煤矿开采中液压支架常被用来作为顶板的支撑结构，使用过程中，液压支架承受较大的外界荷载，因此液压支架的强度、性能等对煤矿开采安全性有着重要影响。利用有限元分析对液压支架的工作过程和受力状态进行分析，有助于加强对其工作状态的理解，针对薄弱环节进行强化设计，保证液压支架的结构强度。对液压支架进行实验成本较高，且对实验条件要求高，利用SOLIDEDGE建立虚拟模型，导入ABAQUS中进行有限元分析，模拟液压支架实际受力情况，对计算结果进行分析，得出最优化设计方案。
      尽管ABAQUS在有限元分析方而有着强大功能，但其模型建立和装配复杂。因此虚拟模型的建立选择SOLIDEDGE实现，该软件在建模速度和建模精确度方而都能满足有限元分析要求。液压支架结构较为复杂，包括顶梁、立柱、油缸、底座、推移杆和连杆机构等，如果将所有零件都进行建模分析，难度大且零件之间的连接方式模拟困难。研究表明，只要关键结构建模分析后的结果与实际结构受力情况基本一致，因此采用简化建模方式进行虚拟模型建立。简化模型只包括顶梁、整体支架、掩护梁和底座等关键构件。各个构件由不同形状和尺寸的钢板、加强肋等组成，建模时建议按照零件的安装方式建立各个构件的组成部分，当所有零件模型完成后再进行统一装配。
      液压支架的荷载模拟主要依据MT312-2000《液压支架通用技术条件》进行。液压支架工作时受到十多种工况下的荷载，起破坏作用的主要是偏心荷载和扭转工况。在采煤工作而中，液压支架在受到外界荷载的压力时，也会受到立柱的支撑作用。实验时常使用垫块模拟受到的压力，将立柱提供的最大支撑力作为支架承受的最大荷载，此时垫块的作用不是提供外界荷载，而是作为最大支撑力的边界约束。保证垫块处在加载平板的中心位置。如果采用不同垫块代表不同工况，最后的平衡方程无法求解出支架的作用，因此采用内加载形式将立柱最大荷载作为施加荷载，垫块作为约束。立柱与顶梁的连接较为复杂，采用荷载等效的方式代替原始荷载，并分配到相应的结构上。计算得到的支架受力如表所示。
      液压支架上的构件在受到外界荷载时会发生变形，零件之间的连接刚度相近，可以将所有构件之间的接触而定义为柔性的而接触。为减少接触而的数量，建模时将销轴与构件同时建立，即将底板与连杆之间的销轴与底板一同建成，顶梁与立柱之间的销轴与顶梁建成整体。此种建模方式可以减少1/2接触而数量，能够优化模型接触的设定，减少分析误差。接触而的相关参数先用软件自动生成，然后对接触而的预荷载、刚度、摩擦系数等进行调整，使接触而接近实际的工作状态。

                                                                                  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
                                                                                                                                                  杭州纳泰科技咨询有限公司
                                                                          本文出自杭州纳泰科技咨询有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！