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巷道用自移式輔助支護設(shè)備為臨時支護設(shè)備，支護強度要求低，原有的頂梁重量過大會給井下運輸，安裝，移動帶來很多困難，已不符合實際應(yīng)用，本設(shè)計擬采用剛性頂梁。頂梁由整塊鋼板和角鋼焊接組成，角鋼加強了鋼板的穩(wěn)定性，又用于和耳板的連接。為了防止大塊鋼板變形，中間焊接5條加強肋。在中建立的頂梁實體模型如圖所示。
在中對頂梁進行有限元分析，施加約束時選擇耳板上表面為約束面，約束類型為在工作過程中，頂梁受到頂板的壓力作用，頂梁考慮到設(shè)計過程中的安全性問題，只需分析結(jié)構(gòu)部件最危險時刻受力情況，頂梁在立柱達(dá)到最大工作阻力時是受頂板施加的外載荷力最大的情況。載荷類型為，載荷施加平面為頂梁的上表面。加載后進行求解，輸出計算結(jié)果的位移云圖。應(yīng)變云圖和應(yīng)力云圖。
根據(jù)頂梁的靜力分析可以看出頂梁5個肋板之間有集中載荷，并且變形最大，5個柱窩之也有中載荷，而且頂梁的應(yīng)力安全系數(shù)為相對較大，說明設(shè)計尺寸還是有些不合理。這就需要對頂梁的焊接零件的相對位置進行調(diào)整優(yōu)化、調(diào)整，個肋之間和排柱窩之間的距離來減小應(yīng)力集中。以肋之間的距離排柱窩之間的距離為設(shè)計變量，目標(biāo)函數(shù)為頂梁載荷最小。
從優(yōu)化結(jié)果可以看出當(dāng)肋板之間的距離為柱窩之間的距離為時頂梁所受的最大應(yīng)力達(dá)到最小值，應(yīng)力集中有效減小。此時安全系數(shù)，遠(yuǎn)大于許用安全系數(shù) 為了減輕重量，參照底座的優(yōu)化過程對頂梁的厚度進行優(yōu)化。以頂梁鋼板厚度為設(shè)計變量，應(yīng)力值為狀態(tài)變量，頂梁鋼板體積為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化后取最優(yōu)結(jié)果即可得當(dāng)壁厚為時應(yīng)力為優(yōu)化后的頂梁受力云圖，如圖頂梁應(yīng)力分布均勻，符合機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
本設(shè)備與掘進機配套使用，掘進機截割頭的動會通過頂板和側(cè)幫傳到支護設(shè)備上，如果本設(shè)備的頻率與掘進機振動頻率相同時就會造成共振現(xiàn)象的發(fā)生， 影響本設(shè)備的穩(wěn)定性和零部件的使用壽命。所以為了實現(xiàn)本設(shè)計的合理性，有必要對其固有頻率及振型進行分析。
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