关于有限元方法液压支架整架强度分析.pdf

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