论文导读：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。仿真工作流程如图5所示。
关键词：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 542一1996 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
| 外径(d) mm |
260 |
280 |
300 |
320 |
| 高度(h) mm |
≥40 |
≥50 |
| 厚度(δ1) mm |
金属柱鞋 |
≥8 |
≥12 |
| 聚合物柱鞋 |
≥15 |
≥15 |
| 柱窝尺寸mm |
直径(d2) |
124；140 |
| 边长(l×l) |
110×110 |
| 鞋耳孔径(d3) mm |
≥12 |
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l×l。
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
| 试验柱鞋规格(d1) |
180- 200 |
220- 240 |
260- 280 |
300- 320 |
| 承压垫圈 |
内径(φ1) |
120 |
160 |
190 |
220 |
| 外径(φ2) |
200 |
240 |
270 |
300 |
| 高度(h1) |
60- 100 |
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4
3.利用SolidWorks- 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。
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。
3.2评估初始算例的结果
运算初始算例后，评估：在底部中心区安全系数nmin=0.67；质量M=13.3kg，偏重。
3.3设定设计算例的属性
设定设计算例质量为：快速结果。
3.4定义变量
δ：20～27步进1；D1：160～170mm步进１；L1：12～１8mm步进１；L2：6～12mm步进１；R：400～450mm，步进５。
3.5定义约束
传感器类型：Simulation数据。
数据量：结果为应力 ，分量为VON:Von Mises。
属性：单位为Mpa，准则为模型最大值。
3.6定义目标
传感器类型：质量属性。
属性：柱鞋模型的质量最小化。论文参考。
3.7查看设计算例的结果
算例的运行结果：δ=23；D1=160；L1=18；L2=11；R=430。安全系数0.85，质量11.70kg。论文参考。
评价：质量控制的可以，安全系数不够。
3.8调整结果修改模型
调整δ=28以提高中心安全系数；调整L2=８以降低模型质量。
3.9查看调整后运行结果
安全系数1.04，质量11.57kg。满足设计期望。论文参考。
４.结束语
传统开发产品周期通常包括以下步骤：建造模型；生成设计的原型；现场测试原型；评估现场测试的结果；根据现场测试结果修改设计。
建造了模型之后，需要确保模型能够在现场有效地发挥作用。如果缺乏分析工具，则只能通过昂贵且耗时的产品开发周期来完成这一任务。这一过程将一直继续，直到获得满意的解决。
现在我们在计算机上模拟模型的测试过程来代替昂贵的现场测试，从而降低费用。通过减少产品开发周期数量来缩短产品开发时间。
宋步明（1964—），男， 1988年河南工程技术学校矿山机电专业毕业，1994年毕业于焦作矿业学院机制专业，就职于河南煤化集团焦煤公司鑫珠春机械制造厂，助理工程师，从事矿山机械及配件生产。
通讯地址：河南省焦作市中站区怡光南路16号焦煤公司鑫珠春机械制造厂, 宋步明（收）
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