浅析有限元方法的液压支架整架强度

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1、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

2、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【1J。通过力2200kN。利用Pro／Enginee

3、r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1ZY2200／

4、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。Pro／Engineer2．1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

5、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

6、垫块位置b=200mm(4)液压支架各销轴均存在lmm～2ram的安装使用ANSYSWorkbench软件提供的CAD间隙，为减少有限元计算时间，建模过程中，销轴按configurationmanager功能，设置其与Pro／Engineer的与销孔同等大小进行建模。连接接口，将由Pro／Enginee建立的三维模型导入·73·煤矿现代化2013年第3期总第l14期40m，片裂深度400～500mm，煤帮累计帮鼓围岩条件确定不同的支护方式。1020mm，顶底板移近量900mm，顶板累计下沉量(2)通过

7、对留巷期间巷道锚网支护破坏的观测410mm，底鼓量累计515mm。与分析，为类似条件下的沿空留巷的巷道掘进支护工作面回采400m后，留巷侧超前130m范围内提供重要依据，以便在巷道掘进施工时超前采取加受回采超前压力影响，巷道变形较为明显，超前70m强支护强度、优化支护方式和支护参数，采取主动支范围内影响较为严重，墙体片深500—600mm，煤帮护，避免留巷施工期间支护强度不足、破坏等问题。累计帮鼓1200mm，其中顶板累计下沉量430mm，底(3)通过对巷道顶底板位移、两帮位移、破坏规鼓量累计600m

8、m。受落底影响，墙体受压后底部向顺律的分析，可以优化巷道断面设计，制定针对性的支槽方向偏移，出现歪斜现象，墙体底部相对上部偏移护措施提供技术保证。出200～300mm。(4)根据对煤体应力分布与工作面回采时空关顺槽顶底板为泥岩，受压后容易发生变形，受93系的分析，可以了解煤体应力的集中程度、发展变化02工作面回采侧向压力影响，留巷期间变形较严的规律，为工作面防冲监测提供重要依据。重，顶板下沉量较大；9303面大面积回采后，与93参考文献：02面、930l