本發(fā)明涉及煤礦礦用開采設(shè)備的設(shè)計方法，特別是涉及一種刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)綜合優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：刨煤機(jī)采煤技術(shù)是實(shí)現(xiàn)薄與極薄煤層工作面、煤與瓦斯突出工作面機(jī)械化、自動化開采的重要技術(shù)手段。裝有刨刀的刨頭在刨鏈牽引下，沿采煤工作面刮板輸送機(jī)的中部槽導(dǎo)軌刨削煤巖，實(shí)現(xiàn)煤巖的開采與運(yùn)輸。刨頭系統(tǒng)是刨煤機(jī)的主要工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常由刨頭基體、左右刨體、左右回轉(zhuǎn)體、左右底刀架、左右頂?shù)都?、蓋板與刨刀等結(jié)構(gòu)組件共同組成。在煤巖刨削過程中，刨頭系統(tǒng)所受載荷復(fù)雜多變，工況惡劣，其結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣將直接影響刨煤機(jī)整體工作性能。現(xiàn)有的刨頭設(shè)計多結(jié)合設(shè)計者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計，往往通過盲目增加刨頭系統(tǒng)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)尺寸來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提升，從而保證其運(yùn)行可靠性，這也導(dǎo)致所設(shè)計刨頭系統(tǒng)在煤層厚度非常有限的開采空間內(nèi)異常笨重，強(qiáng)度富余量大，整機(jī)能耗高。隨著有限元技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計方法、拓?fù)湓O(shè)計方法的不斷發(fā)展和應(yīng)用，圍繞刨煤機(jī)單體零部件開展的優(yōu)化設(shè)計理論方法得到了一定的應(yīng)用，但在含有多結(jié)構(gòu)體的刨頭整機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)渚C合優(yōu)化設(shè)計方法應(yīng)用領(lǐng)域仍未有成熟設(shè)計方法。刨頭系統(tǒng)設(shè)計是一個多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計問題，要綜合考慮刨頭整機(jī)系統(tǒng)的剛度、振動特性、總體質(zhì)量、穩(wěn)定性等多方面的內(nèi)容，如何在數(shù)量眾多的設(shè)計參數(shù)和約束空間中實(shí)現(xiàn)刨頭系統(tǒng)的綜合多目標(biāo)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是刨煤機(jī)生產(chǎn)制造單位有待解決的重要議題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種使刨頭結(jié)構(gòu)達(dá)到剛度最大、刨頭受迫振動頻率最大、刨頭總體質(zhì)量最輕、刨頭屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)目標(biāo)的刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)綜合優(yōu)化方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)綜合優(yōu)化方法，以刨頭結(jié)構(gòu)剛度最大、刨頭受迫振動頻率最大、刨頭總體質(zhì)量最輕、刨頭屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)為多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)，以刨頭基體、左右刨體、左右回轉(zhuǎn)體、左右底刀架、左右頂?shù)都?、蓋板的結(jié)構(gòu)參數(shù)化尺寸與空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形態(tài)為設(shè)計變量，以刨頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、刨頭屈曲特征值、刨頭最大形變量、刨頭整體結(jié)構(gòu)長、寬、高尺寸及體積參數(shù)為約束條件，進(jìn)行刨頭結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)化，包括以下步驟：步驟一：刨頭系統(tǒng)初始模型參數(shù)化構(gòu)建及刨頭系統(tǒng)整機(jī)結(jié)構(gòu)特性分析；建立刨頭零部件的三維幾何模型，基于參數(shù)化建模技術(shù)，構(gòu)建蓋板、刨頭基體、左右刨體、左右回轉(zhuǎn)體、左右底刀架、左右頂?shù)都艿某跏冀Y(jié)構(gòu)模型；建立刨頭系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的結(jié)合面接觸剛度模型，基于赫茲接觸模型，建立刨頭基體-左右刨體接觸剛度等效模型、左右刨體-左右回轉(zhuǎn)體接觸剛度等效模型、左右刨體-左右頂?shù)都芙佑|剛度等效模型、左右回轉(zhuǎn)體-左右底刀架接觸剛度等效模型，求解刨頭系統(tǒng)在刨削載荷作用下的等效剛度參數(shù)值；對刨頭系統(tǒng)建立有限元分析模型，對零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的簡化、裝配，去除較小的過渡圓角、圓孔、凹孔與凸臺，賦予各個零部件相應(yīng)的材料彈性模量、泊松比、密度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，進(jìn)行刨頭系統(tǒng)的有限元網(wǎng)格劃分，結(jié)合上述步驟中所建立的各結(jié)合面接觸剛度模型，采用彈簧阻尼單元對結(jié)合面進(jìn)行等效處理，輸入已確