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葉片是采煤機(jī)螺旋滾筒的主要構(gòu)件，承受截煤和裝煤載荷。因此，應(yīng)合理地選擇其結(jié)構(gòu)尺寸，使之既能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)要求，又能合理地利用材料，減輕重量，以提高采煤機(jī)的工作穩(wěn)定性，改善整機(jī)性能。本研究用有限元分析螺旋葉片的強(qiáng)度，為減輕滾筒重量尋求途徑。
葉片的主要幾何參數(shù)有：螺旋葉片升角，片栽割寬度B，片內(nèi)半徑R和外半徑Rz，葉片厚度T，截齒在葉片上的排列方式等。本研究只從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析要求選取葉片的厚度T，為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，假定葉片的其余參數(shù)為已知，為減輕滾筒重量，應(yīng)在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的前提下，使葉片的體積最小，即以體積W(X)為目標(biāo)函數(shù)。把螺旋葉片曲面區(qū)域，用隔開(kāi)一定間隔d1與d，的坐標(biāo)曲線(xiàn)分割為許多曲邊四邊形，對(duì)于每一個(gè)以點(diǎn)本程序可以進(jìn)行采煤機(jī)螺旋滾筒具有強(qiáng)度約束的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。程序中優(yōu)化部分采用復(fù)合形法，強(qiáng)度計(jì)算采用板殼非軸對(duì)稱(chēng)有限元分析，在有限元分析中結(jié)構(gòu)的離散化由程序自動(dòng)完成。復(fù)合形法在探求i-i優(yōu)化解過(guò)程中，儉查整個(gè)可行區(qū)域，因此所求結(jié)構(gòu)可靠，收斂迅速，且能有效地處理不等式約束的問(wèn)題。輸入信息：計(jì)算性質(zhì)標(biāo)志變量，結(jié)構(gòu)模型選擇參數(shù)，自動(dòng)剖分網(wǎng)格參數(shù)。結(jié)構(gòu)材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)邊界控制條件等。輸出信息：優(yōu)化設(shè)計(jì)中間計(jì)算值，厚度變量迭代值以及相對(duì)應(yīng)的體積值和結(jié)構(gòu)，當(dāng)量應(yīng)力值最終優(yōu)化結(jié)果，結(jié)構(gòu)最佳厚度，最佳厚度的最大當(dāng)量應(yīng)力值。
根據(jù)某型采煤機(jī)螺旋滾筒的基本尺寸，用本程序?qū)β菪~片進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。考慮到計(jì)算時(shí)間不致過(guò)多，螺旋葉片的計(jì)算位置只選定一個(gè)最危險(xiǎn)截面，以按一種載荷計(jì)算。計(jì)算中選取采煤機(jī)的基本參數(shù)為：抗截強(qiáng)度Ap；抗壓強(qiáng)度R’；牽引速度磯；滾筒轉(zhuǎn)數(shù)；采高；滾筒直徑；截齒配置如圖所示。螺旋葉片優(yōu)化計(jì)算模型參數(shù)：節(jié)點(diǎn)總數(shù)443單元總數(shù)603集中載荷數(shù)9；邊界點(diǎn)總數(shù)140螺旋葉片厚度變量初始值與上、下界值：初始厚度取30cm；上界值取40cm，界值取2.0cm。計(jì)算過(guò)程效率，控制精度e分別取10時(shí)，計(jì)算的迭代次數(shù)為8次，目標(biāo)函數(shù)計(jì)算次數(shù)為37次，約束涵數(shù)計(jì)算次數(shù)為46次，計(jì)算過(guò)程中占CPU時(shí)間為1小時(shí)21分2秒。結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果：最優(yōu)厚度值T，最優(yōu)厚度的最大當(dāng)量應(yīng)力值，最小體積。考慮到齒座焊接存在內(nèi)應(yīng)力，載荷突然過(guò)大，葉片磨損及變形因素，故葉片厚度應(yīng)適當(dāng)加大一些。
(1)優(yōu)化程序采用網(wǎng)格自動(dòng)生成方法，計(jì)算準(zhǔn)備工作量很小，計(jì)算方便，實(shí)用性強(qiáng)。(2)對(duì)采煤機(jī)螺旋葉片的優(yōu)化計(jì)算，因外載荷估計(jì)不盡準(zhǔn)確，并考慮磨損及焊接E藝性要求等諸因素，設(shè)計(jì)變量下界值的確定偏于安全，故僅作為定性分析。據(jù)此分析應(yīng)力分布，對(duì)葉片采取有針對(duì)性的措施，防止加厚的盲目性。
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