基于SolidWorks-Simulation的单体支柱柱鞋仿真优化设计

1 设计依据

    柱鞋指垫衬或套穿在单体液压支柱或金属摩擦支柱底部，防止支柱钻底的辅助装置。柱鞋形式有分离式柱鞋和装配式柱鞋。

    根据《中华人民共和国煤炭行业标准》MT 542-1996单体支柱柱鞋标准规定：

    1.1 规格

    分离式柱鞋的规格尺寸见表1、图1所示。

表1 分离式柱鞋的规格尺寸

图1 分离式柱鞋的尺寸

    注：柱窝尺寸对用于单体液压支柱的柱鞋是指柱窝直径d2，对用于金属摩擦支柱的柱鞋是指柱窝方孔边长1×1。

    1.2 性能要求

    承载能力：柱鞋承载能力为柱鞋沿轴线方向承受载荷的能力。额定载荷为柱鞋设计的最大承受载荷，其值定为1.2倍的支柱工作阻力。

    性能试验：1000kN材料试验机或支柱试验台，支柱柱底或与柱底相应规格的专用件以及表2相应规格的承压垫圈。加载采用常规静载荷加载方法，按图2所示方式进行。

表2 相应规格的承压垫圈

图2 加载采用常规静载荷加载方法

  2 立物理模型

    2.1 根据单体支柱柱鞋标准规定，以φ320规格的分体式金属柱鞋为例，建立柱鞋物理模型。其中初定：D1=170mm，δ=15mm，L1=12mm，L2=12mm，R=500mm，如图3所示。

图3 柱鞋物理模型

    2.2 根据表2规定设计相应规格承压垫圈的物理模型，如图4所示。

图4 承压垫圈的物理模型

3 利用-Simulation对以上物理模型进行仿真优化

    仿真工作流程如图5所示。

图5 仿真工作流程

    3.1 定义初始仿真算例

    算例类型：定义静态算例。

    属性设置：自适应，解算器为自动。

    材料属性：铸造碳钢。

    接触：零件接触，选择柱鞋实体和承载垫圈实体。

    夹具：固定承载垫圈。

    载荷：垂直向下，作用在柱窝内底面上，30×1.2=36000kgf。