液压支架关键部位的有限元分析

ZY2800型掩护式液压支架关键部件结构优化与有限元分析
液压支架是用来支护并管理矿井顶板的一种液压动力器械。

其支撑力来源于液体产生的压力,能够自动移架,是综采中必不可少的配套装置。

但是,液压支架存在耗材多,体积笨重,设计周期长,强度难以保证等缺点,这些都制约着液压支架的发展。

因此,液压支架的优化和强度的分析对支架的设计发展有着重要的意义。

本课题以ZY2800/14/28Z型掩护式液压支架为研究对象,对其关键部件进行优化设计及有限元分析。

本文根据优化设计理论,对液压支架的关键部件——顶梁进行结构优化,并且应用Visual Studio软件求解支架四连杆机构尺寸的最优值。

然后,通过SolidWorks软件建立支架的实体模型,同时对其进行运动仿真分析。

最后,利用分析软件ANSYS Workbench,对支架整体进行静强度分析,以此检验设计优劣并针对出现的问题对支架进行改进。

通过增加筋板厚度和增加筋板个数两种方案,对顶梁结构进行改进,降低最大应力值,选取安全系数比较大的方案,在满足强度的条件下,使得顶梁重量最终减小了约21%。

在底座薄弱位置增添辅助钢板,起到抵抗变形,减小应力的作用。

这种优化——分析——改进的研发流程提高了产品质量,缩短了设计周期,节约了设计成本。

procedure that pow ered support lifted from m inim um he ight to m ax im um heigh t Stress o f key com ponents was largest at the m in imum
he ight and was sma llest at the m ax im um he ight It show ed that supporting he ight w as nearer to m ax imum va lue, its bear ing ab ility was
图 1 QY 200 /14 /31型液压支架三维模型
2 液压支架静力学分析
在 ADAM S建立机械系统仿真模型时, 系统构
件之间由运动副联接, 这些运动副可以用系统广义
坐标代数方程表示。 ADAM S 软件用刚体 i 的质心
笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉 角作为广义坐
标, 即: qi = [ x, y, z, , ,
ta ined 3 m ode ls at lim it p laces w ere analyzed by fin ite e lem ent m ethod and displacem en t/stress d istr ibu tion cha racte ristic w as com-
pared R esu lts showed as follow s A ction force at prop nest and w ho le- support rig idity decreased firstly and increased latter ly dur ing the

ZF3500/17/29液压支架顶梁的有限元应力分析新型高效低位放顶煤液压支架是近十几年发展起来的一种架型,它是实现厚煤层开采高产高效的三大设备之一。

随着液压支架在我国矿区的广泛应用,对液压支架的可靠性和寿命提出了更高的要求。

而液压支架顶梁的损坏问题,直接影响到液压支架的可靠性和寿命。

因此,本文以数值模拟技术为手段,分别就液压支架顶梁各种工况下的受力情况进行有限元分析和研究,从而为设计高质量液压支架提供一定的理论依据。

针对目前液压支架的研究现状,本文以ZF3500/17/29型支撑掩护式低位放顶煤液压支架为例介绍了液压支架的工作原理,采用功能强大的有限元分析软件ANSYS建立了顶梁的计算模型,对其进行了结构静力学分析,得出其应力分布图。

