礦用液壓支架頂梁實驗研究

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1、礦用液壓支架頂梁實驗研究 針對液壓支架使用現(xiàn)狀,通過三維建模軟件PRO/E 和ANSYS 軟件的無縫連接方式,將液壓支架的已建模型數(shù)據(jù)導入ANSYS 有限元分析軟件中。針對ZF3700/16/26 型礦用液壓支架關(guān)鍵部件頂梁進行強度數(shù)值模擬,找到頂梁的力學規(guī)律,對比液壓支架通用技術(shù)條件提出支架檢測的合理化方向。 液壓支架是維持煤礦井下連續(xù)安全作業(yè)的關(guān)鍵設備,廣泛的在煤炭礦井中應用。對煤炭生產(chǎn)中支架的壓死、散架、零部件損壞等問題進行力學性能分析。我國的液壓支架檢測標準歷經(jīng)28年的發(fā)展,已形成了MT312-2021標準,本文將利用有限元分析軟件ANSYS 結(jié)合三維造型軟件Pro/E 進行三維建模和

2、有限元分析,對ZF3700/16/26型液壓支架主體部件頂梁進行加載試驗的數(shù)值模擬,得出不同工況下的力學模擬的位應力云圖和位移云圖,依據(jù)云圖數(shù)據(jù),驗證了支架整體結(jié)構(gòu)的合理性,并對其薄弱環(huán)節(jié)進行了指明,對液壓支架出廠檢測提供理論依據(jù)。有限單元模型建立液壓支架頂梁是由對多塊鋼板焊接而成得,頂梁作為液壓支架工作是直接與煤礦開采工作面頂板接觸的部件,其力學性能尤在整機系統(tǒng)中尤為關(guān)鍵,其結(jié)構(gòu)主要包括頂板、柱窩、筋板、內(nèi)(外)主筋板彎板、及蓋板組成。約束施加及數(shù)值模擬頂梁強度試驗以1.2倍額定工作阻力進行加載實驗,墊塊位置設置依液壓支架通用技術(shù)條件進行,即調(diào)整并固定墊塊位置為端載、偏載和集中載荷。2.1頂

3、梁端載模擬分析對頂梁兩端集中載荷加載試驗的強度分析,對頂梁的外載荷由柱窩進行加載。加載試驗的約束墊塊位置為全約束,并且控制x,y,z 方向自由度是零,計算結(jié)果分別得到應力云和位移云圖。由圖3可知,在頂梁端載試驗的最大應力為335.5 Mpa,位于支架頂梁主體外側(cè)板及頂梁護幫板的內(nèi)側(cè)板與柱窩接觸處;最大位移為1.67 mm,位于頂梁中部頂板及附近外側(cè)板。頂梁最大變形在條件規(guī)定范圍內(nèi),同時最大應力小于材料屈服應力,安全系數(shù)為1.04,滿足支架強度要求。2.2頂梁偏載模擬分析對頂梁偏載加載試驗的強度分析,對頂梁墊塊進行全約束設置,控制x,y,z 方向自由度為零,對頂梁柱窩施加外力。2.3頂梁扭轉(zhuǎn)模擬

4、分析對頂梁扭轉(zhuǎn)加載試驗的強度分析,對頂梁墊塊進行全約束,控制x,y,z 方向自由度是零,對頂梁外載荷由柱窩進行加載。2.4頂梁集中載荷模擬分析對頂梁集中載荷加載試驗的強度分析,對頂梁墊塊進行全約束,控制x,y,z 方向自由度是零,并對頂梁柱窩施加載荷。通過對液壓支架主體結(jié)構(gòu)頂梁的仿真分析,討論總結(jié)得到:(1) 在整個有限元分析過程中,不同工況的加載條件下頂梁筋板的應力值都比較高;(2) 對應力集中比較嚴重的頂梁結(jié)構(gòu)可以直接應用強度較高的鋼板進行焊接;(3) 運用有限元法進行理論計算,對模型進行可行的簡化處理,合理的劃分網(wǎng)格能夠加快運算速度,提高計算精度;合理的設置邊界條件,使得各工況的加載試驗結(jié)果更加準確可靠。 (1) 不同工況的加載條件中,ZF3700/16/26型液壓支架最大應力都體現(xiàn)了局部應力集中現(xiàn)象; (2) 頂梁的最大應力值出現(xiàn)在頂梁端載試驗中,最大應力為335 Mpa,位于支架頂梁主體外側(cè)板及頂梁護幫板的內(nèi)側(cè)板與柱窩接觸附近;在液壓之間檢測時應特別注意對該部分的考核和加載測試。

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