基于ANSYSWorkbench的液压支架推移杆有限元分析

第 6期 (总第 1 8 1期) 2 0 1 3年 l 2月

机械工程与自动化 ME CH ANl CAL E NGI NEER1 NG& AUTOM ATI ON

NO .6 De c .

文章编号： 1 6 7 2— 6 4 1 3 ( 2 0 1 3 ) 0 6 - 0 0 1 1— 0 2

基于 ANS YS Wo r k b e n c h的液压支架推移杆有限元分析束 田虎楠。”,王作棠。,辛林。,黄温钢。,张朋，王建华。 ( 1 .中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州 2 2 1 1 1 6;2 .中国矿业大学矿业工程

学院，江苏徐州 2 2 1 1 1 6;3 .新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐 技有限公司，江苏徐州 2 2 1 0 0 8 )

8 3 0 0 0 8;4 .徐州中澳能源科

摘要：通过在 S o l i d Wo r k s中对液压支架推移杆进行三维实体建模和在 AN S Y S Wo r k b e n c h中的有限元分析，

不仅得到了井下 3种常见工况下推移杆上最大应力和最大变形量以及其存在的危险部位 .还找到了推移机构初步设计的结构缺陷，结果证明在机械零部件设计中应力集中不可忽略。 关键词：液压支架；推移杆；ANS Y S Wo r k b e n c h;有限元分析；应力集中

中图分类号：TD 3 5 5 . 4: TP 3 9 1 . 7 7

文献标识码：A

0 引言

不考虑焊缝对推移杆有限元分析的影响，将推移

液压支架是煤矿重要的综采机械设备之一，其主 要作用是推移刮板机、采煤机和支护顶板等。液压支架推移机构是液压支架的关键组成部分，包括长推移机构和短推移机构两种形式。组合式推移机构属于长

杆作为一个实体进行整体的网格自由划分，网格类型 选用具有蠕变、膨胀、塑性、大变形、应力强大和大应变能力的 S o l i d 4 5单元，网格尺寸为 3 2 . 5,网格数为

3 7 8 8 9个。推移杆网格划分如图 2所示。

推移机构，主要由推移千斤顶、组合式推移杆、连接头和销轴组成，其作用是推溜、移架和拉后溜[ 1]。 1推移杆的三维实体建模 图 2推移杆网

格划分

液压支架推杆大部分是由钢板组焊而成的箱型结

3推移杆的受力分析

构件L 2 ],结构不算太复杂。为提高数值模拟的精度 和减少计算机的迭代次数，在进行有限元三维实体建模前有必要对推杆进行合理的简化：忽略对推移杆强度分析影响不大的筋板、导向板、导向轴、焊缝坡口等。 在此原则下利用 S o l i d Wo r k s建立了组合式推移杆三维实体模型，如图 l所示。

将在 S o l i d Wo r k s[ 4 中建立的三维实体模型导入到专业的有限元分析软件 ANS Y S Wo r k b e n c h[。 中， 根据液压支架推杆的实际使用工况和受力特点，采用不同的约束和载荷对其强度进行有限元分析。本文主要对液压支架井下常见的 3种工况进行有限元分析口]。 3 . 1 工况一 (组合式推移杆推移输送机 )

由推移千斤顶的技术特征可知，在泵站压力为 3 1 . 5 MP a时，千斤顶的最大推溜力为 3 6 1 k N,在组合 图 1 组合式推移杆三维实体模型

式推移杆推移输送机即推溜工况下，组合式推移杆受压，推移杆右端为固定约束。此工况下的有限元分析 结果如图 3和图 4所示。

2材料选取和网格划分

液压支架推杆在井底的实际受力十分复杂，为了保证有足够的强度、刚度和塑性，推杆的材料选用 Q4 6 0,屈服强度一4 6 0 MP a,弹性模量 E=2 0 0 GP a, 泊松比：== 0 . 2 8,密度』 D:7 8 5 0 k g/ m。。 煤炭资源与安全开采国家重点实验室资助项目 ( S KL C RS M1 0 X 0 4 ) 收稿日期：2 0 1 3— 0 5— 0 9;修回日期；2 0 1 3— 0 5— 2 0

3 . 2 工况二(组合式推移杆拉液压支架) 在泵站压力为 3 1 . 5 MP a时，千斤顶的最大拉架

力为 6 3 3 . 5 k N,在组合式推移杆拉液压支架工况下组

作者简介：田虎楠 ( 1 9 8 5一 ),男，河南许昌人，助理研究员，硕士，主要研究方向：矿山机械和地下煤气化技术。