并将分析结果与现场分析的结果相比较,验证了有限元分析的正确性。

虽然本文是针对液压支架的顶梁进行研究的,但其中的分析方法却可以推广到液压支架其它部件的研究中,故本文的研究方法及其结论具有一定的工程应用价值。

关 键 词：放顶煤液压支架；应力测试；应力分析；有限元分析 研究类型：应用研究
Subject
: The Stress Testing And Finite Element Analysis to the Caving Hydraulic Support
Specialty : Mechanical Electronic Engineering : Qin Runze (Signature) (Signature)
学 位 论 文 知 识 产 权 声 明 书
本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文 工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注 明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。
Instructor : Cao Chunling
ABSTRACT
Hydraulic support ,the key equipment for fully mechanized coal mining surface ,is playing an important role in supporting the roof ,maintaining the working space and transporting working surface and mining machine .As the key factor of coal mining, the research of hydraulic support has a very important significance for the development of coal mining mechanization. Through the finite element analysis and stress test in the testing ground for the type of ZF10500/20/36 hydraulic support,analyze the static strength of hydraulic support .Under the standard of general specification of hydraulic support, test the stress of the hydraulic support in these easily damaged working conditions which include base torsion,top beam with offset load and top beam torsion and obtain a lot of practical data. The paper use Pro/E to build the three dimensional model of caving hydraulic support, and use ABAQUS to analyze the static strength stress of the whole hydraulic support. Study on the building,simplification,assembling, choosing unit type, meshing , treating boundary conditions and analysis of external load in-depth of three dimensional model Through the finite element software ,analyze the static strength stress for the type of ZF10500/20/36 hydraulic support,obtain the stress distributions and the dangerous parts under following three conditions : base torsion,top beam with offset load and top beam torsion, and obtain the stress of dangerous parts on the hydraulic support. Then compare the data with the actual measured data in the same condition,provide a theoretical reference for the design and analysis of the hydraulic support, and achieve the aims of shorten the design cycle and reduce costs.

《75kJ全液压对击锤机架及锤头锤杆的有限元分析》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，全液压对击锤作为一种高效、高能的破碎设备，在采矿、建筑、道路建设等领域得到了广泛应用。

其机架和锤头锤杆作为全液压对击锤的核心组成部分，承受着巨大的冲击力和压力，因此对其结构强度和性能的准确分析显得尤为重要。

本文采用有限元分析方法，对75kJ全液压对击锤的机架及锤头锤杆进行深入研究，以期为相关产品的设计、优化和改进提供科学依据。

二、有限元分析方法概述有限元分析是一种利用数学近似的方法，对实际工程问题进行模拟和分析的技术。

该方法通过将连续体离散成有限个单元，并对每个单元进行近似求解，最终得到整个结构的近似解。

在全液压对击锤机架及锤头锤杆的分析中，有限元分析可以有效地模拟其在实际工作状态下的应力、应变、位移等物理量，为结构优化和性能提升提供有力支持。

三、75kJ全液压对击锤机架的有限元分析1. 机架模型建立首先，根据75kJ全液压对击锤机架的实际结构，建立有限元模型。

模型应包括机架的各个部件，如底座、支撑架、连接板等，并考虑各部件之间的连接方式和约束条件。

2. 材料属性及边界条件设定根据机架的实际材料，设定有限元模型的材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。

同时，根据实际工作情况，设定边界条件，如固定约束、载荷等。

3. 网格划分及求解对机架模型进行网格划分，确保网格的密度和精度满足分析要求。

然后，根据实际工作情况，设定求解参数，如时间步长、求解精度等。

最后，进行求解计算。

4. 结果分析根据求解结果，分析机架在不同工况下的应力、应变、位移等物理量。

通过分析结果，可以评估机架的结构强度和刚度是否满足实际工作要求。

如有不足，可提出相应的优化措施。

四、75kJ全液压对击锤锤头锤杆的有限元分析与机架的分析过程类似，对75kJ全液压对击锤的锤头锤杆进行有限元分析。

首先建立锤头锤杆的有限元模型，设定材料属性及边界条件，进行网格划分和求解计算。

ZY4000型液压支架设计及有限元分析综合机械化采煤是煤炭工业加速发展,大幅提高煤碳产能,实现煤炭工业现代化发展战略的关键措施,不但生产效率高、产量大、生产成本低廉,而且能减轻工作人员的劳动强度,是煤炭工业技术的发展方向。

液压支架是综合机械化采煤设备中最重要的设备之一,它在综合机械化采煤中起到支护顶板、推移采煤机和刮板输送机的作用,其安全性与可靠性直接影响综采工作面的安全。

本文根据赵家梁煤矿5-2号煤层的顶板条件,进行ZY4000型掩护式液压支架的开发设计以及有限元仿真分析与优化技术研究,为提高液压支架综合性能与结构改进优化提供参考。

