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基于虚拟模型的煤矿液压支架有限元分析

发布于:2017-08-01 21:12
有限元分析

      煤矿开采中液压支架常被用来作为顶板的支撑结构,使用过程中,液压支架承受较大的外界荷载,因此液压支架的强度、性能等对煤矿开采安全性有着重要影响。利用有限元分析对液压支架的工作过程和受力状态进行分析,有助于加强对其工作状态的理解,针对薄弱环节进行强化设计,保证液压支架的结构强度。对液压支架进行实验成本较高,且对实验条件要求高,利用SOLIDEDGE建立虚拟模型,导入ABAQUS中进行有限元分析,模拟液压支架实际受力情况,对计算结果进行分析,得出最优化设计方案。
      尽管ABAQUS在有限元分析方而有着强大功能,但其模型建立和装配复杂。因此虚拟模型的建立选择SOLIDEDGE实现,该App在建模速度和建模精确度方而都能满足有限元分析要求。液压支架结构较为复杂,包括顶梁、立柱、油缸、底座、推移杆和连杆机构等,如果将所有零件都进行建模分析,难度大且零件之间的连接方式模拟困难。研究表明,只要关键结构建模分析后的结果与实际结构受力情况基本一致,因此采用简化建模方式进行虚拟模型建立。简化模型只包括顶梁、整体支架、掩护梁和底座等关键构件。各个构件由不同形状和尺寸的钢板、加强肋等组成,建模时建议按照零件的安装方式建立各个构件的组成部分,当所有零件模型完成后再进行统一装配。
      液压支架的荷载模拟主要依据MT312-2000《液压支架通用技术条件》进行。液压支架工作时受到十多种工况下的荷载,起破坏作用的主要是偏心荷载和扭转工况。在采煤工作而中,液压支架在受到外界荷载的压力时,也会受到立柱的支撑作用。实验时常使用垫块模拟受到的压力,将立柱提供的最大支撑力作为支架承受的最大荷载,此时垫块的作用不是提供外界荷载,而是作为最大支撑力的边界约束。保证垫块处在加载平板的中心位置。如果采用不同垫块代表不同工况,最后的平衡方程无法求解出支架的作用,因此采用内加载形式将立柱最大荷载作为施加荷载,垫块作为约束。立柱与顶梁的连接较为复杂,采用荷载等效的方式代替原始荷载,并分配到相应的结构上。计算得到的支架受力如表所示。
      液压支架上的构件在受到外界荷载时会发生变形,零件之间的连接刚度相近,可以将所有构件之间的接触而定义为柔性的而接触。为减少接触而的数量,建模时将销轴与构件同时建立,即将底板与连杆之间的销轴与底板一同建成,顶梁与立柱之间的销轴与顶梁建成整体。此种建模方式可以减少1/2接触而数量,能够优化模型接触的设定,减少分析误差。接触而的相关参数先用App自动生成,然后对接触而的预荷载、刚度、摩擦系数等进行调整,使接触而接近实际的工作状态。



                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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