ZY4000/13/28型掩护式液压支架的有限元分析

【摘 要】选取ZY4000/13/28型掩护式液压支架为研究对象，利用Pro/E进行三维建模，按照液压支架的试验标准，利用ANSYS对其进行有限元分析。为ZY4000/13/28型掩护式液压支架的设计提供了理论依据。

【关键字】液压支架；有限元分析；Pro/E

引言

液压支架结构采用高强度钢板焊接而成，且为复杂的厚板箱形结构，焊接引起的残余应力和应力集中更为复杂。采用ANSYS有限元分析软件，建立了液压支架结构件的有限元分析模型，模仿实验室试验的加载工况，对模型进行加载，从而获得结构件各处的应力和应变情况。应用有限元分析法、动态与静态加载测试等研究分析手段来验证支架的可靠性，从而实现虚拟样机试验。

1、支架主要技术参数

以ZY4000/13/28型掩护式液压支架为研究对象，对其进行有限元分析，该支架主要技术参数如表1所示。

2、三维建模

利用液压支架参数化、可视化、动态优

化设计软件对支架四连杆机构进行优化，可得出支架几何参数、受力分析表及各种分析曲线图。然后运用Pro/E软件对液压支架进行三维建模，如图1所示。

3、有限元受力分析

按照MT-312《液压支架通用技术条件》对主体结构件进行“顶梁偏载—底座扭转”及“顶梁扭转—底座弯曲”等11种复合加载工况下的模拟载荷试验，利用ANSYS有限元分析软件对其进行受力分析。

3.1简化模型

在Pro/E中对模型进行简化处理。删除用于避让焊缝的倒角、对受力影响可忽略的特征等，最终得到各板件之间面面接触、零间隙、无干涉的模型。

3.2加垫块和网格划分

按照MT-312中测试垫块位置的规定，在支架Pro/E简化模型的相应位置加入垫块。然后将模型导入ANSYS工作界面中，并采用四面体对模型进行网格划分，如图2所示。

3.3施加约束和加载

此处以“顶梁偏载—底座扭转”为例，按照MT-312的加载要求，在立柱内部加载1.1倍工作载荷，底座底面和垫块表面添加位置约束，如图3所示。

3.4分析结果

在支架承受顶梁偏载试验过程中，最大应力为1815.4MPa，出现在顶梁与垫块的接触位置，这是由于顶梁的偏载变形使得垫块尖角与顶梁顶板接触处出现的应力集中所致。除去因边界条件加载所造成的高应力区外，其他地方的应力值都未超过Q690材料的屈服极限（690MPa）。图4顶梁偏载应力云图，图5顶梁偏载的位移云图。

4、结语

根据液压支架的试验标准，对ZY4000/13/28型掩护式液压支架进行ANSYS有限元分析，其结果为ZY4000/13/28型掩护式液压支架的设计提供了理论依据。