总结了液压支架的工作原理、类型及结构特点,分析了集中外载荷作用下的液压支架整架受力状况。

采用现代液压支架设计技术,确定了液压支架架型选择、四连杆机构设计方法以及液压支架部件的结构类型,完成了 ZY4000型掩护式液压支架的开发设计。

利用PRO/E三维设计软件,建立了液压支架顶梁、底座及掩护梁等关键部件的三维实体模型,结合支架在实际工况下的工作高度,完成了液压支架三维实体装配模型,运用三维设计软件对其进行了干涉检查,避免了液压支架各部件在工作时不会出现干涉问题。

结合有限元分析理论,将液压支架三维实体模型导入ANSYS有限元分析软件,设定了边界条件、材料相关参数及外载荷大小,然后在四种不同工况条件下对支架整体及部件进行了有限元静力分析,获得了 ZY4000型液压支架整架及其关键部件应力和位移的变化规律,对支架中应力集中和位移较大的部位进行了结构优化改进,分析结果表明顶梁、掩护梁和底座的强度、刚度很好地满足了设计的要求,同时通过结构改进优化减轻了液压支架整架重量,为企业ZY4000型掩护式液压支架整体优化设计提供了依据。

本论文通过对ZY4000型掩护式液压支架整体设计及其ANSYS有限元分析优化方法进行了较为系统的研究,为液压支架的设计与分析优化提供了参考,代替了以往只能通过实际工程试验进行产品性能验证的局限性,为液压支架的结构改进与优化,提高液压支架的性能与质量具有一定的指导作用。

实例E20-5 优化设计实例——液压支架四连杆机构尺寸优化一、问题描述合理选择如图20-13所示液压支架四连杆机构尺寸，使掩护梁和顶梁铰点E 处轨迹的水平摆幅最小。

四连杆机构尺寸包括后连杆长度a 、前后连杆上铰点距离b 、前连杆长度c 、前连杆下铰点的高度d 、前后连杆下铰点水平距离e 、掩护梁长度g （图20-13中线段AE 长度）。

二、优化设计数学模型（1）输入参数输入参数即优化设计中的设计参数。

如图20-13所示，取支架在最高位置时后连杆与水平线夹角Q 1、掩护梁与水平线夹角P 1、后连杆长度a 与掩护梁长度g 的比值I 、前后连杆上铰点距离b 与掩护梁长度g 的比值I 1为输入参数。

（2）目标参数目标参数取掩护梁与顶梁铰接点E 的水平摆幅。

优化目标是使目标参数最小。

图20-13 四连杆机构示意图 图20-14 四连杆机构尺寸的确定（3）约束参数前后连杆长度比值c /a 。

前连杆下铰点的高度d 不宜太大，取d ≤H 1/5，H 1为最大计算高度。

最小高度H 2（见图20-14）时掩护梁与水平线夹角P 2不宜太小。

最小高度H 2时后连杆与水平线夹角Q 2不宜太小。

对掩护式支架，瞬心O 1与E 点连线与水平线夹角¸越小越好。

（4）由输入参数计算四连杆机构尺寸优化设计时，需要由输入参数Q 1、P 1、I 、I 1等计算四连杆机构尺寸，以便建立有限元模型进行运动分析。

可由几何关系，得掩护梁长度111sin sin Q I P H g +=（20-4）则后连杆长度为a =Ig （20-5）前后连杆上铰点距离b为b=I1g （20-6）其余尺寸可按以下方法确定：如图20-14所示，由角度P1、Q1以及按式（20-4）、式（20-5）、式（20-6）计算出的尺寸g、a、b，可以确定机构在最大高度时掩护梁和后连杆的位置E1A1O2以及O2点的位置。

然后由尺寸H2、g、a，可以确定机构在最小高度时掩护梁和后连杆的位置E2 A2O2，以及掩护梁与后连杆垂直时位置（假定E3在竖直线上）E3A3O2。

基于ANSYS的液压缸安装支架有限元分析【摘要】以液压缸安装支架为研究对象，采用Solidworks软件对机械结构进行三维实体建模；使用ANSYS软件，对安装支架机械结构进行有限元分析，并根据计算结果，为其强度校核及结构优化设计提供了理论依据。

