ZF7200_18_35型液压支架有限元分析

Abstract : T he loads situat ion o f ZF7200 / 18 /35 hydraulic support is ana ly zed and 3D m odelin g is built w ith P ro /E . By m eans o f large fin ite elem ent soft w are ANSYS8 . 0 , the m ost dangerous place w here th e stress is the largest is found out. A t las,t the theoretical basis is prov ided for opti m a l desig n and stu dy of hydrau lic suppor. t K ey w ord s : hydraulic suppo r; t 3D m ode ling; fin ite elem en t ana ly sis 0 前言 液压支架在煤矿采掘业中具有重要作用 , 起着 维持一定的工作空间、 保证工人安全和各项作业正 常进行。随着现代生产发展的需要, 液压支架在安 全、 可靠的工作基础上 , 结构件满足一定的刚度和 强度, 使支架重量达到最轻的要求。一般液压支架 的设 计要经过初步 设计 样机试验 再设计 生 产定型等阶段。在样机试验中 , 受测试点数目的限 制以及加工质量的影响 , 难以全面反映支架的应力 分布状态, 而且这种方法费用大、 周期长。使用 AN SYS 通用有限元分析软件 , 在计算机下模拟支架在 不同试验工况下的应力分布情况 , 可对其各部位的 应力分布情况进行准确、 全面的分析, 为支架各部 件设计提供参考。本文采用 ANSYS8 . 0 有限元分析 软件对 ZF7200 / 18 /35 型支撑掩护式液压支架在顶 梁偏载和底座弯曲工况下进行强度试验, 对其结构 应力进行分析。 1 支架受力分析 假设支 架横向 均匀 受载 , 支 架受 力为 集中载 荷 , 简化成平面力系 , 支撑掩护式支架平面受力示 意图如图 1 所示。 取顶梁和掩护梁为分隔体, 对 O 1 点取平衡方 程为 P 1 r1 + P 2 r2 + Q f (H 1 + b tan ) - Q ( x + b) = 0( 1) 87
图 3 支架加载方式ห้องสมุดไป่ตู้
护梁, 前连杆应力分布云图 ( 图略 ) , 由应力云图可 以得出 : ( 1) 在 支架顶梁偏载、 底座弯曲 !试验工况 下 , 应力分布均匀, 没有明显的应力突变区域, 该型 支架的结构设计是合理的; ( 2) 顶梁最大应力值在 柱窝后部的腹板上 , 达到 317M Pa; 掩护梁最大应力 88
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矿车撞击防跑装置缓冲块的有限元分析
宋如敏 1 , 王恒青 2 ( 1. 江苏联 合职业技术学院 徐州生物工程分院 , 江苏 徐州 221006; 2 . 江苏联合职业技术学院 徐州机电工程分院 , 江苏 徐州 221011)
摘 要 : 根据弹性力学、 材料力学以及理论力学的基本原理和解决问题的基本思路, 对矿车碰 撞挡车装置缓冲块的过程中撞击力和变形情况进行分析与研究 。 引入有限元分析软件 ANSYS / LS- DYNA 来描述碰撞过程, 以揭示矿车与挡车装置缓冲块的碰撞机理, 为跑车防护装置的合理设 计和安全性提供参数和依据。 关键词 : 缓冲块 ; 变形; 撞击力 ; 碰撞过程分析 中图分类号 : TD524 文献标志码: A 文章编号: 1003- 0794( 2009) 05- 0089- 03
1 1
4 有限元分析 ( 5) ( 6) ( 7) ( 8)
1
- P 2 sin + P 2 cos
2
+ Q1f = 0
2
4. 1 建立计算模型 首先, 把 ZF7200 /18 / 35 型三维模型导入 , 然后 定义单元类型和材料属性。按 顶梁偏载和底座弯 曲 !试验条件增加垫块位置, 对垫块施加 3 个方向 的位移约束 , 确定受力面, 通过内加载方式, 把力施 加到梁体与立柱铰接点上。接下来进行网格划分 , 液压支架网格划分时可采用以下方案: ( 1) 非常复杂的几何模型采用自由网格划分方 法 , 同时为提高分析精度 , 采取部分区域优化 网格 划分的方法。 ( 2) 较为规整的几何模型采用映射网格划分的 方法。 应用这 2 种方法获得的该 型液压支架网 格划 分虽然计算量太大, 但是分析精度较高。 考虑到其结构相当复杂以 及对计算机性 能的 要求, 本文选择实体单元类型 So lid 185 计算单元对 实体进行划分, So lid 185 单元能够较好地模拟液压 支架内部单元在受到外力 作用后的应变情况。结 构件材 料 选用 Q460 合 金 钢, 查 出弹 性模 量 E = 21E10 、 泊松比为 0. 3 , 划分后单元数是 211 426 个。 4. 2 求解及结果分析 针对 ZF 7200 /18 /35 型支撑掩护式液压支架的 顶梁偏载和底座弯曲 ! 试验工况, 进行 有限元分 析计算。通过计算得到液 压支架在 该工况下 V on M ises应力分布云图 ( 图略 ) 。为更清楚看出各部件 的应力分布情况 , 对部件进行分离, 可得到顶梁、 掩
