礦用液壓支架頂梁實驗研究

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據導入ANSYS 有限元分析軟件中。針對ZF3700/16/26 型礦用液壓支架關鍵部件頂梁進行強度數值模擬，找到頂梁的力學規(guī)律，對比液壓支架通用技術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)的關鍵設備，廣泛的在煤炭礦井中應用。對煤炭生產中支架的壓死、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 結合三維造型軟件Pro/E 進行三維建模和有限元分析，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，依據云圖數據，驗證了支架整體結構的合理性，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。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)中尤為關鍵，其結構主要包括頂板、柱窩、筋板、內(外)主筋板彎板、及蓋板組成。約束施加及數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條件進行，即調整并固定墊塊位置為端載、偏載和集中載荷。2.1頂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板及頂梁護幫板的內側板與柱窩接觸處；最大位移為1.67 mm，位于頂梁中部頂板及附近外側板。頂梁最大變形在條件規(guī)定范圍內，同時最大應力小于材料屈服應力，安全系數為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頂梁扭轉模擬分析對頂梁扭轉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構頂梁的仿真分析，討論總結得到：(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構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板及頂梁護幫板的內側板與柱窩接觸附近；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。