DOI:10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.09.053
2016 NO.09
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
基于SolidWorks的液压支架推杆有限元分析
及优化设计①
史根军
(天地宁夏支护装备有限公司 宁夏银川 750021)
摘 要:利用SolidWorks软件平台进行推杆的三维建模,然后根据支架在井底的受力情况,利用SimulationXpress分析向导对液压支架推杆模型进行有限元分析,根据所得分析结果对推杆结构及材料进行优化设计,为以后的设计加工应用提供了有效的参考。关键词:液压支架 推杆 有限元 优化设计中图分类号:TD355
文献标识码:A
文章编号:1672-3791(2016)03(c)-0053-02
液压支架在完成推溜和移架两个基本动作时,其主要受力部件为推杆和连接头及其附件,这就要求推杆必须有足够的强度和刚度。推杆受突变载荷的主要是由于在“三软”煤层工作面顶板、煤层及底板的不同结构特点造成的。例如,刮板输送机下陷大部分原因是由于煤层底板松软,而刮板输送机下陷后就不可避免地给推杆增加了一个载荷;再如,液压支架被压死主要是由于支架通过煤层顶板破损严重的地方时,顶板掉落后压住液压支架造成的,这种情况下也给推杆施加了一个载荷。
由上面的分析我们可以看出作用在推杆上的载荷是存在一定变量,正是由于这些变量和推杆结构设计造成推杆在工作时发生损坏。而推杆的损坏在一定程度上会造成出煤量的下降,所以我们必须在支架设计时充分分析研究推杆受力和结构特点。
通过走访用户实际勘察后,我们简化了推杆的载荷,其在工作时主要受力载荷有以下3种。
(1)推杆受推移千斤顶的拉力和推力。(2)抬底千斤顶的抬底压力。(3)刮板输送机下滑引起的侧向力。
由于液压支架采煤时大多数时间以静力状态工作,所以可以将固定端设置为推杆通过连接头与刮板输送机一端相连处;推杆的另一端只受推溜和移架时推移千斤顶的推力和拉力。
1 推杆的受力情况.com.cn. All Rights Reserved.当液压支架在爬坡和下坡,即仰采和俯采时,由于煤层地质状态存在一定的变化,就相当于给推杆施加了一个很大的外部载荷,这些外部载荷除推溜和拉架力外,其他受力就存在一定的不确定性和不可预见性。另外结构型式为长框架的推移杆比较长,并且在底座中档处于浮动状态,距离底座中档两侧主筋单边间隙只有10mm。当煤层倾角达到一定程度时,推杆受刮板输送机作用的下滑力增大。这时推杆很容易与刮板输送机产生相对错位,即刮板输送机在下滑时与底座前端发生碰撞,致使推杆侧面受力变形,严重时可造成推杆损坏。
2 建立有限元分析模型
如图1为ZYT12000/28/63D支架推杆的前期二维结构模型,由图1可看出,此推杆结构形式为宽为200mm、高为185mm的整
图3 情况1时应力分析
图1 推杆二维模型
图2 推杆三维模型
①基金项目:天地科技“工艺技术创新基金”（项目编号:KJ-2012-TDPDS-01）。
图4 情况2时应力分析
作者简介:史根军(1986—),男,汉,宁夏人,本科,助理工程师,从事液压支架设计研究、制造及有限元分析工作。
科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION53
2016 NO.09
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
工 业 技 术
图5 情况3时应力分析
体长推杆箱体结构。推杆底板、盖板、两侧主筋所用材质均为Q890高强度钢板,其余采用强度较低一级的高强板,通过拼装焊接而成的箱体结构。
为进行有限元分析我们将推杆进行三维建模,图2为推杆三维模型。
