用ANSYS对液压支架运动仿真及优化设计

高耀东，严鹏贺

1 引言

液压支架是综采工作面的关键设备，用于支撑顶板和形成工作空间，并推动支架和刮板输送机向工作面移动。

四连杆机构是支撑掩护式以及掩护式液压支架中最重要的联接装置，可以使支架承受较大的横向推力，从而使立柱只受轴向力作用。由于对液压支架的受力状态、稳定性以及工作性能都存在至关重要的影响，所以确定四连杆机构的最优尺寸是液压支架设计必须优先考虑的问题[1-3]。液压支架四连杆机构优化设计的优化目标有：使顶梁前端水平摆幅最小、使液压支架总重量最轻、使液压支架受力最合理等，而这些特性的评估可以通过运动仿真来实现。

ANSYS是目前应用最普遍的有限元软件，在多数的液压支架设计单位都有配备，熟练掌握该软件的工程技术人员有很多。ANSYS可以依靠本身工具创建任意复杂的几何模型，也可以从其他CAD软件导入几何模型。可以在ANSYS中进行结构静力学分析、多体动力学分析、结构优化设计等。所以，用ANSYS分析液压支架的动力学特性、强度和刚度特性是十分方便、可行的。

2 液压支架运动仿真

运动仿真用于分析运动尺寸已知的液压支架的运动特性，包括各构件的绝对位移、速度和加速度，以及组成运动副两构件间的相对位移、速度和加速度等。分析结果可用于评估液压支架特性和指导液压支架设计，也用于进行优化设计[4-5]。用ANSYS Workbench对液压支架运动仿真分为模型创建、分析计算两个步骤。……