【关键词】液压缸；有限元分析；安装支架；箱体结构[Abstract] To the aim of the hydraulic cylinder mounting bracket，Mechanical structure of 3 d entity model was set up by Solidworks software；The installing support mechanical structure finite element analysis using ANSYS software，and according to the calculation results，providing the theoretical basis for the intensity and the structure optimization design.[Keyword] Hydraulic cylinder；finite-elemeat analysis；installing support；box structure1.引言自主研发的大型液压缸试验平台，液压缸的安装支架采用了箱体结构，用45钢钢板焊接而成。

为了保证液压缸安装的可靠性，在确定液压缸试验工作平台总体设计方案的基础上，使用Solidworks软件对液压缸的安装支架进行三维实体建模，利用ANSYS软件对箱体结构进行有限元分析，校核安装支架的强度和刚度，以验证液压缸安装支架在最大载荷作用下的应力分布和结构变形，提高机械结构设计的合理性、可靠性和科学性。

2.安装支架的静力学分析方法本液压缸试验平台的总体布置方案如图1所示，支架上安装三个液压缸，两侧液压缸为加载缸，要求每缸能形成100吨的推力，中间液压缸为主缸，要求能形成200吨的拉力。

《75kJ全液压对击锤机架及锤头锤杆的有限元分析》篇一一、引言随着现代工业技术的飞速发展，全液压对击锤作为重要的工程机械之一，其性能的稳定性和效率的优化成为了研究的重点。

本文以75kJ全液压对击锤机架及锤头锤杆为研究对象，运用有限元分析方法，深入探讨其结构特性及力学性能，旨在为工程设计和优化提供理论依据。

二、有限元分析方法概述有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种通过数值计算和近似分析求解复杂工程问题的有效方法。

