锚杆托盘支护是煤矿掘进巷道支护中常用的方法之一，由于受顶板围岩类型及其受力状况、锚杆选型与规格及巷道断面等因素的影响，合理设计托盘结构、选用托盘用材料是支护技术的关键所在，对井下的人员安全有着至关重要的作用，所以需要对其进行详细的强度分析。
      随着煤矿深部开采的推进，支护材料面临强度升级，锚杆杆体在其直径不变的情况下材料由原来的MG335升级到MG500。根据MT146. 2-2011《树脂锚杆》标准的规定，锚杆托盘的承载力不小于与之配套的杆体屈服力标准值的1.3倍，所以锚杆托盘也面临强度升级的问题。因而，提升现有托盘的Q235材质为Q345，材料的屈服强度提高、塑性保持不变。在满足使用要求的前提下，由于强度增加的幅度较大，可以把锚杆托盘的厚度下降。利用ANSYS软件自带的优化分析模块对锚杆托盘进行了优化分析。分析得到在托盘厚度达到8.186 mm时，托盘圆环处最大应力达到材料屈服强度值为345 MPa。保守估计，托盘屈服强度设定为320 MPa时，托盘厚度将达到8.516 mm。目前国内矿井锚杆托盘最大厚度保持在12 mm，为此将通过有限元分析研究，在满足承载强度的条件下，验证厚度降为8mm的结构的实用性。
      将托盘三维实体模型导入到ANSYS中去，并对其选择solid186单元类型进行网格划分获得如图所示的有限元模型。solid186具有任意的空间各向异性，单元支持塑性、超弹性、蠕变、应力钢化·变形和大应变能力。
      锚杆托盘升级前所使用材料Q235普通碳钢，其杨氏模型为210 GPa，泊松比为0.3，屈服强度为235 MPa，抗拉强度为375-500 MPa，改进后锚杆托盘材料Q345低合金钢，其抗拉强度达490-675 MPa。Q345具有良好的综合力学性能，塑性和焊接性良好，可广泛用于承受动荷的结构、机械零件等。虽然Q345的价格比Q235稍贵点，但因其高强度，可从改变结构尺寸的角度降低材料的消耗，从而实现降低成本。
      锚杆托盘起到扩大支撑巷道围岩面积的作用，在底板上端压力过大时，会将锚杆托盘的底板挤压变形，应力集中在锚杆托盘圆环处。对锚杆托盘的强度研究，注重其圆环处的应力强度大小，看其圆环处应力强度是否超出材料的屈服强度。对于10mm厚度的锚杆托盘强度分析获得其圆环处的最大应力强度为231 MPa，满足强度要求。现将锚杆托盘的厚度降为8mm厚度，再研究其强度大小。对锚杆托盘进行压力实验，采用2000千克压力试验机对8 mm厚度的锚杆托盘进行压力测试，检验托盘样本的实用性能。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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