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基于UG液壓支架框架的有限元分析

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基于UG液壓支架框架的有限元分析

液壓支架是煤礦綜采工作面的重要設(shè)備之一，始終處于復(fù)雜惡劣的工作環(huán)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(zhì)條件，支架受載荷情況也是復(fù)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(shí)現(xiàn)支架與運(yùn)輸機(jī)的移動(dòng)。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(xiàn)故障，將嚴(yán)重地制約著工作面的正常生產(chǎn)。本文以ZY5600/20/42型液壓支架為研究對(duì)象，利用UG軟件建立支架推移框架的簡(jiǎn)化三維實(shí)體模型，并在三種不同工況條件下對(duì)其推移框架3D實(shí)體模型進(jìn)行有限元分析，得出該結(jié)構(gòu)的Von mises應(yīng)力云圖與位移云圖。通過推移框架的Von mises應(yīng)力云圖與位移云圖，可以直觀地得到不同工況條件下的應(yīng)力危險(xiǎn)區(qū)域及推移框架結(jié)構(gòu)中剛度薄弱的位置，為今后對(duì)推移框架結(jié)構(gòu)改進(jìn)、受力狀況的改善、重量減輕提供了理論依據(jù)。
在回采工作面煤層傾角較大時(shí)，為使“三機(jī)”能夠正常運(yùn)行，支架在回采時(shí)產(chǎn)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(yùn)行時(shí)不出現(xiàn)下滑現(xiàn)象。由分析可知，運(yùn)輸機(jī)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(yùn)輸機(jī)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(jié)構(gòu)，在拉架時(shí)產(chǎn)生向上的分力，支架的后端會(huì)不可避免發(fā)生下滑。為防止下滑，在5600/20/42支架底座尾部有一套自身調(diào)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(qiáng)度，其采用焊接箱形結(jié)構(gòu)。液壓支架底座在支架的推移過程中還能起到導(dǎo)向作用，便產(chǎn)生一個(gè)斜向上的推溜分力。
這個(gè)傾斜向上的推溜分力對(duì)防止運(yùn)輸機(jī)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，下部仰采角為16°左右，回采工作面煤壁在回采過程中未出現(xiàn)大面積片幫。從而保證了工作面的安全生產(chǎn)
ZY5600/20/42支架推移框架正常作業(yè)狀態(tài)下，推移千斤頂與推移框架之間的受力夾角為10°，能夠在30°范圍內(nèi)保證正常運(yùn)行。通過對(duì)推移框架的受載情況做進(jìn)一步簡(jiǎn)化，在如下3種不同工況條件下進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)分析：
1) 回采工作面俯采時(shí)，運(yùn)輸機(jī)受到推移千斤頂?shù)南蛏系妮d荷作用，推移框架也隨之抬起，這時(shí)θ＜10°，根據(jù)前面的計(jì)算可知θ為1.28°。
2) 回采工作面仰采時(shí)，運(yùn)輸機(jī)受到推移千斤頂?shù)南蛳碌妮d荷作用，輸送機(jī)下滑，這時(shí)θ＞10°，由上文可知θ為16°。
3) 由于回采工作面煤層的局部?jī)A角達(dá)20°以上，推移框架端部將處于水平狀態(tài)，取θ為90°。
因拉架力大于推溜力，因此，本文將運(yùn)輸機(jī)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(jù)其受載情況，可認(rèn)為推移框架是一個(gè)懸臂梁受力狀態(tài)。
利用UG有限元軟件對(duì)推移框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立三維實(shí)體模型。通過對(duì)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(duì)其進(jìn)行10面體的網(wǎng)格劃分，得到，如圖所示。

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