液压支架计算机模拟试验是液压支架设计与试验的一个新的研究领域，采用有限元分析方法给液压支架的设计和试验的现代化提供了有力的工具，为支架设计提供科学的参考数据，缩短了设计到生产的周期，能够实现较大的社会和经济效益。
      根据某型液压支架通用技术要求，液压支架必须通过压架试验合格后，方能使用。将支架放置在内加载试验台内，试验台调整到支架试验高度，对支架进行加载荷试验。常用的加载方式有几种：顶梁两端加载、顶梁偏载、顶梁扭转、底座两端加载、底座扭转。根据MT312的试验形式，在液压支架安装上试验压块。支架的压架试验高度为支架最大高度减去支架行程的1/3。将建好的液压支架三维模型调到高度2900mm，同时对三维模型进行简化，简化的原则：(1)液压支架部件轴心的距离和位置不改动；(2)主要部件和零件的尺寸不改动；(3)用力学等效部件代替去掉的部件；(4)次要零件受力小的部分可以简化，如竖肋板、横肋板与顶(或底)盖板交结部以外的顶(底)盖板部分可以简化；(5)简化以后，结构承受载荷的能力不应增强；(6)忽略样机的零部件不会对整架主要结构件的受力状况产生大的影响。将简化后的模型导入到Ansys workbench中，如图所示。设置液压支架的各个零部件材料的类型为结构钢，杨氏模量为2.0xe5 MPa，泊松比为0.30设置销轴与耳板，销轴和主肋的接触形式为noseparation，其他零部件之间设置为bonded形式。分别在立柱与顶梁，立柱与底座接触处加1.2倍支架额定工作阻力载荷。在平衡千斤顶上加载载荷。在底板下平面上设置约束为fixedsupport，在顶梁试验压块上设置约束为frictionlesssupport。
      由图可以看出：(1)顶梁在扭转工况下，应力值较大的部位主要集中在顶梁；(2)柱窝附近的构件单元应力值比远离柱窝附件的构件的单元应力值大。通过对有限元结果进行分析。从图中可以看出，在柱窝处附近和与柱窝连接处的4根主肋位置应力达到480MPa左右。因而，在顶梁主肋处和立柱柱窝附近使用屈服强度为480MPa以上的材料。在主肋间的肋板可以使用屈服强度较低的材料；(3)顶梁上单个矩形垫块和长垫块的部位，即支架计算机模拟试验有限元网格中边界约束的固定点，其周围构件的单元应力值较大，此处有相对的应力集中。此处应力集中可以不考虑。由图可以看出：(1)应力值较大的部位集中分布在掩护梁以及掩护梁与顶梁的连接处，包括顶梁的一部分；(2)顶梁加偏载部位，即长垫块加载的部位。此处有相对的应力集中有相对的应力集中。顶梁与掩护梁连接的部分也此处应力集中可以不考虑；(3)在顶梁和掩护梁的连接部件构件单元应力大，远离连接处构件单元应力逐渐减小。掩护梁与前连杆在连接处，主肋位置上的单元应力值相对高，而主肋斜对称位置，即掩护梁与后连杆连接处的单元应力值相对较小，因此掩护梁应力分布呈倾斜下降趋势。由图可以看出：(1)与顶梁扭转有类似的状况，矩形垫块部位，即支架计算机模拟试验有限元网格中边界约束的固定点，甚至在该点所在的横肋板单元应力达到本工况应力的最大值。而长垫块周围部件也有相对的应力集中；(2)底座在扭转工况下，应力较大部位集中分布在底座；(3)由于底座受扭，底座的主肋和过桥应力值较大。在底座主肋和过桥处的应力达到500MPa左右。通过对以上有限元结果分析，可知在底座上的主肋处和过桥处要使用屈服强度为500MPa以上的材料，同时使用2层过桥焊接在一起，插在底座主肋中。在底座主肋处加贴板，以增加底座抗扭强度。主肋间的横肋板可以用屈服强度低点的材料。
      本研究通过对支架整机进行有限元分析，可以确定各个零部件的等级，在等效应力小的部位采用屈服强度低的材料，在等效应力大的部位采用屈服强度高的材料。以达到优化产品结构的效果。同时，由于分析结果是在简化模型的基础上得到的，与实际情况还有一定差距。所以，还需在试验的基础上，不断修正有限元结果。这样，才能更安全有效地指导液压支架设计。

                                                                                  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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