业的产能升级改造,更好地适应的行业的转型发展,与此同时也有效提升了煤炭资源开发的安全程度。然而在开展实际的使用中,液压支架轻量化设计依然存在很大的问题,接下来,文章就针对煤矿液压支架的轻量化设计问题展开具体的探究分析。

以140 kN连续驱动摩擦焊机主轴箱为研究对象,应用有限元分析软件对主轴箱进行了静、动态相关特性的分析。为提高主轴箱综合力学性能,并实现主轴箱箱体材料的合理利用,以箱体壁厚等7个结构参数为设计变量进行了中心复合实验设计。根据得到的数据结果,基于Kriging插值法建立了主轴箱的响应面模型,并对各设计变量进行了灵敏度分析。利用多目标遗传算法完成了主轴箱的优化设计,与原结构方案相比主轴箱箱体减重16.6%,实现了焊机轻量化设计。经过对主轴箱响应面模型拟合精度的校验,验证了CCD实验法与Kriging插值法相结合可高效精准地完成主轴箱响应面模型的建立。因此这一优化方法同样适用于其他类型的机床零部件的设计。

金属打包机是废旧金属回收行业的大型核心工程设备。为了提高金属打包机箱体结构的综合性能以及实现箱体轻量化的目标,提出一种基于响应面法的轻量化设计方法。基于板壳理论和力学模型分析建立危险工况的有限元参数化模型,以墙板厚度等尺寸作为设计变量,以结构强度、刚度和稳定性作为约束条件,并以箱体质量作为目标函数。通过灵敏度分析确定对目标函数影响显著的设计变量,再利用中心复合设计方法和克里金插值法得到拟合响应面模型,并采用多目标遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明:在满足箱体整体综合性能条件下,优化后的箱体质量减轻了20.6%,优化效果显著,对其他工程设备的轻量化设计具有一定的指导意义。

大型游乐设备核心部件的设计校核多采用以材料力学为基础的传统计算方式。然而对于复杂的装配件，传统计算方法难以建立吻合度较高的力学模型，因此力学计算的结果难以真实反映承载特性。采用有限元软件ANSYS Workbench真实模拟桑巴塔回转架的2种典型工况，得到回转架在典型工况下的应力、变形分布情况，确定应力关键部位。根据有限元静力学分析结果当中最大应力与最大变形的富余程度提出可优化的参数变量，将基于ANSYS Workbench神经网络响应面法的多目标遗传优化算法应用于回转架钢结构的轻量化设计当中，得出最佳的优化参数配比，实现回转架结构自重减轻8．3％，完成桑巴塔回转架静力学分析与轻量化设计的“无缝”设计流程。