文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 放顶煤液压支架的整架强度有限元分析

放顶煤液压支架的整架强度有限元分析

文章编号:1003-0794(2005)03-0036-03

放顶煤液压支架的整架强度有限元分析

王进军,贾新玲,范 迅

(中国矿业大学北京校区,北京100083)

摘要:在对放顶煤液压支架结构进行合理简化的基础上,建立了支架的有限元分析模型并对其进行整架强度有限元分析,着重分析了支架在顶梁偏载工况时的应力分布,指出了支架强度设

计上存在的问题,为改进设计提供了参考。

关键词:液压支架;强度有限元分析;应力分布中图号:TD355;O242121

文献标识码:A 1 引言

传统液压支架的设计一般要经过初步设计y 样机试验y 再设计y 生产定型等阶段。在样机试验中,受测试点数目限制以及加工质量的影响,难以全面反映支架的应力分布状态。而且,这种方法试验费用大,周期长。

采用有限元方法,以计算机模拟支架整架在不同工况下的受载情况,可对其各部位的应力分布情况进行比较准确和全面地分析,从而及时发现设计

缺陷,为改进设计提供参考。

应力。

对灵敏度分析后的后夹板进行优化分析得到优化模型,再经ANSYS 计算(不考虑冲击影响)得到应力分布图,其中材料16Mn 的R s =274~343MPa,得到R max =169MPa,如果对螺栓孔表面进行处理等会使应力值减小,从而在应力允许的范围内,可知后夹板优化后符合要求。

上面分析,是以后夹板承受全部外载荷来校核的,得到后夹板的尺寸较理想。

同样,当F 2=325kN 、F 2=400kN 、F 2=475kN 时,根据上述的方法得到由Pro/M 导出到E xcel 的参数b 的灵敏度曲线,从曲线可知后夹板在不同的F 2

下对整个后夹板的应力不敏感。即在设计时适当加大尺寸b 的数值,可以减小应力,承受更大的外载荷,从而可知后夹板受力为主是可行的。

对于卡绳装置的其他零件如前夹板、夹铁、楔块等,均可采取上述的方法进行分析设计和优化。4 结语

本文分析了连板不稳定原因,运用有限元对快

速卡绳装置的主要部件进行了应力分析和优化,验证了后夹板受力为主的可行性,从而在保持原卡绳装置快速卡绳特点的同时,提高了卡绳的安全性。本文采用Pro/E 建模,Pro/M 进行灵敏度和优化分析,ANSYS 校核的方法,对机械设计与结构一体化的分析进行了成功而有价值的前期尝试。

参考文献:

[1]朱真才,杨建奎,陈义强,等.卡绳器[P].中国专利:02264400.8,2002-09-17.

[2]杜华.多绳摩擦轮式提升机钢丝绳更换的方法[J].煤矿机械,2002,(3):69-71.

[3]张继春,徐斌,等.Pro/ENGINEER Wildfire 结构分析[M ].北京:机械工业出版社,2004.

[4]李皓月.ANSYS 工程计算应用教程[M].北京:中国铁道出版社,2003.

作者简介:曹国华(1980-),江苏吴江人,中国矿业大学在校研究生,研究方向为机械制造及其自动化.Tel:0516-*******,E -mail:guohuacao@126.c om.

收稿日期:2004-12-10

Analysis and Optimization of a Type High -Speed Clip

CAO Guo -hua,ZHU Zhen -cai,WANG Lin -tao

(China University of M ining and T echnology,Xuzhou 221008,China)

Abstract:The strength of the front,back and connecting plates of the high-speed clip is the key to the process of clip -ping a rope.This paper analyzes the reason of the instability of c onnecting plates in e xperiments.With a method of set -ting up models with Pro/E,analyzing the sensitivity of some parameters and optimizing models with Pro/Mechanica,checking with ANSYS,some parts of the high-speed clip can be analyzed and optimized.The feasibility of supporting all forces by the back plate is validated at last.

Key words:a high-speed clip;optimization;ANSYS;Pro/Mechanica

#36# 煤 矿 机 械 2005年第3期

2 有限元模型的建立

(1)支架三维模型的建立及简化

本文以ZFS6000/17/30放顶煤液压支架为例,用AB AQUS 有限元分析软件对其进行分析。支架的三维模型可以由CAD 软件构建,然后通过数据格式的转换传递到有限元软件中,但在这个过程可能会有数据的损失。另外,也可以在有限元软件中直接建模,可避免数据损失,对后续分析也很有利。AB AQUS 软件具有很强的三维建模功能,文中建模全部在该软件中完成。

液压支架由多个部件组成,模型比较复杂,必须加以合理简化,但要注意的是简化不能对整架主要结构件的受力状况产生大的影响。

放顶煤液压支架,主要由底座、顶梁、掩护梁、前后连杆、前梁和尾梁等组成。在做整架分析时,非主要承载件如前梁和尾梁可被忽略。同时为了使计算机模拟的结果更加准确合理,模型保留部件的结构基本上不再简化。