定的各結(jié)合面特性等效參數(shù)，添加刨頭有限元模型的載荷邊界條件與約束條件，進(jìn)行刨頭系統(tǒng)整機(jī)有限元剛度特性分析與受迫振動頻率分析，顯示刨頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析結(jié)果，從而得到整機(jī)及組成零部件綜合變形量與系統(tǒng)靜、動剛度，固有頻率、模態(tài)振型，獲得刨頭系統(tǒng)在動態(tài)刨削負(fù)載簡諧力激振下的應(yīng)力頻譜，完成刨頭系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件和剛度、強(qiáng)度富余結(jié)構(gòu)組件的分析；步驟二：刨頭系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件增強(qiáng)設(shè)計，及刨頭系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度富余結(jié)構(gòu)組件結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化；對需要進(jìn)行增強(qiáng)的零部件進(jìn)行設(shè)計結(jié)構(gòu)域分割，其中各零部件裝配結(jié)合面設(shè)定為不可設(shè)計結(jié)構(gòu)域，其它區(qū)域?yàn)榭稍O(shè)計結(jié)構(gòu)域，根據(jù)步驟一中對刨頭系統(tǒng)的有限元分析結(jié)果，確定刨頭系統(tǒng)初始零部件負(fù)載最大區(qū)域，對零部件可設(shè)計結(jié)構(gòu)域采取改變結(jié)構(gòu)參數(shù)或增大安全系數(shù)或增加附屬結(jié)構(gòu)的方式完成剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計，并重復(fù)步驟一中的有限元分析過程，直至所有剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件滿足材料強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)剛度要求；對左右刨體滑靴搭接結(jié)合面尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在有限元軟件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊中，設(shè)定左右刨體滑靴搭接結(jié)合面低階固有頻率高、撓度變形小為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定各設(shè)計變量結(jié)構(gòu)尺寸范圍，設(shè)定相應(yīng)約束值，建立優(yōu)化分析試驗(yàn)各參數(shù)樣本點(diǎn)，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，依據(jù)所設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案建立左右刨體滑靴搭接結(jié)合面的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計模型并開展驗(yàn)算；對左右底刀架、左右頂?shù)都苌系南噜徟俚蹲脚啪啵噜徟俚蹲蛔私菂?shù)進(jìn)行優(yōu)化，在有限元軟件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊中，設(shè)定左右底刀架、左右頂?shù)都艿碗A固有頻率最高、屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定各設(shè)計變量結(jié)構(gòu)尺寸范圍，設(shè)定相應(yīng)約束值，建立優(yōu)化分析試驗(yàn)各參數(shù)樣本點(diǎn)，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，依據(jù)所設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案建立左右底刀架、左右頂?shù)都苌舷噜徟俚蹲脚啪?，相鄰刨刀座位姿角的多目?biāo)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計模型并開展驗(yàn)算；結(jié)合上述各步驟的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，進(jìn)一步修正刨頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，完成刨頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型重建；步驟三：刨頭系統(tǒng)總基體多目標(biāo)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化；將步驟二所構(gòu)建的新刨頭模型的刨頭蓋板、刨頭基體、左右刨體、左右底刀架、左右頂?shù)都苤g結(jié)合面做固接綁定處理，構(gòu)建除左右回轉(zhuǎn)體的刨頭結(jié)構(gòu)總基體，基于參數(shù)化建模技術(shù)，對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動，對總基體進(jìn)行設(shè)計域分割，確定刨頭蓋板、左右回轉(zhuǎn)體、刨頭基體、左右刨體、左右底刀架、左右頂?shù)都苤g的裝配結(jié)合面為不可設(shè)計結(jié)構(gòu)域，其它區(qū)域?yàn)榭稍O(shè)計結(jié)構(gòu)域，建立以刨頭系統(tǒng)總基體結(jié)構(gòu)剛度最大、總基體低階固有頻率最高、總基體總體質(zhì)量最輕、總基體屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)為多目標(biāo)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計模型，去除偽密度值小于0.2的結(jié)構(gòu)單元，結(jié)合優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，完成刨頭系統(tǒng)總基體的結(jié)構(gòu)拓?fù)湓僭O(shè)計，重復(fù)進(jìn)行步驟一，完成刨頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的驗(yàn)證。