对新型液压架的零件探究剖析

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作者:admin     来源:未知       发布时间: 2017-08-04 17:34
导读:fj2200-16/24型轻型放顶煤液压支架(hydraulic support)在厚煤层有广泛的适用性。它采用单铰接掩护式低位放煤机构,支架稳定性好,重量较轻。液压支架(hydraulic support)的性能、结构强度


对新型液压架的零件探究剖析

  fj2200-16/24型轻型放顶煤液压支架(hydraulic support)在厚煤层有广泛的适用性。它采用单铰接掩护式低位放煤机构,支架稳定性好,重量较轻。液压支架(hydraulic support)的性能、结构强度状况对煤矿综采的安全生产起重要作用,因此对其进行有限元强度分析是非常必要的。在实际工作中,有些强度试验往往是破坏性的,而且必须具备相应的试验条件。采用大型的结构静动力有限元分析软件abaqus,模拟支架在矿山井下的实际受载工况,使得对支架的结构强度有了比较准确和全面的了解,可大大提高设计的可靠性。
  1.1应用solidedge实现液压支架(hydraulic support)的三维建模虽然abaqus自身具有建模和装配功能,但其实体模型的建立方法不如cad软件强大,选用solidedge软件进行建模,不仅精确无误,而且大大提高了建模的速度。笔者应用此软件进行液压支架(hydraulic support)的三维建模,再通过数据转换转入abaqus的前处理模块。
  此液压支架(hydraulic support)由顶梁、底座、掩护梁、伸缩梁、尾梁、插板及立柱等部件组成,模型比较复杂,必须合理简化,非主要承载件在作整架分析时可忽略,只保留主要承载件顶梁、掩护梁和底座进行分析液压阀是自动降低管路工作压力的专门装置,用于气动回路中,对压缩空气的压力值进行调节,使设定的压力值近于恒定。这些部件是由许多不同形状和厚度的板、加强肋等焊合组成,此建模的三维模型要用于以后的有限元分析计算,所以要考虑cae模型的特性。在建模过程中,将支架的部件按照零件的方式方法进行建模,忽略焊合关系,最后在装配环境下把顶梁、掩护梁、底座等部件装配起来,各部件和整体支架的三维模型。
  1.2模型离散化液压支架(hydraulic support)是大型的机械装配体,在abaqus6.2中进行网格划分很复杂。掩护梁、顶梁和底座中的每一部件分别设置不同的单元尺寸来进行网格划分。网格划分的成败是前处理的一个极为重要的环节,网格的精密性直接关系到计算结果的准确性。应用足够细密的网格以保证abaqus模拟的结果具有足够的精度是非常重要的。应用隐式或显式方法分析,粗糙网格可能会产生不精确的结果。随着网格密度的增加,模拟分析所产生的数值结果会趋于一个唯一解,但是运行模型所需要的计算机资源也会增加。为建立的液压支架(hydraulic support)有限元三维网络模型。
  1.3边界条件和载荷处理《液压支架(hydraulic support)通用技术条件》对一般支架型式试验、强度试验规定了十几种工况。实践表明,液压支架(hydraulic support)承受偏载和扭转工况是支架结构损坏的主要原因,接下来主要针对顶梁单侧加偏载这种工况进行分析,顶梁偏载工况边界约束。
  在放顶煤工作面,液压支架(hydraulic support)不仅承受立柱的支撑载荷,而且承受来自工作面围岩的压力载荷液压泵良好的主轴油封,即使在低温环境壳体压力较高时也不会发生泄漏在实验室中则以加不同的垫块来反映井下支架受围岩的压力作用的不同状态,但由于在实验室中对液压支架(hydraulic support)进行试验时,采用的是内加载方式方法,即液压支架所受最大载荷是由液压支架立柱的最大支撑力决定的,所以垫块的作用力并不是外力,只是边界约束反力。对于四柱支撑掩护式液压支架而言,外力只有4根立柱对顶梁和底座上柱窝所加的力。顶梁单侧受载的实验室加载形式所示。垫块中心线与单侧立柱中心线一致,实验室以加不同的垫块来反映井下支架受围岩作用力的不同状况。如果把垫块对支架的作用力当作外力来考虑,则此问题是静不定问题,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外力来处理,而是当作边界约束条件来处理。因此,对于这种四柱支撑掩护式支架的架形来说,它的外载只有4根立柱对顶梁、底座柱窝所加的载荷。由于柱窝结构过于复杂,因此,在对其简化和离散化时,已经用等效结构代替,这样施加在柱窝上的载荷,则按加权平均的方法分配到相应结构的节点上。
  由于液压支架(hydraulic support)的结构极为复杂,运算起来比较繁琐,而部件接触的定义要在实践中加以改进,所以首先采用支架的简易模型进行分析,等取得一些进展后再对此支架的力学模型进行分析。在分析时,对于接触部件接触对的定义多次进行改进以确保结果的正确性。
  支架的整体应力分布,有些板出现应力集中,可以选择加大板的强度液压泵主轴的轴承均为圆锥磙子轴承,可以承受较大的外部轴向力
  2.1顶梁的应力分布选择各个部件tools>displaygroup>create,可以得到他们在此工况下的独立的应力分析图。
  顶梁的应力分布图,与销轴联接处应力比较大,应力集中在其尾部。
  2.2掩护梁的应力分布掩护梁的应力分布图,有2处应力最大:一是与顶梁相联接的耳座销孔处,其应力放大图;另一为耳座右侧的肋板1,其应力放大图。
  2.3底座的应力分布底座的应力分布图在没有先导信号输入时,处于常闭状态。当先导气路的压缩空气进入B腔后,液压减开始工作。在底座与掩护梁联接处的销轴孔贴板及与其相联接的肋板应力比较大。
  由以上各个应力图可以得到支架整体及其各部件的应力分布状况。掩护梁的应力分布为0~14830mpa,顶梁的应力分布为0~692mpa,底座的应力分布为0~253mpa.从结果上看,顶梁的尾部、底座的侧面应力最大,但都能满足顶梁偏载工况时的强度要求,而掩护梁耳座等零件出现应力集中,存在强度上的不足,在设计时应采取必要的措施予以加强。
  笔者将solidedge和abaqus软件结合起来,对支架顶梁单侧受载工况进行应力分析,取长补短,可以提高液压支架(hydraulic support)设计质量,大幅度缩短设计周期,使产品开发更具竞争力。这一方法对其他机械产品的设计也具有应用与参考价值。