煤礦用液壓支架的輕量化設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、液壓支架是煤炭綜采設(shè)備“三機(jī)一架”中的關(guān)鍵設(shè)備,其作用是支撐礦井頂板,保障作業(yè)空間的安全,推移工作面中的刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)。液壓支架的普遍應(yīng)用不僅提高了采煤綜合機(jī)械化率,而且提高了煤炭的開采效率與產(chǎn)量,并從根本上改善了勞動(dòng)條件、保障了生產(chǎn)安全。我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量中的厚煤層較多,采掘時(shí)對(duì)液壓支架的性能要求是工作阻力大、支撐高度高,由于兩柱掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、穩(wěn)定性好,因此被廣泛使用于綜采工作面中。
　　本文分析了液壓支架在

2、煤礦安全生產(chǎn)中的重要性以及我國(guó)液壓支架行業(yè)的實(shí)際情況,應(yīng)用Solidworks軟件建立了ZY12000/24/56D型液壓支架的三維實(shí)體模型,并運(yùn)用Abaqus軟件對(duì)支架整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度應(yīng)力分析,模擬支架在不同工況下的受力情況,分析出支架中應(yīng)力較大的部位,并根據(jù)應(yīng)力的分布情況指出輕量化時(shí)可優(yōu)化區(qū)域。
　　根據(jù)國(guó)家發(fā)布的《煤礦用液壓支架通用技術(shù)條件》MT312-2000中的要求對(duì)生產(chǎn)的支架樣機(jī)進(jìn)行壓架試驗(yàn),主要對(duì)頂梁偏心加載,頂梁

3、扭轉(zhuǎn)加載,底座扭轉(zhuǎn)加載,底座兩端加載,頂梁扭轉(zhuǎn)與底座兩端同時(shí)加載五種危險(xiǎn)工況進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn),測(cè)量關(guān)鍵部位的應(yīng)力值,以檢測(cè)其是否滿足使用要求。同時(shí)通過(guò)與有限元分析數(shù)據(jù)的對(duì)比,檢測(cè)有限元分析的可靠性,為支架的輕量化設(shè)計(jì)提供可靠性依據(jù)。
　　在有限元分析和壓架試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用 HyperWorks軟件與 Abaqus軟件對(duì)液壓支架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),分別對(duì)支架做了拓?fù)鋬?yōu)化與尺寸優(yōu)化。拓?fù)鋬?yōu)化時(shí),以支架整體應(yīng)力最小為優(yōu)化目標(biāo),支架部分結(jié)構(gòu)的材

4、料密度為設(shè)計(jì)變量,支架的應(yīng)力與體積為約束條件。尺寸優(yōu)化時(shí),優(yōu)化目標(biāo)為支架的重量最小,設(shè)計(jì)變量為支架主要構(gòu)件的截面厚度,約束條件為支架的整體強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)兩次優(yōu)化,支架的重量共減輕了1.729×103Kg,輕量化百分比為5.195％。
　　通過(guò)對(duì)煤礦用液壓支架的分析、試驗(yàn)和優(yōu)化,表明采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的有限元分析在一定程度上能替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的樣機(jī)試驗(yàn)環(huán)節(jié),能為液壓支架的設(shè)計(jì)、分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供可靠的依據(jù)。在提高支架性能的同時(shí),也合