進(jìn)一步，步驟一中建立三維幾何模型時需要參數(shù)化的幾何尺寸包括：蓋板厚度、長度、寬度，蓋板下聯(lián)接銷直徑；左右刨體高度、寬度，左右刨體滑靴搭接面厚度、寬度、長度尺寸參數(shù)；刨頭基體聯(lián)接銷孔直徑，刨頭基體背板橫向筋板厚度、縱向筋板厚度、豎向筋板厚度；左右頂?shù)都芟噜徟俚蹲脚啪啵笥翼數(shù)都芟噜徟俚蹲蛔私?；左右底刀架相鄰刨刀座水平排距，左右底刀架相鄰刨刀座位姿角。進(jìn)一步，步驟一中添加刨頭有限元模型的載荷邊界條件與約束條件，包括：刨頭基體與刮板輸送機(jī)中部槽導(dǎo)軌間摩擦力；左右刨體與刮板輸送機(jī)中部槽導(dǎo)軌間摩擦力；沿煤壁走向迎煤一側(cè)刨體牽引組件結(jié)構(gòu)上的刨鏈拉力；作用于左右頂?shù)都堋⒆笥业椎都?，左右回轉(zhuǎn)體及左右刨體表面的煤巖擠壓力；作用于迎煤一側(cè)刨體裝煤犁形槽與迎煤一側(cè)底刀架上的擠壓裝煤力；作用于迎煤一側(cè)刀架上的刨削阻力。進(jìn)一步，步驟一中刨頭系統(tǒng)在刨削載荷作用下的等效剛度參數(shù)計算為：刨頭牽引力：T＝X+F1+F2+Fk+Fr+To式中，X為作用在刨頭X方向的合力；F1、F2、Fk、Fr為摩擦阻力，且Fk＝μ1Gk、Fr＝μ1Rn，μ為刨頭與運(yùn)輸機(jī)之間的摩擦系數(shù)，一般為0.3，μ1為刨頭與底板之間的摩擦系數(shù)，一般為0.3-0.6；為迎煤端刨頭所受反作用力、為非迎煤端刨頭所受反作用力；Gk為壓在刨頭滑靴搭接結(jié)合面中部槽的重量；Rn為底板反力，Rn＝Gk+Gc+Z，Gc為刨頭重量，Z為作用于刨頭上Z方向的合力；To為松邊刨鏈的摩擦力，To＝μoqoLo，μo摩擦系數(shù)為0.4，qo為松邊刨鏈每米重量；Lo為松邊刨鏈長度；煤壁刨削阻力：式中，Zi為第i把刨刀所受刨削力，m為各種刨刀數(shù)量；刨頭所受摩擦力：式中，Si為第i把刨刀刨削過程中所受摩擦力，m為各種刨刀數(shù)量；煤壁擠壓力：式中，Ai為第i把刨刀所受煤壁擠壓力，m為各種刨刀數(shù)量；裝煤力：PΓ＝P1+P2+P3+P4+P5，P1為刨頭裝載面插入煤堆中所需要的力，且P1＝kbd，bd為刨頭裝載面寬度，k為刨頭裝載斜面單位寬度上的插入力，對于煤堆，k＝2000-3000N/m；P2為煤堆從刨頭裝載斜面移動到裝載高度所需的力，且G為位于刨頭裝載斜面上且低于裝載高度煤堆的重力，f為煤與刨頭裝載斜面的摩擦系數(shù)，δ1為刨頭裝載斜面的傾斜角度，δ1≤60°。P3為刨頭提升煤堆的力，且G'為位于裝載表面且超過裝載高度部分煤堆的重力，δ2為刨頭裝載斜面高位處的傾角，δ2≤75°。P4為煤堆被推送到輸送機(jī)上所需的力，且G”為輸送機(jī)移動煤堆的重力，f'為煤與煤之間的摩擦系數(shù)，ρ為輸送機(jī)裝煤斜面與工作面形成的角度，ρ≤60°。P5為煤堆內(nèi)摩擦力，且Hn為裝煤高度，bd為刨頭裝載面寬度，ψo(hù)為煤堆的抗截強(qiáng)度，ψo(hù)＝0.0245-0.0274MPa，μ為煤的內(nèi)摩擦系數(shù)，濕煤μ＝0.5，干煤μ＝0.85，γ為煤的密度，Hw為刨頭前煤堆高度，δ1為刨頭裝載斜面的傾斜角度，θ為沿煤堆擠出楔滑移面與底板間夾角，δ1與θ之間滿足下述關(guān)系：δ1/°3045607590θ/°6653485352等效剛度參數(shù)值計算公式為：且其中：K為接觸結(jié)合面總剛度，Ki為第i個結(jié)合接觸面等效剛度值，Pi為第i個結(jié)合接觸面間壓強(qiáng)，wi為第i個結(jié)合接觸面間滲透量，i＝1,2,3,...,V，V為設(shè)計變量的個數(shù)。進(jìn)一步，步驟二對左右刨體滑靴搭接結(jié)合面尺寸參數(shù)優(yōu)化時，在有限元軟件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊中設(shè)定的目標(biāo)函數(shù)包括：低階固有頻率最高，即maxf(x)；撓度變形最小，即minω(x)；設(shè)計變量為：左右刨體滑靴搭接結(jié)構(gòu)橫截面的尺寸參數(shù)X＝[x1,x2,...,xn]T，n為設(shè)計變量的個數(shù)；約束條件為：結(jié)構(gòu)尺寸約束：令L為左右刨體滑靴搭接結(jié)構(gòu)橫截面尺寸下限值，U為左右刨體滑靴搭接結(jié)構(gòu)橫截面尺寸上限值，即L≤X≤U，且li≤xi≤ui，i＝1,2,3,...,n，下限L＝[l1,l2,...,ln]T，上限U＝[u1,u2,...,un]T；最大等效應(yīng)力約束：σmax≤[σ]；最小屈曲特征值約束：λ1≥[λ]。進(jìn)一步，步驟二中對左右底刀架、左右頂?shù)都苌舷噜徟俚蹲脚啪?，相鄰刨刀座位姿角參?shù)進(jìn)行優(yōu)化時，在有限元軟件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊中設(shè)定的目標(biāo)函數(shù)包括：低階固有頻率最高，即maxf(x)；屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)，即maxλ(x)。設(shè)計變量為：左右底刀架、左右頂?shù)都苌舷噜徟俚蹲脚啪鄥?shù)T＝[t1,t2,...,tq]T，q為設(shè)計變量個數(shù)；相鄰刨刀座位姿角參數(shù)α＝[α1,α2,...,αm]T，m為設(shè)計變量個數(shù)；約束條件為：結(jié)構(gòu)尺寸約束：令L'為相鄰刨刀座水平排距或相鄰刨刀座位姿角參數(shù)下限值，U'為相鄰刨刀座水平排距或相鄰刨刀座位姿角參數(shù)上限值，即L'≤T||α≤U'，且li'≤ti||αi≤ui'，i＝1,2,3,...,j，下限L'＝[l1',l2',...,lj']T，上限U'＝[u1',u2',...,uj']T，||為邏輯符號“或者”，j為設(shè)計變量個數(shù)，且j＝q+m；相鄰刨刀水平排距約束：令t為相鄰刨刀水平排距，且50≤1.5h≤t≤2.3h≤110，b≤t，h為刨刀切煤深度，b為刨刀寬度；相鄰刨刀位姿角約束：±5°≤α≤±55°；最大等效應(yīng)力約束：σmax≤[σ]；最小屈曲特征值約束：λ1≥[λ]。