摘
要 : 对 ZF7200 / 18 /35 型支撑掩护型支架进行了受力分析, 通过 P ro /E 建立液压支架三维
建模, 利用 ANSYS8 . 0 有限元分析软件模拟某液压支架工况进行了有限元应力分析, 得出支架该 工况下应力值最大位置, 从而为液压支架的优化设计和研究提供了理论依据 。 关键词 : 液压支架; 三维建模; 有限元分析 中图分类号 : TD524 文献标志码: A 文章编号: 1003- 0794( 2009) 05- 0087- 03
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, 向前为 + !值 , 向后为 - !值, O 1
点在 O 下方为 + !值 , 上方为 - !值。
实际上液压支架使用工况非常复杂, 不仅顶板 的压力大小和作用位置 , 而且支架的顶梁和顶板的 接触情况都随机变化, 顶梁上的载荷既非集中载荷 又非均布载荷, 分布规律因支架与顶板的接触情况
第 30 卷第 5 期
F inite E le m ent Analysis of ZF7200 / 18 /35 Hydraulic Support
HU M in1 , CUI Jiang- hong1, CAO B i- de2 ( 1. Zhongyuan T echnology Institute , Zheng zhou 450007, Ch ina ; 2. Zheng zhou Coa lM ine M achinery , Co . , L td ., Zhengzhou 450007 , Ch ina)
Abstract : According to the e last icity, the m echanical th eory of the basic princ ip les of m echan ics and problem - so lv ing basic id eas of m in e car collisio n blocked cars b lo ck bu ffer dev ic e in the process o f i m pact force and defor m at io n ana ly sis and research . T he introduct io n o f fin ite elem ent ana ly sis softw are AN SYS /LS- DYNA to describ e the collisio n process , in order to reveal the tub w ith the car unit block bu ffer b lock m echanism of the co llision , the spo rt car for the protection of th e dev ice design and safety param e ters and to prov id e basis . K ey w ord s : b lo ck buffer ; deform ation ; i m pact force ; co llision ana ly sis 0 前言 挡车装置是跑车防护装置的重要组成部分 , 其 设计 计算是相 当复杂的 , 因挡 车装置在 制动过程 中 , 矿车在对挡车装置的碰撞过程中将产生巨大的 撞击力。在挡车装置上增设缓冲块, 以此削减撞击 力对挡车装置的破坏程度。由于矿车的撞击力是 值位于梁体中上部的腹板上 , 达到 302 M Pa ; 前、 后 连杆最大应力在主肋与底座主肋挤压面, 达到 477 M Pa , 底座应力最大值集中主肋变截面的圆弧处 , 应 力值为 252M P a ; ( 3) 用相同的方法, 分析其他工况 下的应力情况, 发现应力分布区域、 应力大小都不 相同。 通过有限元分析的方法 , 模拟试验工况加载计 算 , 以计算结果修正设计, 在危险断面处, 采用优质 高强度合金材料, 优化材料构成, 提高液压支架结 构的可靠性。 