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基于SolidWorks-Simulation的单体支柱

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论文导读：柱鞋指垫衬或套穿在单体液压支柱或金属摩擦支柱底部，防止支柱钻底的辅助装置。仿真工作流程如图5所示。

关键词：柱鞋，仿真，优化设计

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1.设计依据

柱鞋指垫衬或套穿在单体液压支柱或金属摩擦支柱底部，防止支柱钻底的辅助装置。柱鞋形式有分离式柱鞋和装配式柱鞋。

根据《中华人民共和国煤炭行业标准》MT542一1996单体支柱柱鞋标准规定：

1.1规格

分离式柱鞋的规格尺寸见表1、图1所示。

表1

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外径(d)mm

260

280

300

320

高度(h)mm

≥40

≥50

厚度(δ1)mm

金属柱鞋

≥8

≥12

聚合物柱鞋

≥15

≥15

柱窝尺寸mm

直径(d2)

124；140

边长(l×l)

110×110

鞋耳孔径(d3)mm

≥12

注：柱窝尺寸对用于单体液压支柱的柱鞋是指柱窝直径d2，对用于金属摩擦支柱的柱鞋是指柱窝方孔边长l×l。

1.2性能要求

承载能力:柱鞋承载能力为柱鞋沿轴线方向承受载荷的能力。额定载荷为柱鞋设计的最大承受载荷，其值定为1.2倍的支柱工作阻力。

性能试验:1000kN材料试验机或支柱试验台，支柱柱底或与柱底相应规格的专用件以及表2相应规格的承压垫圈。加载采用常规静载荷加载方法，按图2所示方式进行。

表2

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试验柱鞋规格(d1)

180-200

220-240

260-280

300-320

承压垫圈

内径(φ1)

120

160

190

220

外径(φ2)

200

240

270

300

高度(h1)

60-100

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2.立物理模型

2.1根据单体支柱柱鞋标准规定，以φ320规格的分体式金属柱鞋为例，建立柱鞋物理模型。其中初定：D1=170mm，δ=15mm，L1=12mm，L2=12mm，R=500mm，如图3所示。

图4

3.利用SolidWorks-Simulation对以上物理模型进行仿真优化

仿真工作流程如图5所示。

3.1定义初始仿真算例

算例类型：定义静态算例。

属性设置：自适应，解算器为自动。

材料属性：铸造碳钢。

接触：零件接触，选择柱鞋实体和承载垫圈实体。

夹具：固定承载垫圈。

载荷：垂直向下，作用在柱窝内底面上，30×1.2=36000kgf。

3.2评估初始算例的结果

运算初始算例后，评估：在底部中心区安全系数nmin=0.67；质量M=13.3kg，偏重。

3.3设定设计算例的属性

设定设计算例质量为：快速结果。

3.4定义变量

δ：20～27步进1；D1：160～170mm步进１；L1：12～１8mm步进１；L2：6～12mm步进１；R：400～450mm，步进５。

3.5定义约束

传感器类型：Simulation数据。

数据量：结果为应力，分量为VON:VonMises。

属性：单位为Mpa，准则为模型最大值。

3.6定义目标

传感器类型：质量属性。

属性：柱鞋模型的质量最小化。论文参考。

3.7查看设计算例的结果

算例的运行结果：δ=23；D1=160；L1=18；L2=11；R=430。安全系数0.85，质量11.70kg。论文参考。

评价：质量控制的可以，安全系数不够。

3.8调整结果修改模型

调整δ=28以提高中心安全系数；调整L2=８以降低模型质量。

3.9查看调整后运行结果

安全系数1.04，质量11.57kg。满足设计期望。论文参考。

４.结束语

传统开发产品周期通常包括以下步骤：建造模型；生成设计的原型；现场测试原型；评估现场测试的结果；根据现场测试结果修改设计。

建造了模型之后，需要确保模型能够在现场有效地发挥作用。如果缺乏分析工具，则只能通过昂贵且耗时的产品开发周期来完成这一任务。这一过程将一直继续，直到获得满意的解决。

现在我们在计算机上模拟模型的测试过程来代替昂贵的现场测试，从而降低费用。通过减少产品开发周期数量来缩短产品开发时间。

宋步明（1964—），男，1988年河南工程技术学校矿山机电专业毕业，1994年毕业于焦作矿业学院机制专业，就职于河南煤化集团焦煤公司鑫珠春机械制造厂，助理工程师，从事矿山机械及配件生产。

通讯地址：河南省焦作市中站区怡光南路16号焦煤公司鑫珠春机械制造厂,宋步明（收）

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-全文完-