進(jìn)一步，步驟三中建立以刨頭系統(tǒng)總基體結(jié)構(gòu)剛度最大、總基體低階固有頻率最高、總基體總體質(zhì)量最輕、總基體屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)為多目標(biāo)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計模型，設(shè)定的目標(biāo)函數(shù)包括：總基體結(jié)構(gòu)剛度最大，即maxK(x)；總基體低階固有頻率最高，即maxf(x)；總基體總體質(zhì)量最輕，即minM(x)；總基體屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)，即maxλ(x)；設(shè)計變量為：刨頭總基體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)P＝[p1,p2,...,pe]T，e為設(shè)計變量個數(shù)。約束條件為：刨頭高度結(jié)構(gòu)尺寸約束：Hn+4.8Hminhmax+Δc≤Hc≤75Hmax，其中Hc為刨頭高度；Hn為裝煤高度；Hmin為煤層最低高度；hmax為刨削下塊狀破碎煤屑最大厚度；Δc為刨刀超前量，20≤Δc≤50；Hmax為煤層最大厚度；其它結(jié)構(gòu)尺寸約束：令L”為刨頭總基體結(jié)構(gòu)尺寸下限值，U”為刨頭總基體結(jié)構(gòu)尺寸上限值，即L”≤P≤U”，且li”≤pi≤ui”，i＝1,2,3,...,e，下限L＝[l1,l2,...,le]T，上限U＝[u1,u2,...,ue]T；Vi/V0≤Ω，Vi優(yōu)化后設(shè)計域有效體積數(shù)，V0優(yōu)化前初始設(shè)計域體積數(shù)，Ω為體積比，且0.5≤Ω≤0.9；0≤ρr≤1，r＝1,2,...,s，ρr為第r個單元的材料密度，s為設(shè)計變量的個數(shù)；f1≥85，f1為最低階固有頻率；最大等效應(yīng)力約束：σmax≤[σ]；最小屈曲特征值約束：λ1≥[λ]。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明先進(jìn)行刨頭系統(tǒng)初始模型參數(shù)化構(gòu)建及特性分析，然后對系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件進(jìn)行增強(qiáng)設(shè)計，對系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度富余結(jié)構(gòu)組件進(jìn)行尺寸優(yōu)化設(shè)計，最后對刨頭系統(tǒng)總基體進(jìn)行多目標(biāo)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，從而使刨頭總基體結(jié)構(gòu)達(dá)到刨頭結(jié)構(gòu)剛度最大、刨頭受迫振動頻率最大、刨頭總體質(zhì)量最輕、刨頭屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)的目標(biāo)。上述優(yōu)化方法綜合考慮多方面的參數(shù)影響，可設(shè)計出最合理、性能最優(yōu)的刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)。附圖說明圖1為本發(fā)明刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)綜合優(yōu)化方法的流程圖；圖3為圖2的展開流程圖；圖4為本發(fā)明刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)中滑靴搭接結(jié)構(gòu)橫截面的尺寸參數(shù)圖；圖5為本發(fā)明刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)中右頂?shù)都芟噜徟俚蹲脚啪鄨D；圖6為本發(fā)明刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)中右頂?shù)都芟噜徟俚蹲蛔私菂?shù)圖；圖7為本發(fā)明刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)中右頂?shù)都茕N軸聯(lián)接部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)設(shè)計圖；圖8為本發(fā)明刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化后刨頭基體結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1—蓋板、2-刨刀座、3-左刨體、4-右刨體、5-刨頭基體、6—左底刀架、7-右底刀架、8—左頂?shù)都堋?—右頂?shù)都堋?0-左回轉(zhuǎn)體、11-右回轉(zhuǎn)體。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖1及圖2，本發(fā)明提供一種刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)綜合優(yōu)化方法，用于對刨頭機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，刨頭基本結(jié)構(gòu)包括蓋板1、刨刀座2、左刨體3、右刨體4、刨頭基體5、左底刀架6、右底刀架7、左頂?shù)都?、右頂?shù)都?、左回轉(zhuǎn)體10、右回轉(zhuǎn)體11。由于左刨體3和右刨體4左右對稱設(shè)置，其設(shè)計方法相同，故下面在優(yōu)化方法中直接以左右刨體代指左刨體3和右刨體4，同樣的，左底刀架6和右底刀架7左右對稱，以左右底刀架代指左底刀架6和右底刀架7，左頂?shù)都?和右頂?shù)都?左右對稱，以左右頂?shù)都艽缸箜數(shù)都?和右頂?shù)都?，左回轉(zhuǎn)體10和右回轉(zhuǎn)體11左右對稱，以左右回轉(zhuǎn)體代指左回轉(zhuǎn)體10和右回轉(zhuǎn)體11。