掩护梁是二柱掩护式液压支架的主要受力件之一，在液压支架的工作中起着非常重要的作用。由于掩护梁要与顶梁、连杆及千斤顶等部件相连，在液压支架各部件中处于最复杂、最恶劣的受力状况。本文利用有限元分析法，将不同结构的掩护梁对其变形和应力的影响做对比分析，探讨不同结构下掩护梁受力状况及改善的途径。
     液压支架的掩护梁在实际使用中，曾出现掩护梁前端的耳板附近开裂等危险状况。根据 GB25974.1-2010《煤矿用液压支架第一部分：通用技术条件》，采用SolidWorks结合simulation软件，对液压支架进行整架强度有限元分析。
     液压支架的强度试验是模拟井下各种危险工况，如顶梁两端载荷和底座两端载荷，顶梁扭转和底座两端载荷，顶梁偏载和底座两端载荷，顶梁中部载架的设计和制造质量检验的重要方式。
     对于二柱掩护式液压支架，掩护梁在顶梁扭转和底座两端集中载荷工况下受力最大而容易损坏。笔者选取该工况进行有限元分析。GB25974.1-2010规定的工况加载时垫块位置如图所示，试验压力为1.2倍工作压力，支架高度为最大高度减去行程的1/3。
      原掩护梁的箱体结构如图所示。由于掩护梁的损坏大多出现在掩护梁前端的耳板附近，为了最大程度改善耳板附近的受力，通过多次力学分析计算，分别选择在掩护梁两个主肋板之间靠近腹板的位置添加1块钢板、在与顶梁连接处的箱体内添加块斜肋板及既添加横板又添加2块斜肋板的组合结构。按照国家标准，对这3种结构的掩护梁进行应力有限元对比分析，以确定最佳结构，改善掩护梁的力学性能。
      建立了掩护梁结构优化前后的4种数学模型及液压支架整体模型，完成顶梁扭转加载+底座两端加载工况下的强度有限元计算。通过分析比较不同结构的掩护梁对其应力的影响，为优化掩护梁箱体结构，提高其力学性能提供依据。
      (1) 建立模型液压支架模型如图所示，该模型需要进行简化才能用于有根据 GB25974.1-2010，对设计模型进行简化。每个构件都去除不承载的结构和不影响主体强度与应力的细小结构，如倒角、圆角及小孔等，除非焊缝处出现应力集中的现象，否则主体构件的焊缝不建模。试验采用内加载方式，因此立柱不需建立模型，而用载荷进行替代。
      分别将优化前后的4种掩护梁结构与其他主要构件装配成4个装配体，液压支架高度H=4500-(4500-2100)/3=3700 mm。
      (2) 加载试验采用内加载的方式，载荷为6400×1.2=7680 kN，载荷施加在柱窝的球面上，力的作用线沿立柱的轴线方向。
      结果分析强度分析显示，结构优化后的掩护梁最大应力均有所减小，受力得到改善，其中效果最显著的结构为添加横隔板及斜肋板组合。在此仅对这种最优结构和原结构的应力进行比较，优化前、后的液压支架整机和掩护梁应力云图。
      由图可以看出，掩护梁的最大应力为497 MPa，出现在掩护梁耳板附近。由图可以看出，掩护梁的最大应力为442 MPa，最容易发生损坏的耳板处的应力降至415 MPa，有效地提高了掩护梁的强度。
      对掩护梁结构进行优化后，最大应力值减少了11%，现场实际使用效果良好，为提高掩护梁的力学性能提供了依据。

                                                                                  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！