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矿用液压支架的强度分析

发布于:2016-02-15 19:44
强度分析

      矿用液压支架为采矿行业重要设备之一,它不仅保障采矿作业的正常进行,同时还保护着采矿工编辑的生命财产安全。针对于煤矿行业,液压支架的研发设计主要针对其强度分析
      以往的研究主要通过有限元分析技术,在计算机上对其进行虚拟实验,从而得出计算结果。液压支架架型的选择取决于开采煤层的地质条件、生产能力规模以及相配套的采煤机和刮板输送机等设备。本文针对某煤矿用液压支架,采用有限元技术对其进行强度分析,并通过实验与计算结果进行对比,两者误差较小。本研究为液压支架的强度分析提供了可靠的依据,并为企业的产品研发指明了方向,缩短了研发周期。
      在某三维App中打开液压支架的CAD模型,并对模型进行简化。简化遵循以下原则:①总体简化,即根据液压支架试验工况及零部件在液压支架试验时对支架的受力影响程度不同,不考虑非主要承载部件如尾梁、推移框架等,只保留底座、顶梁、掩护梁和前、后连杆,并把每个部件当作一个零件处理;②部件简化,即从部件内部进行适当简化,将各部件内无关大局的结构进行简化、合并、省略,如底座中的阀板、管卡等便做了省略处理;③保留危险部位的细节结构,忽略不重要区域的小孔及小尺寸结构,将一些薄板简化为曲面。将简化后的模型导出为Parasolid文件格式。简化后的模型如图所示。对液压支架划分网格的实质就是对其模型进行网格离散。
      首先将生成的Parasolid文件读入到HyperworksApp中进行几何清理,各处零件之间的焊接采用节点共用法。设定单元的目标尺寸为20mm,网格划分完成后,单元总数为301865个,节点总数为266823个,其中三角形单元总数为2257个,其余为四边形单元以及一维单元。平衡缸采用一维弹簧单元模拟,各运动件采用MPC铰接方式处理。设定材料为钢材,弹性模量为2.1x105Pa,泊松比为0.3,材料密度为7.9g/e。弹簧单元的刚度为290893.8N/mm。该刚度根据液压油的体积模量算得,刚度计算公式为其中:K。为液压油的体积模量,R为液压缸外径,r为液压缸内径,L为液体在液压缸中的长度。设定单元属性,将设置好的材料属性赋予各个部件。
      由于该仿真试验涉及到材料非线性状态和接触等分析,采用Abaqus求解器进行求解。将在Hyperworks中建立好的有限元模型导出inp文件格式,再将该文件格式导入到Abaqus中,在Abaqus中定义接触以及边界条件等属性。生产现场顶板和底板对支架施加的载荷千变万化,液压支架部件间的接触状况也随之变化,解决这类接触问题需要给出接触条件和接触边界,用迭代法求解。因很难给出某种加载方式下的接触边界,同时也无法保证非线性迭代的收敛性[3]这里接触采用surface to surface接触类型,摩擦系数设为0.2,定义滑移为有限滑移。边界条件的定义根据国标(GB25974.1-2010煤矿用液压支架通用技术条件》进行确定。


                                                                                  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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