图6 推杆受推移、抬底和侧向力复合加载时应力分析(2)推杆梁体截面的强度校核计算。(3)实际受力分析。(4)合理设计焊缝。(5)优化应力集中。
为提高推杆结构的可靠性,并根据上述对推杆的应力分析结果,采取以下几种措施。
(1)减小竖销与推杆铰接孔的配合间隙。
(2)为改善推杆的整体性能,对推杆框架结构型式进行优化设计。
(3)为加强推杆的整体性能,优化了推杆与连接头铰接部位结构,并加强了相应铰接部位设计的合理性。
(4)为减小推杆主要焊接及铰接部位的应力集中,合理优化部件材质、焊缝结构及大小。
(5)推杆与连接头铰接部件材质选用Q890高强度材料。
3 推杆的受力分析
将以上模型导入到SolidWorks Simulation中,根据液压支架推杆的实际受力情况,采用不同的约束力和载荷进行有限元分析。
该文从4种情况分析推杆在加载1.5倍许用载荷时的受力情况。其受力分析情况如下。
(1)情况1:推杆仅受到推移千斤顶推力作用(见图3)。(2)情况2:推杆仅受到抬底千斤顶推力作用(见图4)。(3)情况3:推杆仅受到侧向力作用(见图5)。
由图6可见,同时加载上述3种载荷时推杆的弯曲应力最大时达到1468MPa。
.com.cn. All Rights Reserved.(4)情况4:同时受这3种力(见图6)。
参考文献
[1]杨桢.液压支架推移框架的静力学数值模拟分析[D].西安科技
大学,2005.
[2]杨辉.液压支架推移框架破坏原因的数值模拟分析[J].中小企
业管理与科技(上旬刊),2014(11):119-120.
[3]孙红发,于德润,刘富营,等.ZY10800/28/63型液压支架推移
杆可靠性分析与研究[J].煤矿机械,2008,29(6):45-47.
4 结论
在设计ZYT12000/28/63D支架推杆时,其结构形式采用高强度钢板焊接而成的箱体结构,其可靠性取决于以下几方面。
(1)合理设计推杆结构。(上接52页)
数控机床关键功能部件直接决定数控机床是否可以顺利运行,对机械制造的工艺可靠性具有直接影响作用。所以,在对机械制造工艺可靠性进行研究的时候,必须对数控机床关键功能部件可靠性进行研究。通过对数控机床关键功能部件可靠性的长期实践研究表明,可以将其研究方案概括为4个方面。第一,针对数控机床中某种功能部件的特殊性,制定出具体的可靠性试验规范;第二,在获得数控机床关键功能部件故障数据之后,需要对其进行可靠性分析,从而为保证机械产品可靠性制定出有效的故障解决措施;第三,制定出专门的数控机床关键功能部件的可靠性评价指标体系,为准确、有效的评价奠定坚实的理论基础;第四,对于数控机床关键功能部分的可靠性分析,需要适当发挥出增长策略的重要作用。
从数控机床整机可靠性及其关键功能部件可靠性分析发现,对于影响机械制造工艺可靠性的关键性因素,必须对其进行深入研究,只有这样才能实现提高机械制造工艺可靠性的重要目标。
4 结语
综上所述,机械制造的工艺可靠性在保证机械产品可靠性中发挥着极为重要的作用,在制造需求不断扩大的形势下,促进机械制造企业实现长远发展目标,就需要不断提高机械制造工艺的可靠性。
参考文献
[1]张文峰.机械制造中的工艺可靠性影响因素与评定[J].科学与
财富,2013(3):19.
[2]任鹏飞.探析如何确保机械制造工艺过程的可靠性[J].军民两
用技术与产品,2016(2):133.
[3]王善军,朱岩.机械制造可靠性设计现状研究[J].科学导报,
2015(22):168.[4]范文婷.机械制造工艺对制造业的重要性研究[J].城市建设理
论研究:电子版,2015,5(14):3086.
[5]张永生.探究机械制造与安全控制系统的问题及对策[J].城市
建设理论研究:电子版,2013(15).
54科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容