5 结语 本文借助有限元对 ZF7200 /18 /35 型支撑掩护 式液压支架 顶梁偏载、 底座弯曲 !试验工况进行分 析。通过建立支架的几何模型 , 在 ANSYS 中对支架 赋予材料属性、 网格划分、 对其施加约束和载荷等 步骤, 最后, 求解该型液压支架的应力。经验证 , 符 89 随着时间而急剧变化的 , 使用传统的方法将难以描 述其特征。所以 , 本文从弹性力学理 论出发, 引 入 有限元分析软件来描述矿车碰撞挡车装置缓 冲块 的过程中, 所产生的撞击力和碰撞状态并进行分析 与研 究, 以揭示缓 冲块在被 矿车碰撞 后的变形 以 及削减矿车跑车能量机理 , 为挡车装置缓冲材料的 合实际要求 , 为液压支架优化设计和研究提供了理 论依据。
- Q1 = 0
Q 1 be + R 2y b 1 - R 1y b1 = 0 Q 1f b e + R 2x b1 - R 1x b1 = 0 Q 1x + P 2 cos
2
x 2 - P 2 sin
2
H 1 - P 1 cos
x1 ( 9)
P 1 sin 1H 1 - Q 1fH 1 = 0 参数, 即可求出该试验条件下相应力的大小。 2 强度试验标准
数据接口直接导入, 为了确保组装后的三维模型能 支持有限元分析软件, 在组装 前, 必须对各部 件做 适当的简化 , 建立 ZF7200 / 18 /35 型液 压支架三 维 模型如图 4 所示。
图 4 液压支架三维模型 图 2 四柱支撑掩护式支架顶梁受力
对顶梁 R 1x + R 2x - P 1 sin R 1y + R 2y + P 1 cos
Anti- collision Devices Tub Running Buffer B lock of F inite E le ment Analysis
SONG R u- m in1 , W ANG H eng- q ing2 ( 1 Xuzhou B io log ica l Eng ineer ing D epart m ent o f Jiang su U n ited V ocational Co llege , X uzhou 221006, China 2 X uzhou E lectro m echanical Eng ineering D epartm ent o f Jiangsu U nited V ocationa l Co lleg e , Xuzhou 221011 , Ch ina)
3 液压支架三维模型建立 液压支架是由多个大型复杂结构件组成 , 由于 ANSYS 三维构件功能不强 , 本文在 P ro /E 软件下建 立液压支架三维建模 , 通过 P ro /E 和 ANSYS之间的
第 30 卷第 5 期 2009 年 5月
煤 矿 机 械 Coa lM ine M ach in ery
第 30 卷第 5 期 2009 年 5月
煤 矿 机 械 Coa lM ine M ach in ery
V o.l 30 N o . 5 M ay . 2009
ZF7200 /18 /35型液压支架有限元分析
胡 敏 1 , 崔江红 1, 曹必德 2 ( 1. 中原工学院 , 郑州 450007, 2 郑州煤矿机械集团有限责 任公司 , 郑州 450007)
ZF7200 /18 / 35 型液压支架有限元分析
胡
敏, 等
Vo.l 30No . 5
而异。本文选择顶梁受扭最恶劣工况时 ( 按顶梁偏 载加载方式 ), 对支撑掩护支架顶梁建立空间力学 模型, 假设长垫块均 匀受力 , 呈线性 分布, 合 力 Q 1 相对对称平面偏心距为 be, 其受力如图 2所示。
根据 ZF7200 /18 / 35 型支撑掩护式支架的已知
根据 MT 312- 2000 ∀液压支架通 用技术条件 # 标准, 液压支架强度检验有十几种不同工况, 结构 件在不同的工作状况下受力情况 差别很大。顶梁 偏载最能反映支架四连杆的抗扭转情况, 本文按顶 梁偏载和底座弯曲合成 , 检验支架结构件应力值情 况 , 试验条件 : 支架高度 实验压力 实验方式 垫块位置 立柱伸出 2 / 3行程, 2 . 9 m; 工作阻力的 1 . 12 倍; 内加载; 如图 3 所示。
图 1 四柱支撑掩护式支架平面受力
水平和垂直轴方向的力平衡方程为 Q 1 + F 1 sin P 1 cos
1
+ F 2 sin
2
+ P 1 sin
1
- P 2 sin
2
=0 ( 2)
1
+ P 2 cos
2
+ F 1 cos
1
+ F 2 cos
2
- Q= 0 ( 3)
取顶梁为分离体对顶掩铰点 O 点取 力矩平衡 方程 P 1 r3 + P 2 r4 + QfH 1 - Qx = 0 柱倾角 和 ( 4) 由以上方程 , 可解得 Q, x, F 1, F 2 的值。其中立