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基于UG液壓支架框架的有限元分析

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      液壓支架是煤礦綜采工作面的重要設備之一,始終處于復雜惡劣的工作環境中。由于頂板壓力、綜采工作面的起伏、斷層與陷落柱等不同的地質條件,支架受載荷情況也是復雜多樣。隨著工作面的回采,支架的推移框架通過拉架、推溜作用實現支架與運輸機的移動。因此推移框架在綜采工作面回采過程中起著舉足輕重的作用,一旦出現故障,將嚴重地制約著工作面的正常生產。本文以ZY5600/20/42型液壓支架為研究對象,利用UG有限元分析軟件建立支架推移框架的簡化三維實體模型,并在三種不同工況條件下對其推移框架3D實體模型進行有限元分析,得出該結構的Von mises應力云圖與位移云圖。通過推移框架的Von mises應力云圖與位移云圖,可以直觀地得到不同工況條件下的應力危險區域及推移框架結構中剛度薄弱的位置,為今后對推移框架結構改進、受力狀況的改善、重量減輕提供了理論依據。
      在回采工作面煤層傾角較大時,為使“三機”能夠正常運行,支架在回采時產生的傾斜向上分力與支架下滑摩擦力平衡,從而保證液壓支架在俯采、仰采運行時不出現下滑現象。由分析可知,運輸機的垂線與支架底座支架形成的夾角。
      盡管液壓支架底座與運輸機的垂線之間的夾角僅為1.28°,但液壓支架底座前端具有支架底座與推移框架的鉸接結構,在拉架時產生向上的分力,支架的后端會不可避免發生下滑。為防止下滑,在5600/20/42支架底座尾部有一套自身調整裝置。為保證在推溜過程中液壓支架的推移框架具有足夠的強度,其采用焊接箱形結構。液壓支架底座在支架的推移過程中還能起到導向作用,便產生一個斜向上的推溜分力。
      這個傾斜向上的推溜分力對防止運輸機的下滑、減小煤壁的片幫、提高工作面煤壁狀況都能夠起到一定的作用。以本綜采工作面為例,其在工作面仰采過程中,下部最大仰采角為16°左右,回采工作面煤壁在回采過程中未出現大面積片幫。從而保證了工作面的安全生產
      ZY5600/20/42支架推移框架正常作業狀態下,推移千斤頂與推移框架之間的受力夾角為10°,最大能夠在30°范圍內保證正常運行。通過對推移框架的受載情況做進一步簡化,在如下3種不同工況條件下進行靜態力學分析:
      1) 回采工作面俯采時,運輸機受到推移千斤頂的向上的載荷作用,推移框架也隨之抬起,這時θ<10°,根據前面的計算可知θ為1.28°。
      2) 回采工作面仰采時,運輸機受到推移千斤頂的向下的載荷作用,輸送機下滑,這時θ>10°,由上文可知θ為16°。
      3) 由于回采工作面煤層的局部傾角達20°以上,推移框架端部將處于水平狀態,取θ為90°。
      因拉架力大于推溜力,因此,本文將運輸機與液壓支架推移框架相連接的部位視為固定端,推移框架另一端受載,根據其受載情況,可認為推移框架是一個懸臂梁受力狀態。
      利用UG有限元軟件對推移框架結構進行簡化,建立三維實體模型。通過對三維模型定義其物理屬性,材料采用16 Mn鋼,楊氏彈性模量E=2e11,圖推移框架的有限元模型N/m2,泊松比取u=0.3,密度 d=7800kg /m3,然后對其進行10面體的網格劃分,得到有限元模型,如圖所示。


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