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隨著三維設(shè)計軟件的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，我國液壓支架的設(shè)計已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，而有限元法的應(yīng)用也使液壓支架整體強(qiáng)度的分析變得快捷、可靠。使用有限元分析軟件對液壓支架進(jìn)行整體強(qiáng)度的有限元分析，可在液壓支架試驗之前就得知設(shè)計中存在的不足和缺陷，進(jìn)而減少設(shè)計的時間和成本。
三維實體建模是在有限元分析的基礎(chǔ)，進(jìn)行液壓支架的有限元分析。本研究以某型液壓支架為建模和分析對象對有限元法進(jìn)行說明。采用專業(yè)的三維設(shè)計軟件SolidEdge對液壓支架進(jìn)行三維實體建模，再用ANSYS軟件對液壓支架的整體強(qiáng)度進(jìn)行三維有限元分析。
液壓支架的主要技術(shù)參數(shù):工作阻力為4000 kN，初撐力3518.6 kN，泵站壓力28.0 MPa，支護(hù)高度1.75～2.8 m，中心距1.5 m，支護(hù)寬度1.43～1.6 m，支護(hù)強(qiáng)度0.576 MPa，對底板的比壓1.25 MPa。建立三維模型時，首先要創(chuàng)建各零部件的草圖，然后再根據(jù)各自的基本特征和附加特征生成各零部件的三維實體模型，接著按照各零部件之間的裝配關(guān)系裝配好局部裝配體，最后再對各個局部裝配體進(jìn)行組裝，同時按照液壓支架的結(jié)構(gòu)簡化原則對液壓支架計算模型進(jìn)行合理地簡化。液壓支架的結(jié)構(gòu)簡化原則是：主要部件的尺寸不改動，次要部件、受力小的部件，以及一些附件可以簡化。因此，經(jīng)過簡化后液壓支架的計算模型主要是由頂梁、上連桿、前連桿、后連桿和底座等重要承載部件組成，而挑梁、前梁、掩護(hù)梁和放煤機(jī)構(gòu)由于其受力相對較小，簡化后不會對支架主要構(gòu)件的受力狀況產(chǎn)生大的影響。
《液壓支架通用技術(shù)條件》中規(guī)定了液壓支架在進(jìn)行強(qiáng)度試驗時的試驗高度為液壓支架的最大高度減去最大高度與最小高度差值的三分之一。具體到本研究中，液壓支架在承受各種載荷工況時的試驗高度為2450 mm。
將簡化后的液壓支架實體模型保存為.sat文件格式，然后再導(dǎo)入到有限元分析軟件ANSYS中。相應(yīng)的液壓支架的材料特性參數(shù)分別為：彈性模量為2.06×e5MPa，剪切模量0.79×e5MPa，泊松比0.3，密度7.85×e3kg/m3。選取三維8節(jié)點四面體結(jié)構(gòu)實體單元solid45對相應(yīng)的實體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。某型液壓支架在高度為2450 mm時被劃分為400122個單元和111028個節(jié)點，其網(wǎng)格劃分圖如圖所示。
根據(jù)《液壓支架通用技術(shù)條件》的規(guī)定，液壓支架強(qiáng)度試驗采用內(nèi)加載方式。所以，該載荷是按照液壓支架工作阻力4000 kN的1.2倍分別施加到液壓支架的頂梁和底座的各個柱窩上。
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