液压支架结构件有限元应力分析

时间：2025-04-26

液压支架

Vol130No101第30卷第1期煤　矿　机　械　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

Jan.20092009年　1月CoalMineMachinery

液压支架结构件有限元应力分析

房虎林1,曹连民2,刘海峰1

(1.山东天晟煤矿装备有限公司,山东淄博255129;2.山东科技大学,山东青岛266510)

摘要:主要对液压支架结构件进行了应力分析,计算结果基本上反映了支架受力特点。采用

有限元分析方法,可以改变常规力学方法无法处理的结构件强度问题,使计算结果更加安全可靠。

关键词:液压支架;结构件;有限元;应力中图分类号:TD355　文献标志码:A　文章编号:100320794(2009)01200802FiniteElementStressAnalysisonSupport

FANGHu-lin,CAO,Hai-(1.ShandongTianshengMom255129,China;

2.of,Qingdao266510,China)

Abstractofhydraulicsupport,theanalysisresultslargelyreflecttheforcetousingthefiniteelementcandealwiththestructurestrengthquestionthatmechanicalmethodcannotdealwith,andmakestheresultmoresafeandreli2able.

Keywords:hydraulicsupport;structure;finiteelement;stress

1　基本思路

(1)将一个受力的连续弹性体“离散化”,即将

在工作面开采过程中,支架不仅承受立柱的支

撑载荷,也承受来自工作面围岩的压力载荷。如果把垫块对支架的作用力当作外力来考虑,则此状况是超静定系统,用力的平衡方程解不出垫块对支架的作用力。因此,在计算中不把垫块的作用力当作外力来考虑,而是把垫块的作用当作边界条件来处理。

(2)结构的外载

它看作是由一定数量的有限小的单元的集合体,同时认为这些单元之间只在节点上互相联系,亦即只有节点才能传递力。

(2)按静力等效原则将作用于每个单元的外力(面力、体积力、温度以及各相邻单元的作用力)简化到节点上去,形成等效节点力。

(3)根据弹性力学的基本方程(几何方程、物理方程等)推导出单元节点力和节点位移之间的关系,建立作用在每个节点上力的平衡方程式。于是得到一个以节点位移为未知数的线性代数方程组。

(4)加入位移边界条件求解方程组,得到全部未知位移,进而求得各单元的应变和应力。

2　支架整架结构件有限元静应力分析

由于将垫块作为结构的边界约束条件来处理,因此,对于四柱支撑掩护式支架来说,其外载便只有4根立柱对顶梁、底座柱窝所加的载荷。由于柱窝

同立柱的作用属于接触问题,处理起来较为复杂,因此假定立柱传递给柱窝的外力均匀作用于柱窝表

面。

(3)结构中部件间连接处的处理结构中顶梁与掩护梁,掩护梁与前后连杆,以及前后连杆与底座之间均用销轴将2部分铰连在一起。销孔与销轴间的接触点,随着加载方式和支架高度的不同而不同。对支架整体进行强度计算时,考虑接触问题,计算起来会占用较多的计算资源。因而在整架计算时,不采用接触问题求解,而采用目前常用的线弹性结构模拟法,将销轴件简化为梁元来进行计算。

2.3　计算结果的处理

支架有限元强度计算以《液压支架通用技术条

件》为计算依据,主要进行静力强度计算。这是考虑到支架在实际工作中基本上是以静力状态存在的,即使支架有降架、移架等运动,但其运动速度都较小且基本是处于匀速运动状态。

2.1　加载方式的确定

由于对支架进行组合加载能检测出液压支架的安全性,因此对支架进行强度计算时,采用组合加载方式进行计算,垫块的位置以《液压支架通用技术条件》规定的标准为准,使结果具有可比性。

2.2　边界条件及计算载荷

(1)屈服条件

(1)垫块荷载的处理

在复杂应力状态下,初始弹性状态的界限称为

屈服条件。一般来说,它是应力

、应变、时间,温度等

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液压支架

的函数。对液压支架来说,当材料发生屈服时,便认为该支架产生了破坏。

(2)支架计算破坏标准的选取

尽管材料的破坏现象比较复杂,但破坏形式主要为流动和断裂2种类型。所谓流动破坏是指塑性材料在轴向拉伸下,当应力达到屈服极限时,将出现明显的流动现象,这时材料出现的变形是不可恢复的塑性变形。这种情况下,构件不能正常工作,因此出现流动现象或塑性变形就是破坏的标志。所谓断裂破坏是指脆性材料在轴向拉伸下,当还没有明显变形时就突然断裂,断裂系破坏的标志。对于流动破坏,主要是根据形状改变比能理论来进行判决3　支架模型等效简化

,。但,,在建模时需对非危险部位的细节结构进行简化。简化方法如下:

(1)保留危险部位的细节结构;

(2)忽略不重要区的小孔及小尺寸结构;(3)焊缝的联接强度等于母材强度;

(4)把具有间隙联接的2个零件看成连续一体的一个零件(主要指销轴);

(5)略去工艺结构。

4　模型的建立

高应力为489.4MPa,位于顶梁柱窝附近肋板下,另

外斜梁同顶梁接触的柱销处应力也较高。

(2)顶梁偏载与底座扭转

采用顶梁偏载,底座扭转加载方式进行计算,即底座方垫块和顶梁垫块位于同一方向,

垫块位置如图2所示。在这种工况下,计算结果显示,最高应力为504MPa,位于过桥圆弧处。同时从应力图中也可以看出,底座销轴处应力也较大。

图2　垫块位置图