充填支架顶梁强度有限元分析.pdf

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1、2010年第1期煤矿机电·7l·充填支架顶梁强度有限元分析段昌瑞1，周华强1，孙祺2，朱倩1，李英伟1(1．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221116；2．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221116)摘要：介绍膏体充填采煤方法，强调充填支架的关键作用。运用UG软件建立支架顶梁的三维实体模型，导入ANSYS环境中，针对扭转和偏载两种危险工况对顶梁进行有限元分析。得出的应力分布情况和危险部位，为充填支架顶梁的设计提供可靠的理论依据。关键词：膏体充填；支架顶梁中图分类号：TD355+．41文献标识码：B文章编号：1001-087

2、4(2010)01-0071—02FiniteElementAnalysisofCanopyStrengthforStowingSupportDUANChang-ruil，ZHOUHua—qian91，SUNQi2，ZHUQianl，口Ying·weil(1．CollegeofMiningEngineefing，ChinaUnivemit)rofMiningandTechnology，Xuzhou221116，China；2．CollegeofSafetyEngineenng，ChinaUniversityofMiningandT

3、echnology，Xuzhou221116，China)Abstract：Describesthepaste-stowingminingmethod，andemphasizesthemasterkeyofthesupporttoit．UsingUGsoftwarebuilds3-dimensitonalsolidmodelofcanopy，andthenguidesinANSYSenvironment．Thefiniteelementanalysisofcanopystrengthhasbeencarriedoutunderco

4、nditionsoftorsionandpartialloads．Thegainingstressdistributionanddangerousplacesgivecredibletheoreticalreferencestothedesignofstowingsupport．Keywords：past-stowing；canopyofsupport为解决建筑物下及村庄下不迁移开采、提高采出率和保护生态环境而提出的膏体充填开采方法，是绿色开采的重要组成部分⋯，具有积极的经济效益、环境效益和社会效益。现已付诸于实践，并得到推广应用

5、。1膏体充填及充填支架将由矸石、粉煤灰等制备的特殊“砂浆”，靠重力或泵压作用通过管路输送到工作面，在顶板未冒落前及时充填采空区。膏体充填工作面前部用传统方法开采，中部为待充区，后部为已充填采空区(图1)。膏体充填工作面可以看成是“移动的开切眼’’[21。充填支架的工作性能是制约膏体充填效果的重要因素。支架支护效果直接影响顶板下沉量和减沉效果；又因“砂浆”的流动性相当高口J，支架隔离堵漏性能影响充填效率。顶梁是液压支架的主要承载结构，支护采煤区甚至采空区的顶板，控制充填前顶底板的移近量，达到有效控制地表沉陷的效果。最佳发挥顶梁的支护

6、效果对膏体充填具有重要意义。图1膏体充填工作面2顶梁模型ZC5600／17／32型充填支架采用整体式顶梁，结构简单，可靠性好；顶梁对顶板载荷的平衡能力较强，前端支撑力大，可设置全长侧护板，有利于保持顶板的完整性。整体顶梁前端上翘10～3。，以改善接顶效果和补偿焊接变形。顶梁为焊接箱体结构，焊缝强度应比母材抗拉强度高50—100MPa卜1。用UG对顶梁3D建模，如图2。A、B、C分别为顶梁与连杆、尾梁千斤顶和尾梁铰接的耳座。顶梁·72·煤矿机电2010年第1期断面为非对称的多个闭合腔室，由上、下盖板与肋板焊成。凸出立筋型肋板使顶梁强

7、度和刚度大增。图2充填支架顶梁模型3顶梁有限元分析按照《液压支架技术条件》(MT312-2000)，以顶梁扭转和顶梁偏载最严重的工况对充填支架顶梁进行受力分析。(1)前处理为了提高计算效率，对顶梁模型进行适当简化。简化的原则是：略去工艺结构，用力学等效件代替形状复杂的结构件。采用UG—NX软件"1完成零部件的3D建模后，按照Parasolid标准输出“．x_t”文件，导人ANSYS环境L63后，简单修复操作即可进行分析计算。首先进行网格划分，所依据的原则是：节点与试验测点的布置相对应，以便于计算结果与试验结果相对照；对需要重点观察

8、或有“弱面”存在处局部网格细化，以便求解更精。设定单元长度为60inln，最终划分68327个单元，100999个节点。顶梁大部分采用Q690钢板，屈服强度690MPa；弹性模量210GPa；泊松比0．3；材料密度7850kg／m3。按《液压支架技