ZY12000型液压结构的改进(全文)

精品文档-下载后可编辑ZY12000型液压结构的改进(全文)本文：陈静刘建英单位：河南工程学院机械工程系

柱窝是液压支架重要的受力部件之一，与立柱柱头相结合。顶板的压力、采空区矸石下落形成的强大气流带来的冲击力等均会通过立柱传递到柱窝上，使顶梁柱窝及柱窝附近成为易损部位。随着矿井对大采高、大工作阻力支架需求的增加，较高的支撑力更易造成柱窝处的损坏，因此提高柱窝的强度性能对提高支架的整体强度和可靠性十分重要。文中利用有限元分析的方法和理论，将不同结构的柱窝对顶梁变形和应力的影响做对比分析，探讨适合大采高、大阻力液压支架的最佳柱窝结构。

1柱窝结构分析

依据最新液压支架的试验标准GB25974．1—2022《煤矿用液压支架第一部分:通用技术条件》，对ZY12000/28/63D型大采高液压支架进行整架强度有限元分析，有限元分析采用SolidWorks结合simulation软件。顶梁柱窝分别采用不同结构分析柱窝及附近顶梁的受力情况。由于柱窝及其附近顶梁受力最大，且最容易损坏的情况常发生在扭转工况，因此下面针对这种工况进行分析。图1为扭转工况时垫块的位置。按照标准GB25974．1—2022，扭转工况实验时，试验压力为1．2倍工作压力，支架高度为最大高度减去行程的1/3［1－3］。共建立了4种结构的柱窝模型，结构分别如图2～图5所示。图2为液压支架中常见的厚柱窝结构，已在多种支架中得到使用。但这种柱窝结构在承受较大顶板压力时，曾发生过将顶板顶穿的事故。图3为加上侧板改进后得到的厚柱窝结构。图4为从德国进口的支架测绘并适当改进得到的薄柱窝结构。图5为薄柱窝加侧板及底部加十字筋后的结构。文中分别对4种柱窝结构完成扭转工况时的强度进行了有限元计算，对计算结果进行对比分析研究，为提高柱窝的力学性能提供依据。

2扭转工况时的有限元分析过程

2．1模型的创建与处理ZY12000/28/63D型大采高液压支架的模型如图6所示，包括顶梁、底座、前连杆、后连杆、掩护梁、立柱等多个部件。液压支架的设计模型非常复杂，需要简化后才能用于有限元分析，去除不承载的结构和不影响主体强度、应力的细小结构，如倒角、圆角、小孔等;除非焊缝处出现应力集中的状况，否则主体构件的焊缝不建模;由于实验采用内加载的方式，所以将立柱去除，用载荷替代［4－8］。简化后的液压支架模型如图7所示。将4种顶梁结构与其他主要构件(底座、前连杆、后连杆、掩护梁、垫块)装配成3个装配体，分别进行分析计算。液压支架高度为。

2．2材料ZY12000/28/63D液压支架主体结构材料为Q690，材料属性见表1所示。

2．3约束液压支架主构件之间的约束十分复杂，其中顶梁、底座、连杆与掩护梁之间的柱销由于相对主结构而言很小，如果采用真实接触运算量非常大。由于分析的重点并不是柱销的局部强度，所以对于柱销采用软件提供的销钉约束代替。试验的方式采用内加载，垫块的表面采用固定约束，垫块和顶梁、底座的接触面采用真实接触，摩擦因数取0．15。

2．4载荷采用内加载的方式，载荷为12000×1．2=14400kN，载荷施加在柱窝的球面上，力的作用线沿立柱的轴线方向。

2．5网格划分网格选用四面体单元，单元大小设定为40mm，一共划分了71万个单元。

2．6解算器由于单元数量达到了71万个，所以采用软件自带的FFEPlus解算器进行求解。

2．7结果强度分析的结果如图8所示，为了方便与试验应力检测数据进行对比，所以应力的探测点选择在柱窝外侧主筋表面的一点作为应力探测的位置。由图8得出，改进的薄柱窝结构模型应力为338MPa;改进后并加侧板和十字筋的薄柱窝结构模型应力最小，为316MPa。加侧板的厚柱窝结构模型应力为368MPa;传统的厚柱窝结构应力最大，为376MPa。综上所述，改进后加侧板薄柱窝结构为优化后的最佳柱窝结构