30MN液压支架试验台结构及分析

论文摘要

液压支架是煤矿井下支护的重要装备,其工作介质为乳化液。液压支架试验台主要用于检测煤矿液压支架。过去用传统的方法设计同类型试验台,手工计算各部分数据,其最大的弊端是工作量大,研制周期长,安全系数比较大,不能对试验台整体计算,使得试验台过于笨重,所以使用现代化的设计方法很有必要。通过对《GB25974.1—2010煤矿用液压支架第1部分:通用技术条件》和《MT312—2000液压支架通用技术条件》这两个标准的研读,提出了带斜支撑的三梁四柱液压支架试验台的形式。该液压支架试验台的主要参数为:测试工作阻力30000kN,工作台面为8500mm×3600mm,测试高度范围1500mm～7500mm。该研究首先运用Pro-E软件对液压支架试验台三维几何建模,进而运用ANSYS软件对该模型进行整体结构强度和疲劳寿命的分析计算,在此基础上对试验台的结构形式进行改进研究,并对设计方案进行评估。通过有限元分析计算得到最大主体结构应力400MPa,极限载荷下安全系数1.15,额定载荷下安全系数大于1.5。试验台主体疲劳寿命（试验台加载循环次数）大于1×1020。通过31500kN载荷下实际实测得到试验台整体结构最大变形量3.1mm,与计算结果基本吻合。本试验台结构的创新点是采用积木式整体拼装结构;销轴连接方式,方便部件加工、设备安装及运输;克服水平力的斜支撑形式,减小了设备的水平方向的位移。本试验台是目前国内同类型试验台中承载能力最大的。通过本课题的研究使试验台主体部分的质量为505吨,比同类型试验台重量减轻30%,为以后类似试验台的设计提供有益指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 液压支架现状及发展趋势
• 1.1.1 液压支架现状
• 1.1.2 液压支架发展趋势
• 1.2 课题的意义
• 1.2.1 课题的来源
• 1.2.2 课题研究目标和主要研究内容
• 1.2.3 课题研究的意义
• 1.2.4 课题研究的方法
• 1.3 国内外试验台的概况
• 1.3.1 液压支架试验台的现状及主要参数
• 1.3.2 背景介绍——现有液压支架试验台主体结构采用的形式
• 1.3.3 现有液压支架试验台的结构形式特点及局限性
• 1.4 本试验台结构差异的优点及后续章节研究的内容
• 1.4.1 本试验台结构差异及优点
• 1.4.2 后续章节研究的内容
• 第二章 试验台的功能要求、设计及研究
• 2.1 Pro/Engineer 软件简介
• 2.2 ANSYS 软件简介
• 2.2.1 ANSYS 主要技术特点
• 2.2.2 ANSYS 主要功能
• 2.2.3 ANSYS 结构分析流程
• 2.3 有限元分析的弹性力学基础
• 2.3.1 变形体的描述与变量定义
• 2.3.1.1 变形体
• 2.3.1.2 基本变量的定义
• 2.3.1.3 研究的基本技巧
• 2.3.2 弹性体的基本假设
• 2.3.3 空间问题的基本力学方程
• 2.3.3.1 空间问题的基本力学变量
• 2.3.3.2 空间问题的三大类力学方程和边界条件（分量形式）
• 2.3.3.3 空间问题的三大类力学方程和边界条件（指标形式）
• 2.4 支架试验台的标准及解读
• 2.4.1 支架的技术要求及检验方法新旧标准之对比
• 2.4.2 《G825974.1—2010 煤矿用液压支架》规定的加载试验图例
• 2.4.3 支架主体结构检验项目新旧标准要求对比
• 2.4.4 支架非主体结构检验项目新旧标准要求对比
• 2.5 支架试验台的原理及功能
• 2.6 试验台的主要参数
• 2.7 试验台系统的组成
• 2.8 试验台主体结构及设计
• 2.8.1 主体框架结构形式
• 2.8.2 左右偏载的影响
• 2.8.3 水平载荷的影响
• 2.8.4 复合载荷对试验台的要求
• 2.8.5 疲劳寿命的考虑
• 2.8.6 试验台固有频率对结构形式的影响
• 2.9 本章小结及后续章节研究内容
• 第三章 试验台结构强度计算及疲劳寿命分析
• 3.1 问题概述
• 3.2 三维实体建模
• 3.3 三维有限元建模、网格及划分
• 3.3.1 有限元模型
• 3.3.2 建模方法
• 3.4 材料及物理特性的定义
• 3.5 结构静力分析
• 3.5.1 计算硬件
• 3.5.2 计算工况
• 3.5.3 S-N 曲线
• 3.6 试验台计算结果与分析
• 3.6.1 整体装配结构强度计算
• 3.6.2 局部销轴结构强度计算
• 3.6.3 疲劳计算
• 3.7 本章小结
• 第四章 试验台实验结果验证
• 4.1 液压支架试验台承载能力验证
• 4.2 未具备条件的验证项目及试验台性能预测
• 4.3 试验结论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 本文的不足及展望
• 参考文献
• 附录1 计算结果云图
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附件