如圖2及圖3，以刨頭結(jié)構(gòu)剛度最大、刨頭受迫振動頻率最大、刨頭總體質(zhì)量最輕、刨頭屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)為多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)，以刨頭基體5、左右刨體、左右回轉(zhuǎn)體、左右底刀架、左右頂?shù)都?、蓋板1的結(jié)構(gòu)參數(shù)化尺寸與空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形態(tài)為設(shè)計變量，以刨頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、刨頭屈曲特征值、刨頭最大形變量、刨頭整體結(jié)構(gòu)長、寬、高尺寸及體積參數(shù)為約束條件，進(jìn)行刨頭結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)化，包括以下步驟：步驟一：刨頭系統(tǒng)初始模型參數(shù)化構(gòu)建及刨頭系統(tǒng)整機(jī)結(jié)構(gòu)特性分析，其具體過程為：(1)基于參數(shù)化建模技術(shù)，在UGNX三維建模軟件中建立刨頭零部件的三維幾何模型，構(gòu)建刨頭系統(tǒng)的蓋板1、刨頭基體5、左右刨體、左右回轉(zhuǎn)體、左右底刀架、左右頂?shù)都艿某跏冀Y(jié)構(gòu)模型。采用UG軟件參數(shù)化驅(qū)動建模模塊，設(shè)定蓋板1的厚度長度寬度蓋板1下聯(lián)接銷直徑左右刨體高度寬度如圖4，左右刨體滑靴搭接面上壁厚度寬度左右刨體滑靴搭接面?zhèn)缺诤穸乳L度左右刨體滑靴搭接面上壁懸伸量左右刨體滑靴搭接面?zhèn)冉铅?；刨頭基體5連接銷孔直徑刨頭基體5背板橫向筋板厚度縱向筋板厚度豎向筋板厚度如圖5，左右頂?shù)都苌舷噜徟俚蹲?的水平排距tDing＝ti，i＝1,2,3,4，本實(shí)施例中令t1＝t2＝t3，如圖6，左右頂?shù)都苌舷噜徟俚蹲?的位姿角αDing＝αDingi，i＝1,2,3,4；左右底刀架上相鄰刨刀座2的水平排距tDi，在本實(shí)施例中左右底刀架上相鄰刨刀座2水平排距tDi均相等，且記為tDi＝tD，左右底刀架相鄰刨刀座2的位姿角αDi，在本實(shí)施例中αD＝αDi，i＝1,2,3，上述尺寸為可參數(shù)化驅(qū)動結(jié)構(gòu)參數(shù)，其初始賦值與尺寸約束空間如表1所示，設(shè)計負(fù)載功能結(jié)構(gòu)面與裝配結(jié)構(gòu)面，在UG軟件中完成刨頭系統(tǒng)組成零部件的總體裝配。表1刨頭系統(tǒng)參數(shù)化結(jié)構(gòu)尺寸初始設(shè)計值與尺寸約束空間(2)建立刨頭系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的結(jié)合面接觸剛度模型?；诤掌澖佑|模型，建立刨頭基體-左右刨體接觸剛度等效模型、左右刨體-左右回轉(zhuǎn)體接觸剛度等效模型、左右刨體-左右頂?shù)都芙佑|剛度等效模型、左右回轉(zhuǎn)體-左右底刀架接觸剛度等效模型，在刨頭系統(tǒng)刨削載荷作用下，分別計算刨頭基體-左右刨體接觸剛度等效值K1、左右刨體-左右回轉(zhuǎn)體接觸剛度等效值K2、左右刨體-左右頂?shù)都芙佑|剛度等效值K3、左右回轉(zhuǎn)體-左右底刀架接觸剛度等效值K4。刨削載荷主要包括作用在刨頭系統(tǒng)上的刨頭牽引力，煤壁刨削阻力，刨頭所受摩擦力，煤壁擠壓力，及裝煤力。其理論計算公式如下：刨頭牽引力：T＝X+F1+F2+Fk+Fr+To式中，X為作用在刨頭X方向的合力；F1、F2、Fk、Fr為摩擦阻力，且Fk＝μ1Gk、Fr＝μ1Rn，μ為刨頭與運(yùn)輸機(jī)之間的摩擦系數(shù)，一般為0.3，μ1為刨頭與底板之間的摩擦系數(shù)，一般為0.3-0.6；為迎煤端刨頭所受反作用力、為非迎煤端刨頭所受反作用力；Gk為壓在刨頭滑靴搭接結(jié)合面中部槽的重量；Rn為底板反力，Rn＝Gk+Gc+Z，Gc為刨頭重量，Z為作用于刨頭上Z方向的合力；To為松邊刨鏈的摩擦力，To＝μoqoLo，μo摩擦系數(shù)為0.4，qo為松邊刨鏈每米重量；Lo為松邊刨鏈長度。煤壁刨削阻力：式中，Zi為第i把刨刀所受刨削力，m為各種刨刀數(shù)量；刨頭所受摩擦力：式中，Si為第i把刨刀刨削過程中所受摩擦力，m為各種刨刀數(shù)量；煤壁擠壓力：式中，Ai為第i把刨刀所受煤壁擠壓力，m為各種刨刀數(shù)量；裝煤力：PΓ＝P1+P2+P3+P4+P5，P1為刨頭裝載面插入煤堆中所需要的力，且P1＝kbd，bd為刨頭裝載面寬度，k為刨頭裝載斜面單位寬度上的插入力，對于煤堆，k＝2000-3000N/m；P2為煤堆從刨頭裝載斜面移動到裝載高度所需的力，且G為位于刨頭裝載斜面上且低于裝載高度煤堆的重力，f為煤與刨頭裝載斜面的摩擦系數(shù)，δ1為刨頭裝載斜面的傾斜角度，δ1≤60°。P3為刨頭提升煤堆的力，且G'為位于裝載表面且超過裝載高度部分煤堆的重力，δ2為刨頭裝載斜面高位處的傾角，δ2≤75°。P4為煤堆被推送到輸送機(jī)上所需的力，且G”為輸送機(jī)移動煤堆的重力，f'為煤與煤之間的摩擦系數(shù)，ρ為輸送機(jī)裝煤斜面與工作面形成的角度，ρ≤60°。P5為煤堆內(nèi)摩擦力，且Hn為裝煤高度，bd為刨頭裝載面寬度，ψo(hù)為煤堆的抗截強(qiáng)度，ψo(hù)＝0.0245-0.0274MPa，μ為煤的內(nèi)摩擦系數(shù)，濕煤μ＝0.5，干煤μ＝0.85，γ為煤的密度，Hw為刨頭前煤堆高度，δ1為刨頭裝載斜面的傾斜角度，θ為沿煤堆擠出楔滑移面與底板間夾角，δ1與θ之間滿足下述關(guān)系：δ1/°3045607590θ/°6653485352則，等效剛度參數(shù)值計算公式為：且其中：K為接觸結(jié)合面總剛度，Ki為第i個結(jié)合接觸面等效剛度值，Pi為第i個結(jié)合接觸面間壓強(qiáng)，wi為第i個結(jié)合接觸面間滲透量，i＝1,2,3,...,V，V為設(shè)計變量的個數(shù)。在本實(shí)施例中，計算得到的刨頭基體-左右刨體接觸剛度等效值K1＝9.87×109N/m，左右刨體-左右回轉(zhuǎn)體接觸剛度等效值K2＝6.45×109N/m，左右刨體-左右頂?shù)都芙佑|剛度等效值K3＝8.36×109N/m，左右回轉(zhuǎn)體-左右底刀架接觸剛度等效值K4＝6.11×109N/m。