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礦用液壓支架為采礦行業(yè)重要設(shè)備之一，它不僅保障采礦作業(yè)的正常進(jìn)行，同時(shí)還保護(hù)著采礦工作者的生命財(cái)產(chǎn)安全。針對于煤礦行業(yè)，液壓支架的研發(fā)設(shè)計(jì)主要針對其強(qiáng)度分析。
以往的研究主要通過有限元分析技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上對其進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，從而得出計(jì)算結(jié)果。液壓支架架型的選擇取決于開采煤層的地質(zhì)條件、生產(chǎn)能力規(guī)模以及相配套的采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等設(shè)備。本文針對某煤礦用液壓支架，采用有限元技術(shù)對其進(jìn)行強(qiáng)度分析，并通過實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，兩者誤差較小。本研究為液壓支架的強(qiáng)度分析提供了可靠的依據(jù)，并為企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)指明了方向，縮短了研發(fā)周期。
在某三維軟件中打開液壓支架的CAD模型，并對模型進(jìn)行簡化。簡化遵循以下原則：①總體簡化，即根據(jù)液壓支架試驗(yàn)工況及零部件在液壓支架試驗(yàn)時(shí)對支架的受力影響程度不同，不考慮非主要承載部件如尾梁、推移框架等，只保留底座、頂梁、掩護(hù)梁和前、后連桿，并把每個(gè)部件當(dāng)作一個(gè)零件處理；②部件簡化，即從部件內(nèi)部進(jìn)行適當(dāng)簡化，將各部件內(nèi)無關(guān)大局的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化、合并、省略，如底座中的閥板、管卡等便做了省略處理；③保留危險(xiǎn)部位的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，忽略不重要區(qū)域的小孔及小尺寸結(jié)構(gòu)，將一些薄板簡化為曲面。將簡化后的模型導(dǎo)出為Parasolid文件格式。簡化后的模型如圖所示。對液壓支架劃分網(wǎng)格的實(shí)質(zhì)就是對其模型進(jìn)行網(wǎng)格離散。
首先將生成的Parasolid文件讀入到Hyperworks軟件中進(jìn)行幾何清理，各處零件之間的焊接采用節(jié)點(diǎn)共用法。設(shè)定單元的目標(biāo)尺寸為20mm，網(wǎng)格劃分完成后，單元總數(shù)為301865個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為266823個(gè)，其中三角形單元總數(shù)為2257個(gè)，其余為四邊形單元以及一維單元。平衡缸采用一維彈簧單元模擬，各運(yùn)動件采用MPC鉸接方式處理。設(shè)定材料為鋼材，彈性模量為2.1x105Pa，泊松比為0.3，材料密度為7.9g/e。彈簧單元的剛度為290893.8N/mm。該剛度根據(jù)液壓油的體積模量算得，剛度計(jì)算公式為其中：K。為液壓油的體積模量，R為液壓缸外徑，r為液壓缸內(nèi)徑，L為液體在液壓缸中的長度。設(shè)定單元屬性，將設(shè)置好的材料屬性賦予各個(gè)部件。
由于該仿真試驗(yàn)涉及到材料非線性狀態(tài)和接觸等分析，采用Abaqus求解器進(jìn)行求解。將在Hyperworks中建立好的有限元模型導(dǎo)出inp文件格式，再將該文件格式導(dǎo)入到Abaqus中，在Abaqus中定義接觸以及邊界條件等屬性。生產(chǎn)現(xiàn)場頂板和底板對支架施加的載荷千變?nèi)f化，液壓支架部件間的接觸狀況也隨之變化，解決這類接觸問題需要給出接觸條件和接觸邊界，用迭代法求解。因很難給出某種加載方式下的接觸邊界，同時(shí)也無法保證非線性迭代的收斂性[3]這里接觸采用surface to surface接觸類型，摩擦系數(shù)設(shè)為0.2，定義滑移為有限滑移。邊界條件的定義根據(jù)國標(biāo)(GB25974.1-2010煤礦用液壓支架通用技術(shù)條件》進(jìn)行確定。
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