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掩护式液压支架顶梁的有限元分析
450045华北水利水电大学机城学院河南郑州-张瑞珠/夏卿摘要：
液压支架：顶录：有限元分折：担转：偏载
选用ZY10000/26/55型两柱掩护式液压支架作为研究对象，进行合理简化后，使用Pro/Engineer软件进行三维建模，并使用Pro/ MECHANICA模块进行有限元仿真分析。模型中采用接触法处理销孔连接关系，根据《液压支架通用技术条例》的规定，对液压支架在顶梁扭转和顶梁偏载和顶梁集中载荷等三种恶劣工况中的应力状态进行模拟和计算，并对结果进行分析，并对其优化设计提出建议
液压支架如令在煤矿中应用十分广泛，是现今煤矿安全生产不可缺少的关键设备之一普遍拥有很高质量载荷比。而采煤工作面的码山压力十分巨大，因此液压支架必须有可靠的工作强度。受制于实际并下条件的随机性和复杂性，给液压支架实际的强度计算带来很大不
变，特别是支架受到的偏较和弯矩使用传统方法计算有很大围难。因此，使用计算机建模模拟分析液压支架的受力安全性就势在必行。
在液压支架各个工作部件中，项梁部分由于直接接触到矿山压力面，受力最复杂，岩层断裂和落石等状况随时可能发生，容易使顶架受到损坏。本文选用ZY10000/26/55型两柱捷护式液压支架作为研究对象，对支架结构进行分析，进行合里简化后，使用Pro/Engineer 软件进行三维建模，并使用Pro/MECHANICA模块着重对预巢部分进行有限元仿真分析。所得结果数据经对比分析后，确定危险工作面和受力部位，并对液压支架的改进与优化提出建议。
1.有限元模型的建立
捷护式液压支架主要由顶架、底座、掩护架连杆机构、护帮板、侧护板等部件组成，在做计算机模拟分析时，非主要承力部件如侧护板等可以省略，保留下的部件并做合理简化后使用Pro/Engineer建立液压支架模型，（如图1 所示）
图！
面我们本次需要重点研究的是支架顶架为了简化工作计算量，我们将顶架部分从支架中分离出来做单独模拟分析，（图2）
图2
2.有限元模型网格的划分
对实体模型进行网格划分，从而生成有限元模型，如图3所示，设定网格单元动长小于模型最小边长的1/2，从而使模型每个受力面上
都有足够的节点，从划分后的结果看，共划分 20566个网格，且划分均匀合理，满足使用要求，
图3
3.边界条件与受力分析
由于条件限制，模型中的销拍连接采用接触法处理，面分离出来的项梁模型中，需对原销拍连接部位加以固定约束，意排除其他外来受力因素的干扰，模型材料选取为常用的Q235 型钢材，其杨氏模量210MPa（2.1*e9Pa）泊松比0.3。符合液压支架常用钢材的需求。
在透加外来受力多件的步需中，我们需要引用（液压支架通用技术条件》中对加力条件所给出的规范。即对液压支架在项果扭转和顶梁偏载和预架集中载荷等三种恶劣工况中分且做出加载规范，在顶梁扭转工况中，预架两端加载面积分别为300m300mm和 1720mm×150mm，压强为28735kpa，偏线工况中，受力面积1500mm×150m，压强为44444kpa 集中载荷工况中，受力面积为1720mm*200mm 压强为29069kpa，结果如图4，5，6所示。
图4
图6
经综合分析得，在预荣受到集中力载荷时，重点部位形变和应力集中现象最为明显，最大应力为11.315kn/cm.面9235的安全系数是1.5 所以许用应力为23.5/1.5=16kn/cm，模型设计在安全范围内，接近极限应力的最大值，此外，模型支架在偏教和集中载药工况下变形力度最大，最大位移达到29m，支架在顶架扭转位移值较小。
4. 结论
4.1顶架的工作应力分布表现为局部区域性存在，多为呈应力集中现象。为了节约成本，无需全部都采用高强度钢材，而是在关键受力部位使用强度较高的材料或加厚处理，
4.2以往的平面力学计算方法只能简单计算模型平面载截的工况，而无法模拟实际工况。采用有限元法可以使得计算结果更加真实可信。
4.3通过对顶梁部分最大位移变化的分析，得出模型结构的变形规律，为项案部分的设计进行材料配置提供参考。
参考文献：
[1]浪压支架通用技术条件［S]·北京：煤炭工业出版社，2001
[2]王晓东，加载方式对液压支架型式检验结果的影响[J]煤炭科学技术，2006
[3]王进军，费新玲，范迅，放顶煤液压支架的整架强度有限元分析[]，煤矿机械， 2005.
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