该方法将连续体离散成有限个单元，通过求解每个单元的近似解，从而得到整个结构的近似解。

在本文中，我们利用有限元分析软件对75kJ全液压对击锤的机架及锤头锤杆进行建模和分析。

三、模型建立与网格划分1. 机架模型建立与网格划分：根据75kJ全液压对击锤机架的实际结构，建立三维实体模型。

在有限元软件中，将模型划分为若干个四边形或三角形单元，形成网格。

网格的疏密程度直接影响计算精度和计算时间，因此需合理设置。

2. 锤头锤杆模型建立与网格划分：同样地，根据实际结构建立锤头锤杆的三维实体模型，并进行网格划分。

为保证分析的准确性，需注意模型中各部分的连接关系和尺寸精度。

四、材料属性与边界条件设定1. 材料属性：根据实际材料，设定机架和锤头锤杆的弹性模量、泊松比、密度等材料属性。

此外，还需考虑材料的应力-应变关系及塑性变形等特性。

2. 边界条件：根据实际工作情况，设定机架和锤头锤杆的约束条件和载荷条件。

如机架需考虑地脚螺栓的约束，锤头锤杆需考虑锤击力、重力等载荷。

五、结果分析与讨论1. 应力分析：通过有限元分析，得到机架和锤头锤杆在不同工况下的应力分布情况。

分析最大应力、平均应力等指标，了解结构的承载能力和潜在的危险区域。

2. 变形分析：观察机架和锤头锤杆在载荷作用下的变形情况，分析结构的刚度和稳定性。

通过比较不同工况下的变形情况，评估结构的抗振性能。

3. 疲劳分析：根据循环载荷作用下结构的应力-寿命曲线，评估机架和锤头锤杆的疲劳性能。

图 1 四柱支撑掩护式支架平面受力
水平和垂直轴方向的力平衡方程为 Q 1 + F 1 sin P 1 cos
1
+ F 2 sin
2
+ P 1 sin
1
- P 2 sin
2
=0 ( 2)
1
+ P 2 cos
2
+ F 1 cos
1
+ F 2 cos
2
- Q= 0 ( 3)
取顶梁为分离体对顶掩铰点 O 点取 力矩平衡 方程 P 1 r3 + P 2 r4 + QfH 1 - Qx = 0 柱倾角 和 ( 4) 由以上方程 , 可解得 Q, x, F 1, F 2 的值。其中立
1 2
, 向前为 + !值 , 向后为 - !值, O 1
点在 O 下方为 + !值 , 上方为 - !值。
实际上液压支架使用工况非常复杂, 不仅顶板 的压力大小和作用位置 , 而且支架的顶梁和顶板的 接触情况都随机变化, 顶梁上的载荷既非集中载荷 又非均布载荷, 分布规律因支架与顶板的接触情况
第 30 卷第 5 期
顶梁偏载最能反映支架四连杆的抗扭转情况本文按顶梁偏载和底座弯曲合成检验支架结构件应力值情支架高度立柱伸出实验压力工作阻力的实验方式内加载垫块位置如图液压支架三维模型建立液压支架是由多个大型复杂结构件组成由于ansys三维构件功能不强本文在pro立液压支架三维建模通过pro建立计算模型首先35型三维模型导入然后定义单元类型和材料属性
第 30 卷第 5 期 2009 年 5月
煤 矿 机 械 Coa lM ine M ach in ery
V o.l 30 N o . 5 M ay . 2009

《75kJ全液压对击锤机架及锤头锤杆的有限元分析》篇一一、引言随着现代工业技术的飞速发展，全液压对击锤作为重要的工程机械之一，其性能的稳定性和效率的优化成为了研究的重点。

其中，机架和锤头锤杆作为对击锤的核心部件，其结构强度和动力学特性直接影响到整个设备的性能和使用寿命。

因此，本文将通过有限元分析方法，对75kJ全液压对击锤的机架及锤头锤杆进行深入的分析和研究。

二、有限元分析方法概述有限元分析是一种基于数学物理方程的数值计算方法，通过将连续的实体离散化为有限个单元的集合体，进而求解各种工程实际问题。

在机械工程领域，有限元分析被广泛应用于结构强度、动力学特性、热传导、流体流动等问题的分析。

在本文中，我们将利用有限元分析软件，对75kJ全液压对击锤的机架及锤头锤杆进行结构强度和动力学特性的分析。

三、机架的有限元分析1. 模型建立：首先，我们根据机架的实际尺寸和结构，建立精确的三维模型。

然后，将模型导入有限元分析软件中，进行网格划分，将连续的实体离散化为有限个单元。

2. 材料属性定义：根据机架的材料性质，定义材料的弹性模量、泊松比、屈服极限等参数。

3. 载荷与约束：根据实际工作情况，施加相应的载荷和约束条件。

包括重力、惯性力、冲击力等。

4. 求解与结果分析：通过有限元分析软件进行求解，得到机架在各种工况下的应力、应变、位移等结果。

然后，对结果进行分析，评估机架的结构强度和动力学特性。

四、锤头锤杆的有限元分析1. 模型建立与材料属性定义：与机架的分析类似，我们首先建立锤头锤杆的三维模型，并定义材料属性。

2. 接触与约束：在有限元分析中，锤头和锤杆之间的接触关系是关键。

我们通过定义接触类型、摩擦系数等参数，模拟实际工作中的接触情况。

同时，施加相应的约束条件。

3. 冲击载荷模拟：为了模拟实际工作中的冲击情况，我们施加动态载荷，包括冲击力和惯性力等。

4. 求解与结果分析：通过有限元分析软件进行求解，得到锤头锤杆在冲击过程中的应力、应变、位移等结果。

《75kJ全液压对击锤机架及锤头锤杆的有限元分析》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，机械设备在各种工程中发挥着越来越重要的作用。

