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煤矿现代化 2013年第3期 总第114期
基于有限元方法的液压支架整架强度分析
姜 源 。冯 川,张 阳,吴成峰
(兖矿集团有限公司机电设备制造厂。山东 邹城 273500)
摘 要 液压支架是煤矿综采工作面的关键设备之一,其投资可 占综采工作面设备投
资的2/3。传统液压支架强度试验方法因其 自身的局限性,无法单一从设计角度去评估其质
量。采用Pro/Engineer三维建模继而导入AnsysWorkbench进行有限元分析,通过分析计算
结果,对液压支架的设计提出优化方案。分析表明,这种设计方法在实际工程中有着巨大的
应用潜力。
关键词 液压支架;有限元;分析;整架
中图分类号:TD355 文献标志码 :A 文章编号:1009—0797(2013)03—0073—03
液压支架是综采工作面关键设备,其投资约占工 以兖 矿 集 团机 电设 备 制 造 厂 生 产 的
作面投入的2/3。其设计质量的可靠性支架影响了工 ZY2200/07/14型液压支架为例,其主要参数为:高度
作面的安全生产。传统液压支架设计一般经过图纸设 700~1400mm;宽度 1470mm;中心距 1500mm;工作阻
计一样机试验一设计优化一生产定型等阶段1【J。通过 力2200kN。利用Pro/Engineer的建模功能,通过简化、
压架试验来判断支架质量,即使检测到结构某处出现 建模 、装配等步骤建立该支架的三维实体装配模型
断裂、变形等问题 ,也可能掩盖了其他部位的强度不 (图 1)。
足和将要出现的破坏。在试验后修改设计时,仅对 已
破坏的部位进行加强,并不能保证再次试验能满足要
求。传统液压支架压架试验仅对样机整体质量进行考
核,其中有设计质量 、工艺质量和制造质量等因素,无
法单一从设计角度考虑支架强度设计中存在的不足。
采用有限元方法 ,通过对支架在不同工况下进
行数值模拟仿真,对不同部件 、部位的应力分布进行 图 1 ZY2200/07/14型液压支架三维模型
准确全面的分析,发现设计中存在不足,为优化设计 简化后液压支架三维模型包含底座 、掩护梁、连
提供依据。 杆、顶梁等主要部件及其联接销轴。
1 三维建模 2 有限元模拟及结果分析
采用 Pro/Engineer进行三维建模 。ProE/ngineer 2.1 边界条件设定
操作软件是美 国参数技术公 司 (PTC)旗下 的 煤《矿用液压支架)GB25974—2010中规定了液
CAD/CAM/CAE一体化的三维软件,是现今主流的工 压支架整架型式试验的各种模拟工况。因篇幅有限,
程三维建模软件之一,特别是在国内产品设计领域 本文只针对顶梁偏心加载方式进行说明,其他工况
占据重要位置 。 可根据标准类似操作。根据要求,顶梁偏载试验时,
液压支架主要 由各种结构件构成 ,为提高后期 支架高度为最低高度加 300mm。加载压力为额定工
计算速度,模型需进行一定程度简化,其简化应遵循 作压力的1.2倍。垫块的安装位置如图2所示。
以下原则:
(1)液压支架主要部件的相对位置关系不能改
变,主要零部件 、关键部位的尺寸不能改变;
(2)次要部件如管架等对整体主要结构受力情
况影响较小部件可忽略;
(3)焊缝简化按照其强度不低于母材考虑; 图2 顶梁偏心加载简图和垫块位置 b=200mm
(4)液压支架各销轴均存在 lmm~2ram的安装
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