支护平台可以实现掘进头支护构件下截割时，载荷波动有较大随机性，升降油缸提供拉力，机架受到向上力的作用，不利于整机的稳定，因此，尽量考虑以横摆截割为主辅以上下摆动截割。架设的完全机械化，改善掘进头工作面的支护状况，保证掘进工作安全生产，降低工人劳动强度。巷道掘进支护平台中的工作平台主要用于承载支护棚梁、脚架和工作人员，为主要结构承载件。平台支撑臂是工作平台的主要控制件，可以实现工作平台的上升与下降，从而将支护材料和工作人员送至相应的位置。因此，正确分析平台支撑臂的应力特征，对于合理设计巷道掘进支护平台有着重要的意义。本研究运用ANSYS Workbench有限元分析软件，建立平台支撑臂的有限元模型，对平台支撑臂的各个部分受力和变形情况进行强度分析，克服了以往靠经验和模仿的设计状态，提高设计效率和精度。
      三维实体模型建立平台支撑臂前端通过销轴、平台联接头和工作平台相联，后端通过销轴和主梁相联，同时后端又安装大小液压缸。依据以上所述平台支撑臂配合需要的负载、行程等，设计了平台支撑臂的三维结构，如图所示。平台支撑臂由钢板和加强肋焊接而成，减轻了整个巷道掘进支护平台的重量，同时加强肋的使用保证平台支撑臂的强度。在此基础上，可以将平台支撑臂三维图生成二维图，为下一步强度分析提供尺寸参考。
      平台支撑臂有限模型在SolidWorks中，将平台支撑臂三维实体模型另保存为x_t格式，然后直接导入到ANSYS Workbench中，ANSYS Workbench利用Solid186单元类型进行网格划分获得如图所示的有限元模型。Solid186单元是20节点3D实体单元，每个节点有3个自由度，可以用来建立叠层壳或实体的有限元模型，每个单元最多允许有250层的等厚度材料层，允许沿厚度方向的变形斜率可以不连续，支持材料的非线性行为和大变形。材料选取平台支撑臂使用材料为Q550合金结构钢，其弹性模量为210GPa，泊松比为0.29，密度为7850kg/m3，屈服强度为550MPa。
      Q550属于低合金高强度结构钢，具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性，可广泛用于桥梁、船舶、高压容器、起重机械、大型焊接件等。位移约束和载荷加载在本研究中，平台支撑臂在工作平台达到最大载荷情况下的应力分布规律及变形情况，可将平台支撑臂的一端固定，而平台支撑臂控制工作平台上升与下降，因此，在靠近主梁端处的销轴孔施加3个方向的位移约束分别为Ux=0，Uy=0，Uz=0，在平台支撑臂靠近工作平台端处施加Y方向的压力101kN及重力加速度。由位移云图可知，平台支撑臂最大变形出现在靠近工作平台处，最大的变形为16.647mm，其次平台支撑臂整体位移过渡比较均匀，没有较大的变形，也不存在明显的变形突变。由应力云图可知，平台支撑臂最大应力值为240.3MPa，出现在靠近主梁端和销轴孔处，但是其值远远小于材料Q550的屈服强度550MPa。所以，其强度、刚度满足安全要求，也说明平台支撑臂的设计是合理可靠的。
      本研究利用ANSYS Workbench软件对支护平台支撑臂进行强度分析，得到支撑臂在最大载荷下的应力分布规律及变形情况。结果表明：支护平台支撑臂的强度、刚度满足安全要求，从而论证了支撑臂结构设计的合理，为平台支撑臂下一步的优化设计提拱了重要的理论依据。

                                                                                  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
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