(3)對刨頭系統(tǒng)建立有限元分析模型。對零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的簡化、裝配，去除較小的過渡圓角、圓孔、凹孔與凸臺，賦予各個零部件相應(yīng)的材料彈性模量為216GPa、泊松比為0.3、密度7.84×103kg/m3、屈服強(qiáng)度324MPa、抗拉強(qiáng)度568MPa等屬性。然后進(jìn)行刨頭系統(tǒng)的有限元網(wǎng)格劃分，結(jié)合步驟一(2)中建立的各結(jié)合面接觸剛度模型，采用彈簧阻尼單元對結(jié)合面進(jìn)行等效處理，輸入步驟一(2)中確定的各結(jié)合面特性等效參數(shù)。添加刨頭有限元模型的載荷邊界條件與約束條件，進(jìn)行刨頭系統(tǒng)整機(jī)有限元剛度特性分析與受迫振動頻率分析，顯示刨頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析結(jié)果。從而得到整機(jī)及組成零部件綜合變形量與系統(tǒng)靜、動剛度，固有頻率、模態(tài)振型，獲得刨頭系統(tǒng)在動態(tài)刨削負(fù)載簡諧力激振下的應(yīng)力頻譜，完成刨頭系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件和剛度、強(qiáng)度富余結(jié)構(gòu)組件的分析。分析得到初始設(shè)計刨頭系統(tǒng)前6階固有頻率與振型特征如表2所示。在本實(shí)施例中，添加刨頭有限元模型的載荷邊界條件與約束條件，主要包括：刨頭基體5與刮板輸送機(jī)中部槽導(dǎo)軌間摩擦力16KN；左右刨體與刮板輸送機(jī)中部槽導(dǎo)軌間摩擦力14KN；沿煤壁走向迎煤一側(cè)刨體牽引組件結(jié)構(gòu)上的刨鏈拉力495KN；作用于左右頂?shù)都?、左右底刀架，左右回轉(zhuǎn)體及左右刨體表面的煤巖擠壓力74KN；作用于迎煤一側(cè)刨體裝煤梨形槽與迎煤一側(cè)底刀架上的擠壓裝煤力10KN；作用于迎煤一側(cè)刀架上的刨削阻力405KN。表2刨頭系統(tǒng)前6階固有頻率與振型步驟二：刨頭系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件增強(qiáng)設(shè)計，及刨頭系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度富余結(jié)構(gòu)組件結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化。步驟2.1刨頭系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件增強(qiáng)設(shè)計，具體設(shè)計過程為：(1)對要進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化的零部件進(jìn)行設(shè)計結(jié)構(gòu)域分割，其中各零部件裝配結(jié)合面設(shè)定為不可設(shè)計結(jié)構(gòu)域，其他區(qū)域?yàn)榭稍O(shè)計結(jié)構(gòu)域。(2)根據(jù)步驟一(3)對刨頭整機(jī)系統(tǒng)的有限元分析結(jié)果，確定刨頭系統(tǒng)初始零部件負(fù)載最大區(qū)域，對零部件可設(shè)計結(jié)構(gòu)域采取改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，增大安全系數(shù)，增加附屬結(jié)構(gòu)等方式完成該類組件的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計。然后重復(fù)步驟一(3)，直至所有剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件滿足材料強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)剛度要求。在本實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)左右頂?shù)都芘c左右回轉(zhuǎn)體之間存在強(qiáng)度薄弱區(qū)域，對該區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計，采取的方式包括增大頂?shù)都芘c回轉(zhuǎn)體聯(lián)接銷軸直徑，由原有直徑55mm增大到62mm，且在銷軸結(jié)合面端部加工高度為3mm的輔助增強(qiáng)環(huán)形凸臺，如圖7所示。步驟2.2刨頭系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度富余結(jié)構(gòu)組件結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化，具體設(shè)計過程為：(1)對左右刨體滑靴搭接結(jié)合面尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在有限元軟件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊中，設(shè)定左右刨體滑靴搭接結(jié)合面低階固有頻率高、撓度變形小為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定各設(shè)計變量結(jié)構(gòu)尺寸范圍，設(shè)定相應(yīng)約束值。建立優(yōu)化分析試驗(yàn)各參數(shù)樣本點(diǎn)，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法完成試驗(yàn)方案的設(shè)計，依據(jù)所設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案建立左右刨體滑靴搭接結(jié)合面的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計模型并開展驗(yàn)算。