ZY8800/22/45D型液压支架有限元分析及强度优化

论文摘要

液压支架作为实现综采高产高效的三大设备之一,其可靠性和寿命要求较高。其顶梁、掩护梁、底座、连杆等结构件的损坏问题,直接影响到液压支架的可靠性和寿命。本课题以ZY8800/22/45D两柱掩护式液压支架为例,对其进行工况分析。通过对国内外三种液压支架试验标准的分析对比,编制了《ZY8800/22/45D液压支架型式试验规范》,为ZY8800/22/45D支架有限元分析设定受力边界条件提供了理论依据。在采用SolidWorks建立支架三维力学模型的基础上,通过CosmosWorks进行有限元分析,模拟支架在不同工况下的受载情况,根据各部位的应力及位移分布情况,找到支架总体及各结构件应力危险区以及机械结构中刚度薄弱的部位,进行了支架结构优化。并通过与进口DBT同类型支架进行了对比,确定了支架结构件不同强度钢板的材料配比,使支架的受力情况和强度有所改善,在减小支架重量及制造成本的同时,满足了用户及实际使用要求,有效缩短了产品的设计制造周期并合理降低成本。结构优化后制造的样机经受了40000万次压架试验(国内标准的1.5倍)。煤矿井下使用情况正常,安全可靠,保证了矿区采煤工作的正常进行,达到了技术合同的要求。通过本课题的研究,得出了以下结论:1、支架的最高强度分布表现为局部性、区域性存在,呈“应力集中”现象。因此,从节约成本考虑,无需整套支架都采用高强度的钢板,而是在关键受力部位施以强度较高的板材或者加厚处理;2、所有工况下,柱窝附近的应力值都较高。耳板处局部区域由于接触作用的结果,其应力和剪切力都较大,因此柱窝附近及耳板处局部区域应着重加强考虑;3、顶梁扭转/底座两端集中加载、水平加载、顶梁侧护板弯曲/底座扭转这三种工况较恶劣。在两柱掩护式液压支架的受力分析中应根据支架的实际使用情况重点注意这几种工况的分析结果。虽然本课题是针对ZY8800/22/45D支架进行研究的,但其中三维建模与有限元分析的方法可以推广到其它类型液压支架的受力分析中,故本文的研究方法及其结论在进行液压支架的有限元分析中具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题意义
• 1.2 液压支架有限元分析技术的现状及发展趋势
• 1.2.1 国内液压支架有限元法分析的研究概况
• 1.2.2 国外液压支架有限元分析研究概况
• 1.3 研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 液压支架工况分析及加载方式研究
• 2.1 液压支架概述
• 2.1.1 液压支架的工作原理
• 2.1.2 两柱掩护式液压支架的结构
• 2.1.3 ZY8800/22/45D 型液压支架简介
• 2.2 液压支架与围岩的关系
• 2.3 ZY8800/22/45D 掩护式液压支架的整体力学分析
• 2.3.1 ZY8800/22/45D 掩护式液压支架的各项结构力学指标
• 2.3.2 ZY8800/22/45D 支架平衡千斤顶及适应性分析
• 2.4 ZY8800/22/45D 液压支架强度分析的依据
• 2.4.1 国内外支架型式试验要求
• 2.4.2 ZY8800/22/45D 液压支架试验工况的确定
• 2.4.3 部件安全系数的选取
• 2.5 本章小结
• 第三章 ZY8800/22/45D 液压支架有限元分析
• 3.1 软件介绍
• 3.1.1 SOLIDWORKS 软件
• 3.1.2 Cosmosworks 软件介绍
• 3.2 支架三维模型的建立
• 3.2.1 模型的选择
• 3.2.2 模型建立简化及装配原则
• 3.2.3 支架力学模型的建立
• 3.3 支架有限元模型的建立与分析
• 3.3.1 划分有限元网格
• 3.3.2 施加约束载荷及接触问题的处理
• 3.3.3 应力计算及结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 ZY8800/22/45D 液压支架优化研究
• 4.1 ZY8800/22/45D 液压支架结构优化
• 4.2 ZY8800/22/45D 液压支架材料配比的确定
• 4.3 样机压架试验及使用情况
• 4.4 本章小结
• 4.5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献