三角区掩护支架与回撤端头支架配合使用，是对回撤端头三角区顶板实现机械化支护的重要设备。液压支架的掩护梁是掩护采面工作空间密封隔离采空区的重要梁体，它与底座、前后连杆形成四连杆结构，控制顶梁前段的运动轨迹，保证支架运动的稳定性。掩护梁结构强度直接关系到液压支架的支护性能，因而掩护梁结构优化设计对液压支架设计起着至关重要的作用。根据矿方要求及工作阻力合理设计四连杆参数，控制顶梁前端的运动轨迹，设计ZZ9000/20/40型掩护式液压支架。支架主要技术参数支架架型四柱支撑掩护式支架工作阻力、支架初撑力、支架高度、支架宽度、支护强度、支架操纵方式本架手动/无线遥控/本架电液控制。
       根据液压支架的总体设计，设计掩护梁结构如图所示。利用Solidworks建立掩护梁结构件三维模型，对其结构简化，去掉对强度计算结果影响不大的倒角，用于吊装的吊环、吊环扣，以便减小有限元计算规模，这些简化工作在建模时完成。Cosmosworks是一种基于结构离散化的有限元分析软件，是Solidworks的插入式分析软件，分析的模型和结果与Solidworks共享一个数据库，而在Solidworks中建模便捷、高效，设计与分析数据没有繁琐的双向转化操作。在Solidworks环境下建立掩护梁模型，这里进行整体建模，不必把零件拆散分别处理，对掩护梁结构采用自顶向下的整体建模方式建模，避免了复杂的装配分析，结构相对装配体简化，能更好地模拟真实情况，结果更加精确，建立的掩护梁结构件模型。
       掩护梁是传力构件，不直接受载，这里旨在分析其结构合理性，本研究分2种情况进行加载：(1)顶板受冲击载荷情况三角区漏研石的情况时有发生，掩护梁顶板要承受冲击载荷。固定两端连接耳处，划分网格，将掩护梁实体剖分成相对小的有限单元，FEA求解器通过对单个单元的简单解综合成对整个模型的解。在划分网格时，由于采用了整体建模，避免了装配体间的缝隙，设定雅各宾式检查为“4点”，“网格品质”栏中选择“高”。经过运算获得应力云图。由图可看出，顶板受力后，应力明显增加，主肋板弯曲处应力集中。(2)扭转工况在液压支架顶梁承受偏载时，掩护梁承受因顶梁偏载作用而引起的扭转载荷。固定掩护梁和连杆连接处，以便与顶梁连接轴为轴对掩护梁实施扭转。根据实际工作阻力计算符合实际的扭矩，得到扭转工况的应力云图。
       从图可看出，连接耳、主肋板弯曲处应力集中。掩护梁主肋板弯曲处应力明显增加，在受冲击载荷工况和扭转工况，连接耳处、主肋板弯曲处应力集中。优化掩护梁结构，为改善主肋板处扭转工况应力集中情况，改进主肋板为平直的肋板，在主肋板外侧加箱形结构，满足掩护梁结构强度设计，通过改变主肋板的设计结构改善掩护梁整体结构强度。图为改进后的掩护梁结构示意图。建立改进后掩护梁的整体三维模型，施加与之前相同的载荷，分析其受冲击载荷工况和扭转工况，得到应力云图。由图可看出，改进后的掩护梁结构在承受冲击载荷时，顶板受冲击，应力增加，考虑到掩护梁结构强度设计，顶板箱形结构满足结构强度设计。在掩护梁承受扭转时，主肋板应力有明显改善，掩护梁整体受力，在连接耳处没有明显的应力集中部位，改进了掩护梁主肋直接受扭转的工况，提高了掩护梁的整体强度。目前该液压支架在神华集团多个工作面使用，成功回撤综采液压支架多套，使用状况良好。三角区液压支架代替了部分木垛，有效地减少了木垛和圆木的使用量，提高了工效和工作面搬家速度，社会效益显著。
       利用Cosmosworks软件对三角区掩护支架的掩护梁进行有限元分析，对掩护梁主要结构进行改进，并对比2种结构在受冲击工况和扭转工况的应力集中情况，并对其进行分析。得出结论，在掩护梁承受载荷时，掩护梁的主肋板尽可能使其整体受载，避免连接耳处的应力集中，可通过改进主肋板、加侧板、增加箱形结构的方式满足强度设计要求，从而改善掩护梁在受扭转时连接耳处的应力集中情况，为掩护梁设计提供依据。

                                                                                  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
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！