基于Solidworks的薄煤层液压支架设计

    2.2应力分析
   
    利用Cosmos/works有限元分析软件可对支架数字实体模型进行应力分析，找到应力分布规律，确定安全系数，优化结构尺寸。
   
    目前支架应力分析方法通常采用传统的材料力学和弹性力学来进行分析。传统计算方法主要进行平面力系计算，空间力学计算比较困难，而且无法处理一些结构件强度问题，如过桥的强度分析，使得计算简略而缺乏可靠性。
   
    当前比较先进的强度分析方法是有限元法，有限元法是求解数理方程的一种数值方法，它是将弹性理论、计算数学和计算机软件有机地结合在一起的一种数值分析技术，由丁它快速、高效地解决了许多学科和实际工程问题，因而得到逐步的推广应用。
   
    支架有限元强度计算以液压支架通用技术条件为依据。根据实际需要，进行静力强度计算。加载方式采用组合加载方式进行计算，相对国内标准检测出液压支架的安全性。
   
    在计算中不把垫块的作用力当作外力来考虑，而是把垫块的作用力当作边界条件来处理。由于将垫块作为结构的边界约束条件来处理，因此，对于掩护式支架来说，其外载只有立柱对顶梁、底座柱窝所加的载荷。由于柱窝同立柱的作用属于接触问题，处理起来较为复杂，因此假定立柱传递给柱窝的外力均匀作用于柱窝表面。
   
    支架结构中销孔与销轴间的接触点，随着加载方式和支架高度的不同而不同。在整架计算时，省略接触问题，将销轴件简化为梁元米进行计算。
   
    支架模型为实体模型。为了减少节点数量，节约计算机资源，在建模时可以作必要的简化。对ZY2000/07/14结构件三维实体模型装配体的分析，按照以下9种加载方式分别进行:(1)顶梁偏载;(2)顶梁偏载与底座扭转;(3)顶梁偏载与底座集中载荷;(4)顶梁扭转;(5)顶梁扭转与底座集中载荷;(6)顶梁两端集中载荷;(7)顶梁中部集中载荷;(g)底座扭转;(9)底座两端集中载荷。
   
    以第(2)种情况为例，经过材质参数定义、网格划分、定义边界条件(约束和加载)、运行应力计算等步骤，计算结果的应力云图如图3所示。
 

   
    通过对9种计算结果分析，总结如下:
   
    (1)柱窝附近和垫块附近的应力值都较高;
    (2)顶梁偏载时，顶梁、掩护梁、前后连杆上的应力都较大;
    (3)顶梁中间加集中载荷时，顶梁上应力值较大，其余构件应力则小得多;
    (4)顶梁3点加载时，前部加偏载时，最高应力出现在前部柱窝附近肋板处与顶梁和掩护梁连接处;
    (5)顶梁两端加集中载荷时，顶梁上应力较大，其他部件上的应力值相比要小得多;
    (6)底座3点加载时，前部加偏载时，则最高应力区位于过桥处;
    (7)前、后连杆的应力值在顶梁加偏载时和3点加载时应力值较高。
   
    通过对支架整架有限元应力分析，找出支架应力分布规律，即支架在顶梁偏载工况下受力状况最为恶劣，表现为支架顶梁、掩护梁、前后连杆和底座等处都有较大的应力分布。为节省时间，可以着重加强顶梁偏载、3点加载(方垫块位于顶梁后方)和底座扭转(方垫块位于底座前方)3种工况的分析。
   
    支架强度分析表明，其最高应力分布表现为区域性、局部性的存在，在实际设计中应重点在该区域施以高强度板材。
   
    3结语
   
    应用Solidworks软件设计的ZY2000/07/14薄煤层液压支架，在淄博矿务局埠村煤矿综采工作面一次安装配套成功，目前已正式投产，达到了设计的要求，证明了在液压支架设计中应用Solidworks三维设计软件是可行的。