對左右刨體滑靴搭接結(jié)合面尺寸參數(shù)優(yōu)化時，在有限元軟件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊中設(shè)定的目標(biāo)函數(shù)包括：低階固有頻率最高，即maxf(x)；撓度變形最小，即minω(x)；設(shè)計變量為：如圖3，左右刨體滑靴搭接面上壁厚度寬度左右刨體滑靴搭接面?zhèn)缺诤穸乳L度左右刨體滑靴搭接面上壁懸伸量左右刨體滑靴搭接面?zhèn)冉铅?，各設(shè)計變量初始值如表1所示，即n＝6為設(shè)計變量個數(shù)。約束條件為：結(jié)構(gòu)尺寸約束：令L為左右刨體滑靴搭接結(jié)構(gòu)橫截面尺寸下限值，U為左右刨體滑靴搭接結(jié)構(gòu)橫截面尺寸上限值，即L≤X≤U，且li≤xi≤ui，i＝1,2,3,...,n，下限L＝[l1,l2,...,ln]T，上限U＝[u1,u2,...,un]T，各結(jié)構(gòu)尺寸約束如表1所示，則L＝[40,100,35,100,200,90]T，U＝[65,150,65,150,320,145]T；最大等效應(yīng)力約束：σmax≤[σ]，[σ]為許用應(yīng)力，即允許左右刨體滑靴承受的最大應(yīng)力值；最小屈曲特征值約束：λ1≥[λ]，[λ]為許用屈曲特征值。設(shè)計正交實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)算，因素集為γ，水平數(shù)為5，則所建立的實(shí)驗(yàn)方案如表3所示，共25組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀１?左右刨體滑靴搭接結(jié)構(gòu)橫截面的尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案(2)對左右底刀架、左右頂?shù)都苌系南噜徟俚蹲?水平排距，相鄰刨刀座2位姿角參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在有限元軟件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊中，設(shè)定左右底刀架、左右頂?shù)都艿碗A固有頻率最高、屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定各設(shè)計變量結(jié)構(gòu)尺寸范圍，設(shè)定相應(yīng)約束值，建立優(yōu)化分析試驗(yàn)各參數(shù)樣本點(diǎn)，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法完成試驗(yàn)方案的設(shè)計，依據(jù)所設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案建立左右底刀架、左右頂?shù)都苌舷噜徟俚蹲?水平排距，相鄰刨刀座2位姿角的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計模型并開展驗(yàn)算。對左右底刀架、左右頂?shù)都苌舷噜徟俚蹲?水平排距，相鄰刨刀座2位姿角參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時，在有限元軟件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊中設(shè)定的目標(biāo)函數(shù)包括：低階固有頻率最高，即maxf(x)；屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)，即maxλ(x)。設(shè)計變量為：左右底刀架、左右頂?shù)都苌舷噜徟俚蹲?的水平排距參數(shù)T＝[t1,t2,...,tq]T，q為設(shè)計變量個數(shù)；相鄰刨刀座2的位姿角參數(shù)α＝[α1,α2,...,αm]T，m為設(shè)計變量個數(shù)；在本實(shí)施例中，左右底刀架、左右頂?shù)都苌舷噜徟俚蹲?水平排距參數(shù)分別為tD、tDing，各刨刀座2水平排距相等，其初始取值如表1所示，相鄰刨刀座2位姿角參數(shù)分別為αDing1、αDing2、αDing3、αDing4，αD1、αD2、αD3與αD4，其初始取值如表1所示。約束條件為：結(jié)構(gòu)尺寸約束：令L'為相鄰刨刀座2水平排距或相鄰刨刀座2位姿角參數(shù)下限值，U'為相鄰刨刀座2水平排距或相鄰刨刀座2位姿角參數(shù)上限值，即L'≤T||α≤U'，且li'≤ti||αi≤ui'，i＝1,2,3,...,j，下限L'＝[l1',l2',...,lj']T，上限U'＝[u1',u2',...,uj']T，||為邏輯符號“或者”，j為設(shè)計變量個數(shù)，且j＝q+m；相鄰刨刀水平排距約束：令t為相鄰刨刀水平排距，且50≤1.5h≤t≤2.3h≤110，b≤t，h為刨刀切煤深度，b為刨刀寬度；相鄰刨刀位姿角約束：±5°≤α≤±55°，且根據(jù)設(shè)計要求，αDing4＝10°，αD4＝-5°；最大等效應(yīng)力約束：σmax≤[σ]；最小屈曲特征值約束：λ1≥[λ]。設(shè)計正交試驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)算，因素集為tDing、αDing1、αDing2、αDing3、tD、αD1、αD2、αD3，水平數(shù)為4，則所建立的試驗(yàn)方案如表所示。表4相鄰刨刀座水平排距、相鄰刨刀座位姿角參數(shù)優(yōu)化設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案(3)進(jìn)一步驗(yàn)算，依據(jù)表3實(shí)驗(yàn)方案，完成左右刨體滑靴搭接結(jié)合面尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，且以低階固有頻率最高、撓度變形最小為設(shè)計目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)計值如表5所示；依據(jù)表4實(shí)驗(yàn)方案，完成左右底刀架、左右頂?shù)都芟噜徟俚蹲?