液压支架立柱活塞杆强度校核.pdf

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1、·102·煤矿机电2016年第3期刘露露，张国荣．液压支架立柱活塞杆强度校核[J]．煤矿机电，2016(3)：102—103．doi：10．16545／j．enki．emet．2016．03．030文章编号：1001—0874(2016)03—0102—02液压支架立柱活塞杆强度校核刘露露1，张国荣2(1．中国煤炭科工集团上海有限公司，上海201401；2．安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南232001)中图分类号：TD355+．4文献标识码：B传统的经验设计带有许多盲目性，设计校核的周期长，一般不能定量分析工件结构强度，很容易造成工件的强度分配不合理。随着计算机硬件升级更新速度

2、的不断加快，打破了计算速度的瓶颈，有限元技术得到空前的发展，越来越多地应用于各个领域。运用有限元分析，使工件开发始终处于可预见、可控制状态，从而缩短了设计周期，降低了开发成本，有限元分析已经成为技术主流。立柱是液压支架的主要承载与高度调节件，除了应具有较高的承载能力外，还应具有较大的伸缩行程，以满足支架工作高度的要求。本文以立柱活塞杆为例，分别对其进行强度校核和有限元分析，对两者结果进行比较分析。1立柱活塞杆强度校核1．1立柱设计参数对ZF8000放顶煤液压支架立柱活塞杆进行强度校核，立柱具体参数见表1。表1ZFS000型放顶煤液压支架立柱参数项目参数项目参数立柱根数4G／kg3

3、50液压行程／raml500188．9fl／em缸体外径／mm27312／cm98．1缸体内径／mm230a／em25．5活柱外径／mm160A1／em0．025活柱内径／mm120A，／cm0．0355泵站压力／MPa21n／o85立柱初撑力／MPa1329Jl／em43058立柱工作阻力P／kN1661如／em4135221．2活塞杆强度校核⋯1)在承受同心最大轴向载荷时，立柱的初始挠度6为：热耻届黔压艄钢擀陛髓脚．1×105MPa；J。，以分别为z。和f2范围内的断面惯性矩；tl=tan(57．3Klfl)=0．322，t2=tan(57．3K222)=O．076。将上述各

4、参数代人式(1)中，得：占。。=0．686em。活柱的合成应力盯为：盯=}+等㈦盯2百+1厂Lz)式中，A为活柱截面积，196em2；形为活柱的断面模数，196em2。代人数据得：P．P8。。1661I661X0．686盯2百+1厂2面丁+——顶■一285．3MPa¨堕专半+筹cosa=(0．025+0．0355)X188．9×98．12×25．5×287鼍常湍cos85。_0．6721661287cm(3)×⋯～一⋯‘、。7式中，口为活塞杆全部外伸时，导向套前端至活塞后端的距离；a为缸体轴线与水平面夹角；G为立柱总重；f。，f：为活塞杆顶部销孔和缸底至最大挠度处距离；△。，A：

5、为活塞杆与导向套处的最大间隙，活塞与缸体处的最大间隙。2)油缸的最大挠度占。。因寺=哿=12．5>5f1．1，≠f2，故n：生≥[n](4)式中，[n]为许用安全系数，一般最小为1．4；盯。为材料屈服极限，活塞杆采用45钢，355MPa。n=蒜“21>[n]“4活柱强度满足。2活塞杆静态强度分析2．1有限元模型建立应用Solidwords三维设计软件建立立柱活塞杆三维模型，然后导人ANSYSY-Workbench中，如图1所示。oIL25‘誓L竺‘)()2500375()0图1立柱活塞杆三维有限元模型图南=am62016年第3期煤矿机电·103·分析采用Solidl86单元，So

6、lidl86是一个高阶3维20节点固体结构单元。材料选用45钢，其杨氏模量为210GPa，泊松比为0．3，屈服强度为355MPa。2．2载荷及约束加载和结果通过上述的立柱工作阻力计算，可以得出应对立柱活塞杆施加l661kN的作用力，其作用在立柱活塞杆前端球面上。在立柱活塞杆底端圆面上施加x、y、z三个方向的位移约束，其大小为0mm。对立柱活塞杆进行受力分析计算，结果如图2所示。{J¨二SIJ⋯)j{)¨¨I■■●_■■■●】25¨(1375f)(}图2第四应力强度从图2可看出，液压支架立柱活塞杆在受到1661kN的作用时，其产生的最大应力强度为92．329MPa，该值小于材料的许

7、用应力强度360MPa，因此，立柱活塞杆设计满足强度要求。2．3分析比较通过上述计算可以发现立柱活塞杆最大强度值：理论计算结果为85．3MPa，有限元分析结果为92．329MPa。两数值相差百分值凡为：n：堕望型×100％：7．6％(5)92329～．⋯。。、。，3结语1)传统的强度校核和有限元分析两种计算结果都可以验证立柱活塞杆强度是满足设计要求，且两种方法的分析结果非常接近。2)利用经验公式对立柱活塞杆进行强度计算的过程比较繁杂，计算量大，且计算公式多数为经验公式。而利用有限