原康康

摘 要：本文介紹了ANSYS軟件及采煤機結(jié)構(gòu)特點，闡述了ANSYS軟件在采煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用，解決了設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)件的強度、疲勞斷裂、振動和噪聲等問題，保證了采煤機產(chǎn)品的質(zhì)量，提升了設(shè)計生產(chǎn)效率，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：采煤機；ANSYS；結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用

采煤機作為礦井綜采工作面的重要設(shè)備，是一個由電動機、截割部、牽引部、輔助裝置等組成的大型復(fù)雜系統(tǒng)，其機電、機械系統(tǒng)必須設(shè)計合理并且有效匹配，才能確保礦井安全高效運行。但隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，采煤機的種類越來越多，功能也越來越強大，結(jié)構(gòu)、組成也愈加復(fù)雜，隨之而來，因關(guān)鍵零部件受損、壽命縮短等原因?qū)е虏擅簷C發(fā)生故障的頻率也大幅提升，嚴重影響礦井安全生產(chǎn)。因此非常有必要采用先進的優(yōu)化設(shè)計方法對采煤機關(guān)鍵部件進行可靠性分析，ANSYS有限元分析軟件作為一款美國ANSYS公司研制的大型通用分析軟件，能夠充分發(fā)揮計算機的計算速度優(yōu)勢，可以對采煤機關(guān)鍵部件進行仿真，并對其受力進行分析求解，完成設(shè)計方案的優(yōu)化。

1 ANSYS軟件簡介

ANSYS軟件是一個應(yīng)用廣泛的工程有限元分析軟件，主要是利用有限元法將所探討的工程系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個有限元系統(tǒng)，隨著計算機應(yīng)用的不斷普及，其已普遍應(yīng)用到機械工程設(shè)計工作中來，作為一款計算機輔助工程軟件，其能與多數(shù)計算機輔助設(shè)計軟件，如AutoCAD、SolidWorks、ProE、UG等完美對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖紙的共享與交換。

2 采煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

采煤機誕生于20世紀40年代初期，經(jīng)過近八十年的發(fā)展，現(xiàn)階段的采煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計特點如下：

2.1高產(chǎn)高效性

隨著我國機械化采煤的日趨成熟，礦井對于采煤機的要求也越來越高，產(chǎn)量和效率是衡量采煤機性能的主要標(biāo)準，只有不斷提高產(chǎn)效，才能保證礦井效益最大化。

2.2安全可靠性

采煤機的安全性能直接關(guān)系到礦井安全平穩(wěn)生產(chǎn)，不斷優(yōu)化采煤機的各個部件，尤其是關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)，才能延長使用壽命，提高采煤機的安全可靠性。

2.3智能化

在采煤機的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須向遙控及自動控制發(fā)展，逐步過渡到無人工作面采煤。

2.4個性化

根據(jù)不同煤層、不同煤質(zhì)做到“量體裁衣”，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化創(chuàng)新，從而滿足厚、薄及急傾斜等難采煤層煤質(zhì)的采煤裝備要求。

2.5集成化

采煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計以“人機一體化、機電一體化、軟件和硬件一體化”為理念，實行部件群體組裝，各組成件的強度、整體結(jié)構(gòu)與操作者、周圍地質(zhì)環(huán)境相適應(yīng)。

3 ANSYS軟件在采煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

目前，煤機行業(yè)發(fā)展日新月異，ANSYS軟件得到了煤機企業(yè)的充分認可，隨著ANSYS軟件在煤機行業(yè)的不斷推廣和廣泛使用，給煤炭機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供了很大便利，現(xiàn)階段，ANSYS軟件在采煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面：

3.1實現(xiàn)了模型的仿真分析

原先的采煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，設(shè)計技術(shù)人員只可以進行二維、三維設(shè)計，對于較復(fù)雜的部件，尤其是關(guān)鍵部件，如截割部、牽引部等均無法進行模型設(shè)計，更不能進行仿真分析。ANSYS有限元分析軟件的面世，給設(shè)計人員提供了處理復(fù)雜部件的有力工具。在ANSYS軟件中，可將采煤機復(fù)雜部件直接仿真成三維組件，并存儲在庫文件中，不僅可以單獨分析，而且可以作為組件在采煤機系統(tǒng)建模時直接添加。同時，ANSYS提供了高效率的復(fù)合材料設(shè)計功能，設(shè)計人員可以將薄板材料和新型材料引入結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以加快建模速度，快速定義各部件連接方式，減輕重量的同時提升采煤機結(jié)構(gòu)性能和設(shè)計美感。

3.2實現(xiàn)了模型的受力分析

傳統(tǒng)的建模軟件只能夠?qū)⒉擅簷C實物，通過測量、計算、制圖方式將模型呈現(xiàn)出來，而不能夠進行模型受力分析，致使采煤機各部件可靠性、強度及使用壽命無法預(yù)測。ANSYS軟件不僅可以求解靜力學(xué)問題，也可以求解動力學(xué)問題。通過與建模軟件完美對接，將實體模型導(dǎo)入，軟件的分析模塊具有靈敏度分析及優(yōu)化分析特點，可對模型進行受力分析試驗。后處理模塊可將計算結(jié)果，以矢量顯示、梯度顯示、彩色等值線顯示等圖像與圖表形式進行顯示與輸出。通過分析，可幫助設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計或生產(chǎn)之前預(yù)測、計算結(jié)構(gòu)的性能。

4 ANSYS在采煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)勢

4.1保證了采煤機產(chǎn)品的質(zhì)量

ANSYS軟件作為一款計算機輔助工程軟件，以先進的科學(xué)技術(shù)為支撐保證了采煤機的設(shè)計水平，提高各組成部件的設(shè)計性能水平，在原有的機械設(shè)計軟件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新與再發(fā)展。在采煤機研發(fā)中，對關(guān)鍵部件的強度、疲勞斷裂、振動和噪聲等問題可以成熟地在設(shè)計階段解決，大大地提高了設(shè)計質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，節(jié)省了開發(fā)費用。同時為生產(chǎn)的采煤機提供了可靠的質(zhì)量保證，節(jié)約了資金，提升了煤機企業(yè)的核心競爭力，對于煤炭礦井而言，性能可靠、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的采煤機可以完美的與礦井整個綜采系統(tǒng)和特殊地質(zhì)條件匹配，保證礦井安全高效生產(chǎn)。

4.2為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了便利

采煤機的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中要經(jīng)歷一系列的設(shè)計、修改、分析工作，這些工作繁瑣復(fù)雜，增加了設(shè)計人員的工作難度。而ANSYS軟件只需根據(jù)設(shè)計的參數(shù)，調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，即可完成采煤機的修改、設(shè)計、分析過程。這樣的程序參數(shù)自動優(yōu)化，能夠縮短設(shè)計時間，提高設(shè)計效率，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了便利。

5 結(jié)語

綜上所述，ANSYS軟件的應(yīng)用在采煤機結(jié)構(gòu)設(shè)計中起著關(guān)鍵性作用，有效的解決了設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)件的強度、疲勞斷裂、振動和噪聲等問題，保證了采煤機產(chǎn)品的質(zhì)量，提升了設(shè)計生產(chǎn)效率，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，推動了煤機行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，保障了煤礦的安全生產(chǎn)。

參考文獻

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