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巷道用自移式輔助支護設備為臨時支護設備，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，已不符合實際應用，本設計擬采用剛性頂梁。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，頂梁考慮到設計過程中的安全性問題，只需分析結構部件最危險時刻受力情況，頂梁在立柱達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，輸出計算結果的位移云圖。應變云圖和應力云圖。
根據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，而且頂梁的應力安全系數(shù)為相對較大，說明設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整優(yōu)化、調整，個肋之間和排柱窩之間的距離來減小應力集中。以肋之間的距離排柱窩之間的距離為設計變量，目標函數(shù)為頂梁載荷最小。
從優(yōu)化結果可以看出當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力達到最小值，應力集中有效減小。此時安全系數(shù)，遠大于許用安全系數(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計變量，應力值為狀態(tài)變量，頂梁鋼板體積為目標函數(shù)，優(yōu)化后取最優(yōu)結果即可得當壁厚為時應力為優(yōu)化后的頂梁受力云圖，如圖頂梁應力分布均勻，符合機械設計標準。
本設備與掘進機配套使用，掘進機截割頭的動會通過頂板和側幫傳到支護設備上，如果本設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， 影響本設備的穩(wěn)定性和零部件的使用壽命。所以為了實現(xiàn)本設計的合理性，有必要對其固有頻率及振型進行分析。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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