(2)载荷和边界条件

在5液压支架通用技术条件6列出的支架强度检验中的十几种工况中,支架承受偏载和扭转工况是支架损坏的主要原因。由于篇幅所限,本文中主要对顶梁偏载这种工况进行分析。

支架在工作时,承受立柱的支撑载荷和工作面围岩的压力载荷。在强度检验中,一般是在支架的不同位置上放置垫块来模拟其受井下作用力不同的工况。为了计算方便,在有限元分析中,把垫块对支架的作用力当作约束条件来处理。底座底板与试验平台直接接触,底座底板的3个平移自由度被约束。这样,对本文中的支架来说,其外载就只有4根立柱对顶梁、底座所加的载荷,这个载荷按支架的最大工作阻力(6000kN)以等效力的方式施加到顶梁和底座的柱窝上。

顶梁的边界约束条件如图1

所示。

图1 顶梁边界条件

Fig.1 Boundary condition of roof timber

(3)接触问题的处理

接触问题是一种高度的非线性力学问题。在支架中,顶梁与掩护梁,掩护梁和前后连杆,前后连杆与底座以及它们与销轴之间都存在着接触。有限元

分析中,接触问题可看成不连续的约束条件,只有当2个接触面相互接触时,才有约束的存在。ABQus/Standard 中应用Ne wton-Raphson 算法进行迭代求解。具体作法可通过在连接件接触部位设置接触对等来进行。

在ABAQUS 下建立的有限元模型如图2

所示。

图2 液压支架整体有限元模型

Fig.2 Finite element model of whole cav ing hydraulic support

3 结果分析

从支架的应力云图(见图3)可以看出,在图1所示的顶梁偏载工况下,整个支架的mise 应力值在0~330MPa 之间,其中应力值较大的部分集中分布

在顶梁和掩护梁上。

图3 液压支架整体应力分布

Fig.3 Stress distribution of whole caving hydraulic support (1)顶梁应力分布

顶梁应力分布情况可以从图4中看到。顶梁的应力值分布在0~330MPa 之间,在柱窝及其附近,约束边界附近区域、主肋板与顶板的焊接部位以及顶梁与掩护梁的铰接耳座处都存在着应力集中,其中最大应力发生在约束区域边界A 处附近的单元上如图4、图5所示。支架材质主要是16Mn 合金钢,其屈服应力R s =350MPa,安全系数n =1.06,可见顶梁的安全系数不足,在设计时,应当采取必要的

措施予以加强。

图4 顶梁应力分布图

Fig.4 Stress distribution of roof timber

#37# 2005年第3期 放顶煤液压支架的整架强度有限元分析)))王进军,等

文章编号:1003-0794(2005)03-0038-04

液压支架推杆十字头万向接的有限元分析

徐亚军,王国法,朱 军

(天地科技股份有限公司开采所,北京100013)

摘要:针对液压支架十字头万向接的结构特点,采用Comos/M 软件对其进行了有限元分析,找出了危险点的位置及应力值,并对十字头的变形位移、应力分布规律进行了研究,得出了较为

明确的结论。此研究方法和结论,对同类问题的解决具有一定的参考价值。

关键词:液压支架;有限元;十字头;万向接;接触中图号:TD355

文献标识码:A

1 引言

液压支架推杆十字头万向接(以下简称十字头)是液压支架与溜槽之间传动件,用于传递来自推杆的拉架力与推溜力。该万向接由叉头、扁头和销轴

等部分组成,其中叉头与液压支架的推杆通过单槽销相联,扁头与溜槽上的耳板通过销轴联接。采用双销轴联接方式的优点在于可以克服推杆斜拉时产生的垂直于推杆方向的水平作用力直接作用在耳板

图5 顶梁主肋板应力分布图Fig.5 Stress distribution o f m ain plate

(2)掩护梁应力分布

当顶梁偏载工况下,掩护梁的应力分布图如图6所示,其应力值分布在0~126MPa 之间。其中耳座、主肋板、销轴孔等处都存在着应力集中,其中最大应力发生在掩护梁与前连杆的铰接耳座上。安全系数n =2.78,掩护梁能够满足顶梁偏载工况时的

强度要求。

图6 掩护梁应力分布图

Fig.6 Stress distribution of shield beam

4 结语

(1)从有限元分析结果来看,底座,掩护梁以及前后连杆等都能满足顶梁偏载工况时的强度要求,而顶梁的强度需要加强。

(2)在支架设计中,充分运用有限元分析技术,可在设计阶段对方案进行评估,为设计的改进提供方向,因而是可行和必要的。

参考文献:

[1]王国法.液压支架设计[M ].北京:煤炭工业出版社,1999.[2](美国)ABAQUS Inc.(庄茁主译).ABAQ US 有限元软件6.4版[M].北京:清华大学出版社,2004.

作者简介:王进军(1973-),山西昔阳人,现为中国矿业大学(北京)硕士研究生,研究方向为机械设计理论及应用.Tel:010-********,E-mail:wjinj@tom.c om.

收稿日期:2004-12-09

The Strength Finite Element Analysis of Whole Caving Hydraulic Support

WANG Jin -jun,JIA X in -ling,FAN Xun

(Beijing Branch China University of Mining and T echnology,Beijing 100083,China)

Abstract:Based on simplimflying the structure of caving hydraulic support ,the paper makes strength finite element ana-l

ysis of whole caving powered support and analyses stress distribution of caving po wered support when load on roof timber incline to one side.The paper provides reference for research of new product.

Key words:caving powered support;strength finite ele ment analysis;stress distribution

#38# 煤 矿 机 械 2005年第3期

相关文档