淺析ANSYS在采煤機結構設計中的應用

原康康

摘 要：本文介紹了ANSYS軟件及采煤機結構特點，闡述了ANSYS軟件在采煤機結構設計中應用，解決了設計過程中結構件的強度、疲勞斷裂、振動和噪聲等問題，保證了采煤機產品的質量，提升了設計生產效率，縮短了產品研發周期。

關鍵詞：采煤機；ANSYS；結構設計；應用

采煤機作為礦井綜采工作面的重要設備，是一個由電動機、截割部、牽引部、輔助裝置等組成的大型復雜系統，其機電、機械系統必須設計合理并且有效匹配，才能確保礦井安全高效運行。但隨著煤炭工業的發展，采煤機的種類越來越多，功能也越來越強大，結構、組成也愈加復雜，隨之而來，因關鍵零部件受損、壽命縮短等原因導致采煤機發生故障的頻率也大幅提升，嚴重影響礦井安全生產。因此非常有必要采用先進的優化設計方法對采煤機關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，能夠充分發揮計算機的計算速度優勢，可以對采煤機關鍵部件進行仿真，并對其受力進行分析求解，完成設計方案的優化。

1 ANSYS軟件簡介

ANSYS軟件是一個應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轉化成一個有限元系統，隨著計算機應用的不斷普及，其已普遍應用到機械工程設計工作中來，作為一款計算機輔助工程軟件，其能與多數計算機輔助設計軟件，如AutoCAD、SolidWorks、ProE、UG等完美對接，實現數據和圖紙的共享與交換。

2 采煤機結構設計的特點

采煤機誕生于20世紀40年代初期，經過近八十年的發展，現階段的采煤機結構設計特點如下：

2.1高產高效性

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，產量和效率是衡量采煤機性能的主要標準，只有不斷提高產效，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系到礦井安全平穩生產，不斷優化采煤機的各個部件，尤其是關鍵部件的結構，才能延長使用壽命，提高采煤機的安全可靠性。

2.3智能化

在采煤機的結構設計中，必須向遙控及自動控制發展，逐步過渡到無人工作面采煤。

2.4個性化

根據不同煤層、不同煤質做到“量體裁衣”，通過結構設計的優化創新，從而滿足厚、薄及急傾斜等難采煤層煤質的采煤裝備要求。

2.5集成化

采煤機結構設計以“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、整體結構與操作者、周圍地質環境相適應。

3 ANSYS軟件在采煤機結構設計中的應用

目前，煤機行業發展日新月異，ANSYS軟件得到了煤機企業的充分認可，隨著ANSYS軟件在煤機行業的不斷推廣和廣泛使用，給煤炭機械的結構設計工作提供了很大便利，現階段，ANSYS軟件在采煤機結構設計中的應用主要體現在以下幾方面：

3.1實現了模型的仿真分析

原先的采煤機結構設計工作中，設計技術人員只可以進行二維、三維設計，對于較復雜的部件，尤其是關鍵部件，如截割部、牽引部等均無法進行模型設計，更不能進行仿真分析。ANSYS有限元分析軟件的面世，給設計人員提供了處理復雜部件的有力工具。在ANSYS軟件中，可將采煤機復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建模時直接添加。同時，ANSYS提供了高效率的復合材料設計功能，設計人員可以將薄板材料和新型材料引入結構設計中，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構性能和設計美感。

3.2實現了模型的受力分析

傳統的建模軟件只能夠將采煤機實物，通過測量、計算、制圖方式將模型呈現出來，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測。ANSYS軟件不僅可以求解靜力學問題，也可以求解動力學問題。通過與建模軟件完美對接，將實體模型導入，軟件的分析模塊具有靈敏度分析及優化分析特點，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，可幫助設計人員在結構設計或生產之前預測、計算結構的性能。

4 ANSYS在采煤機結構設計中的優勢

4.1保證了采煤機產品的質量

ANSYS軟件作為一款計算機輔助工程軟件，以先進的科學技術為支撐保證了采煤機的設計水平，提高各組成部件的設計性能水平，在原有的機械設計軟件的基礎上，實現了結構設計的創新與再發展。在采煤機研發中，對關鍵部件的強度、疲勞斷裂、振動和噪聲等問題可以成熟地在設計階段解決，大大地提高了設計質量，縮短了產品研發周期，節省了開發費用。同時為生產的采煤機提供了可靠的質量保證，節約了資金，提升了煤機企業的核心競爭力，對于煤炭礦井而言，性能可靠、結構設計合理的采煤機可以完美的與礦井整個綜采系統和特殊地質條件匹配，保證礦井安全高效生產。

4.2為結構設計提供了便利

采煤機的結構設計過程中要經歷一系列的設計、修改、分析工作，這些工作繁瑣復雜，增加了設計人員的工作難度。而ANSYS軟件只需根據設計的參數，調整結構參數，即可完成采煤機的修改、設計、分析過程。這樣的程序參數自動優化，能夠縮短設計時間，提高設計效率，為結構設計提供了便利。

5 結語

綜上所述，ANSYS軟件的應用在采煤機結構設計中起著關鍵性作用，有效的解決了設計過程中結構件的強度、疲勞斷裂、振動和噪聲等問題，保證了采煤機產品的質量，提升了設計生產效率，縮短了產品研發周期，推動了煤機行業的創新發展，保障了煤礦的安全生產。

參考文獻

[1]于佳，孫榮國.ANSYS在機械結構設計中的應用[J].網絡與信息，2011（6）.

[2]胡臣勇.研究創新設計在機械結構設計中的應用[J].科技經濟導報，2017（19）.