水平排距，相鄰刨刀座2位姿角參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，且以低階固有頻率最高、屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)為設(shè)計目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)計值如表6所示。表5刨體滑靴搭接結(jié)合面尺寸參數(shù)優(yōu)化結(jié)果表6刀架相鄰刨刀座水平排距、相鄰刨刀座位姿角參數(shù)優(yōu)化結(jié)果(4)結(jié)合上述各步驟的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，對左右刨體、左右頂?shù)都堋⒆笥业椎都芙Y(jié)構(gòu)進(jìn)行重新建模設(shè)計，進(jìn)一步修正刨頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，完成刨頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型重建。其中，步驟2.1和步驟2.2可更換順序。步驟三：刨頭系統(tǒng)總基體多目標(biāo)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。(1)將步驟二所建立新刨頭結(jié)構(gòu)組件模型的蓋板1、刨頭基體5、左右刨體、左右底刀架、左右頂?shù)都苤g結(jié)合面做固接綁定處理，構(gòu)建除左右回轉(zhuǎn)體的刨頭結(jié)構(gòu)總基體。基于參數(shù)化建模技術(shù)，對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動，參數(shù)化結(jié)構(gòu)幾何尺寸包括：蓋板1的厚度長度寬度總基體高度寬度長度總基體背板橫向筋板厚度縱向筋板厚度豎向筋板厚度(2)對總基體進(jìn)行設(shè)計域分割，確定蓋板1、左右回轉(zhuǎn)體、刨頭基體5、左右刨體、左右底刀架、左右頂?shù)都苤g的裝配結(jié)合面為不可設(shè)計結(jié)構(gòu)域，其它區(qū)域?yàn)榭稍O(shè)計結(jié)構(gòu)域，(3)建立以刨頭系統(tǒng)總基體結(jié)構(gòu)剛度最大、總基體低階固有頻率最高、總基體總體質(zhì)量最輕、總基體屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)為多目標(biāo)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計模型。目標(biāo)函數(shù)包括：總基體結(jié)構(gòu)剛度最大，即maxK(x)；總基體低階固有頻率最高，即maxf(x)；總基體總體質(zhì)量最輕，即minM(x)；總基體屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)，即maxλ(x)；設(shè)計變量為：令刨頭總基體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)P，P＝[p1,p2,...,pe]T，e為設(shè)計變量個數(shù)，在本實(shí)施例中，約束條件為：刨頭高度結(jié)構(gòu)尺寸約束：Hn+4.8Hminhmax+Δc≤Hc≤75Hmax，其中Hc為刨頭高度；Hn為裝煤高度；Hmin為煤層最低高度；hmax為刨削下塊狀破碎煤屑最大厚度；Δc為刨刀超前量，20≤Δc≤50；Hmax為煤層最大厚度；刨頭高度為刨頭蓋板厚度與總基體高度之和，即本實(shí)施例中675≤Hc≤950。其它結(jié)構(gòu)尺寸約束：令L”為刨頭總基體結(jié)構(gòu)尺寸下限值，U”為刨頭總基體結(jié)構(gòu)尺寸上限值，即L”≤P≤U”，且li”≤pi≤ui”，i＝1,2,3,...,e，下限L＝[l1,l2,...,le]T，上限U＝[u1,u2,...,ue]T。在本實(shí)施例中：Vi/V0≤Ω，Vi優(yōu)化后設(shè)計域有效體積數(shù)，V0優(yōu)化前初始設(shè)計域體積數(shù)，Ω為體積比，且0.5≤Ω≤0.9；0≤ρr≤1，r＝1,2,...,s，ρr為第r個單元的材料密度，s為設(shè)計變量的個數(shù)；f1≥85，f1為最低階固有頻率；最大等效應(yīng)力約束：σmax≤[σ]；最小屈曲特征值約束：λ1≥[λ]。(4)去除偽密度值小于0.2的結(jié)構(gòu)單元，結(jié)合優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，完成刨頭系統(tǒng)總基體的結(jié)構(gòu)拓?fù)湓僭O(shè)計，如圖8為結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化后的刨頭基體5的結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計了減重孔，在應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行圓角化處理。重復(fù)進(jìn)行步驟一，完成刨頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的驗(yàn)證。本發(fā)明刨煤機(jī)刨頭結(jié)構(gòu)綜合優(yōu)化方法先進(jìn)行刨頭系統(tǒng)初始模型參數(shù)化構(gòu)建及特性分析，然后對系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)組件進(jìn)行增強(qiáng)設(shè)計，對系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度富余結(jié)構(gòu)組件進(jìn)行尺寸優(yōu)化設(shè)計，最后對刨頭系統(tǒng)總基體進(jìn)行多目標(biāo)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，從而使刨頭系統(tǒng)達(dá)到刨頭結(jié)構(gòu)剛度最大、刨頭受迫振動頻率最大、刨頭總體質(zhì)量最輕、刨頭屈曲穩(wěn)定性最優(yōu)的目標(biāo)。以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3