整体顶梁组合滑移液压支架有限元分析

论文摘要

本文在综述国内外液压支架研究现状和发展趋势的基础上，针对国内外将研究重心放在重型、高强、智能方面而忽略了量大面广的轻型液压支架的研究这一问题，提出了研究滑移液压支架的必要性。针对滑移液压支架易出现的头重脚轻，挤架、倒架问题，提出了研究整体顶梁组合滑移液压支架的必要性。本文所采用的支架研发流程如下：图纸设计→理论强度校核→建立虚拟样机→有限元分析→设计修改→再次有限元分析→物理样机试验，相较于传统的研发流程：图纸设计→理论强度校核→物理样机试验→设计修改→再次物理样机试验，这种研发流程提高了支架一次性设计成功率，提高了产品质量，缩短了设计周期，节约了设计成本。以ZH1600/16/24Z(A)型整体顶梁组合滑移液压支架为例，在图纸设计、理论强度校核的基础上，重点利用有限元技术对支架顶梁和立柱强度进行分析。利用材料力学的方法对顶梁和立柱进行理论强度校核，在校核符合设计要求的基础上，利用有限元技术对支架在不同工况下的强度进行分析。利用CATIA软件建立ZH1600/16/24Z(A)型整体顶梁组合滑移液压支架的虚拟样机模型，并对其进行干涉检查；利用HyperMesh软件对三维模型进行几何清理并划分网格；在ABAQUS中定义材料属性、边界条件并施加载荷，得到不同工况下顶梁的应力云图和位移云图，得到顶梁易受破坏的部位，为支架的设计和分析提供理论参考。对立柱进行有限元强度分析及虚拟强度型式试验，结合理论强度校核结果得知立柱设计过于保守，提出相应改进方案，并对改进后的立柱再次进行有限元分析和虚拟强度型式试验,试验结果表明改进后的设计方案可行。虚拟样机技术和有限元技术应用于液压支架的研究是一项复杂的、长期的工作，本文在这方面的研究也仅仅是初级的探索性的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 项目研究的意义
• 1.2 液压支架国内外研究现状与发展
• 1.2.1 国外液压支架的研究现状与发展
• 1.2.2 国内液压支架的研究现状与发展
• 1.2.3 国内外液压支架研究与应用中存在的问题
• 1.3 论文的研究目标及主要内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 1.4 本章小结
• 2 滑移液压支架主要承力件受力分析与强度校核
• 2.1 滑移液压支架基本架型及其特点
• 2.2 ZH1600/16/24Z（A）型整体顶梁组合滑移液压支架结构设计
• 2.2.1 基本结构及其功能
• 2.2.2 总体方案图
• 2.2.3 主要技术参数
• 2.3 受力分析模型及主要承载件强度校核
• 2.3.1 受力分析模型
• 2.3.2 顶梁强度校核
• 2.3.3 立柱强度校核
• 2.4 本章小结
• 3 滑移液压支架有限元模型的建立
• 3.1 有限元法基本思想及分析步骤
• 3.1.1 有限元法基本思想
• 3.1.2 有限元法分析步骤
• 3.2 ZH1600/16/24Z（A）型整体顶梁组合滑移液压支架虚拟样机的建立
• 3.3 ZH1600/16/24Z（A）型整体顶梁组合滑移液压支架干涉检查分析
• 3.4 有限元模型的建立
• 3.4.1 几何模型的简化及输出
• 3.4.2 有限元网格的划分
• 3.4.3 约束的设置
• 3.4.4 材料特征的设置
• 3.4.5 载荷的设置
• 3.4.6 接触的设置
• 3.5 本章小结
• 4 滑移液压支架顶梁和立柱有限元静强度分析
• 4.1 顶梁外载荷特征
• 4.2 滑移液压支架物理样机强度试验
• 4.3 滑移液压支架顶梁有限元强度试验仿真结果及分析
• 4.4 立柱有限元静强度试验仿真分析
• 4.4.1 立柱额定工作载荷下有限元分析
• 4.4.2 立柱强度型式试验要求
• 4.4.3 立柱有限元强度型式试验仿真结果及分析
• 4.5 立柱结构优化改进
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录