浅析ANSYS在采煤机结构设计中的应用

原康康

摘 要：本文介绍了ANSYS软件及采煤机结构特点，阐述了ANSYS软件在采煤机结构设计中应用，解决了设计过程中结构件的强度、疲劳断裂、振动和噪声等问题，保证了采煤机产品的质量，提升了设计生产效率，缩短了产品研发周期。

关键词：采煤机；ANSYS；结构设计；应用

采煤机作为矿井综采工作面的重要设备，是一个由电动机、截割部、牵引部、辅助装置等组成的大型复杂系统，其机电、机械系统必须设计合理并且有效匹配，才能确保矿井安全高效运行。但随着煤炭工业的发展，采煤机的种类越来越多，功能也越来越强大，结构、组成也愈加复杂，随之而来，因关键零部件受损、寿命缩短等原因导致采煤机发生故障的频率也大幅提升，严重影响矿井安全生产。因此非常有必要采用先进的优化设计方法对采煤机关键部件进行可靠性分析，ANSYS有限元分析软件作为一款美国ANSYS公司研制的大型通用分析软件，能够充分发挥计算机的计算速度优势，可以对采煤机关键部件进行仿真，并对其受力进行分析求解，完成设计方案的优化。

1 ANSYS软件简介

ANSYS软件是一个应用广泛的工程有限元分析软件，主要是利用有限元法将所探讨的工程系统转化成一个有限元系统，随着计算机应用的不断普及，其已普遍应用到机械工程设计工作中来，作为一款计算机辅助工程软件，其能与多数计算机辅助设计软件，如AutoCAD、SolidWorks、ProE、UG等完美对接，实现数据和图纸的共享与交换。

2 采煤机结构设计的特点

采煤机诞生于20世纪40年代初期，经过近八十年的发展，现阶段的采煤机结构设计特点如下：

2.1高产高效性

随着我国机械化采煤的日趋成熟，矿井对于采煤机的要求也越来越高，产量和效率是衡量采煤机性能的主要标准，只有不断提高产效，才能保证矿井效益最大化。

2.2安全可靠性

采煤机的安全性能直接关系到矿井安全平稳生产，不断优化采煤机的各个部件，尤其是关键部件的结构，才能延长使用寿命，提高采煤机的安全可靠性。

2.3智能化

在采煤机的结构设计中，必须向遥控及自动控制发展，逐步过渡到无人工作面采煤。

2.4个性化

根据不同煤层、不同煤质做到“量体裁衣”，通过结构设计的优化创新，从而满足厚、薄及急倾斜等难采煤层煤质的采煤装备要求。

2.5集成化

采煤机结构设计以“人机一体化、机电一体化、软件和硬件一体化”为理念，实行部件群体组装，各组成件的强度、整体结构与操作者、周围地质环境相适应。

3 ANSYS软件在采煤机结构设计中的应用

目前，煤机行业发展日新月异，ANSYS软件得到了煤机企业的充分认可，随着ANSYS软件在煤机行业的不断推广和广泛使用，给煤炭机械的结构设计工作提供了很大便利，现阶段，ANSYS软件在采煤机结构设计中的应用主要体现在以下几方面：

3.1实现了模型的仿真分析

原先的采煤机结构设计工作中，设计技术人员只可以进行二维、三维设计，对于较复杂的部件，尤其是关键部件，如截割部、牵引部等均无法进行模型设计，更不能进行仿真分析。ANSYS有限元分析软件的面世，给设计人员提供了处理复杂部件的有力工具。在ANSYS软件中，可将采煤机复杂部件直接仿真成三维组件，并存储在库文件中，不仅可以单独分析，而且可以作为组件在采煤机系统建模时直接添加。同时，ANSYS提供了高效率的复合材料设计功能，设计人员可以将薄板材料和新型材料引入结构设计中，可以加快建模速度，快速定义各部件连接方式，减轻重量的同时提升采煤机结构性能和设计美感。

3.2实现了模型的受力分析

传统的建模软件只能够将采煤机实物，通过测量、计算、制图方式将模型呈现出来，而不能够进行模型受力分析，致使采煤机各部件可靠性、强度及使用寿命无法预测。ANSYS软件不仅可以求解静力学问题，也可以求解动力学问题。通过与建模软件完美对接，将实体模型导入，软件的分析模块具有灵敏度分析及優化分析特点，可对模型进行受力分析试验。后处理模块可将计算结果，以矢量显示、梯度显示、彩色等值线显示等图像与图表形式进行显示与输出。通过分析，可帮助设计人员在结构设计或生产之前预测、计算结构的性能。

4 ANSYS在采煤机结构设计中的优势

4.1保证了采煤机产品的质量

ANSYS软件作为一款计算机辅助工程软件，以先进的科学技术为支撑保证了采煤机的设计水平，提高各组成部件的设计性能水平，在原有的机械设计软件的基础上，实现了结构设计的创新与再发展。在采煤机研发中，对关键部件的强度、疲劳断裂、振动和噪声等问题可以成熟地在设计阶段解决，大大地提高了设计质量，缩短了产品研发周期，节省了开发费用。同时为生产的采煤机提供了可靠的质量保证，节约了资金，提升了煤机企业的核心竞争力，对于煤炭矿井而言，性能可靠、结构设计合理的采煤机可以完美的与矿井整个综采系统和特殊地质条件匹配，保证矿井安全高效生产。

4.2为结构设计提供了便利

采煤机的结构设计过程中要经历一系列的设计、修改、分析工作，这些工作繁琐复杂，增加了设计人员的工作难度。而ANSYS软件只需根据设计的参数，调整结构参数，即可完成采煤机的修改、设计、分析过程。这样的程序参数自动优化，能够缩短设计时间，提高设计效率，为结构设计提供了便利。

5 结语

综上所述，ANSYS软件的应用在采煤机结构设计中起着关键性作用，有效的解决了设计过程中结构件的强度、疲劳断裂、振动和噪声等问题，保证了采煤机产品的质量，提升了设计生产效率，缩短了产品研发周期，推动了煤机行业的创新发展，保障了煤矿的安全生产。

参考文献

[1]于佳，孙荣国.ANSYS在机械结构设计中的应用[J].网络与信息，2011（6）.

[2]胡臣勇.研究创新设计在机械结构设计中的应用[J].科技经济导报，2017（19）.