其中，全液压对击锤作为一种高效、高能的工程设备，其性能的稳定性和可靠性对于工程的顺利进行至关重要。

机架和锤头锤杆作为对击锤的核心部件，其结构和强度直接影响着整个设备的性能和使用寿命。

因此，本文将通过有限元分析方法，对75kJ全液压对击锤的机架及锤头锤杆进行深入研究，为优化设计和提高设备性能提供依据。

二、有限元分析方法有限元分析是一种利用数学近似的方法，通过离散化处理实体对象，以得到近似解的数值分析方法。

在本文中，我们将采用有限元分析软件，对75kJ全液压对击锤的机架及锤头锤杆进行三维建模，并进行应力、应变等物理量的计算和分析。

三、机架的有限元分析1. 机架模型建立首先，我们根据机架的实际结构，在有限元分析软件中建立精确的三维模型。

模型包括机架的各个部件，如支撑座、连接梁、加强筋等。

2. 材料属性及网格划分在模型中，我们根据实际使用的材料赋予相应的属性，如弹性模量、泊松比、屈服强度等。

然后，对模型进行网格划分，将模型离散化为有限个单元和节点。

3. 边界条件及载荷施加根据实际工作情况，我们设定机架的边界条件，如固定支撑座的位置约束等。

同时，根据对击锤的工作原理，施加相应的载荷，如锤头的冲击力、设备自重等。

4. 结果分析通过有限元分析，我们得到机架的应力、应变等物理量的分布情况。

根据分析结果，我们可以了解机架在不同工况下的受力情况，以及可能存在的薄弱环节。

四、锤头锤杆的有限元分析1. 锤头锤杆模型建立同样，我们根据锤头锤杆的实际结构，在有限元分析软件中建立精确的三维模型。

模型应包括锤头、锤杆以及连接部位等。

2. 材料属性及网格划分赋予模型相应的材料属性，并进行网格划分。

这里需要考虑锤头和锤杆的材料差异及其对整体性能的影响。

3. 边界条件及载荷施加设定锤头锤杆的边界条件，如与其他部件的连接方式等。

ｏ ｄ ａ ｌ ｐ ｏ ｔ３ ｏ ｅ ｆＨｙ ｒ ｕ ｉ Ｓ ｐ ｒ Ｍ ｄ ｌ ｃ ｄ 】Ａ Ｗｅ ｗ ｉ Ｌ ｕ －ｅｇ， Ｇ Ｈａ ｇ ｎ Ｉ ｉ ｅ ， ＩＹ ｎｆｎ ＭＥ ｉ ａ ｇ － －
【 ｂｔ ｃ】 Ｔ ｉｐｐｒ ｉｌ ｉｔ ｄ ｃｓ ｍｐ ｆｄｈ ｄａｌ ｐ ｏｔ ｒ ／ Ｄ ｍ ｄｌ ｅｈｄ ａｔ ｒｃｓｉｇ ｆ Ｄ Ａ ｓ ａｔ ｒ ｈ ａ ｅ ｍａ ｙ ｎｒ ｕｅ ａ ｉ ｌ ｅ ｙ ｒｕｃ ｕｐ ｒ Ｐｏ Ｅ３ ｏ ｅ ｍ ｔｏ ， ｆ ｒ ｏｅｓ ｓ ｎ ｏ ｓ ｉ ｉ ｉｓ ｅｐ ｎ ｏ３
的零部 件 中 ， 何一个 阶层 的设计 发 生变化 ， 任 其他 பைடு நூலகம் 关 的零 部 件也会 自动更新 。
制一步 步 实 现 ， 也可 以在 Ａｎｙ ｓｓ中编制 Ａ ＤＬ语 言 Ｐ 程序 ， 导入程 序 自动 出结 果 ， 其运算 的结 果相 同 。具 体 各步 骤 的设 置方 式 ， 分析 结果会 有 不 同的影 响 。 对 而液压 支架模 型 的搭建 和处 理 ， 不仅 影 响分析 结果 ，
Ｖ Ｏ ． ２ Ｎ Ｏ． １ １ ３
液 压 支 架 有 限元 分 析 三 维 模 型 简 化 处 理 方 法
贾维维， 李云峰 ， 孟海 岗
（ 三一重 型装备有 限公 司， 辽宁 沈阳 １０ ２ ） １０ ７
【 摘 要 】 主要介绍 了一种简化处理 液压 支架 ＰｏＥ三维模型 的方法。经过处理 的三维模型可 以直接导入 Ｗｏｋ ｒ／ ｒ ｂｎ ｈ中进行分析 ， ｅｃ 从分析结果可直接查看支架每 个零件的应力 、 应变及位移。而如果把 三维模型 的各 个部件做 成 个 实 体 去 分 析 ， 种 方 法 的结 果 显 示 时只 能 用 切 割 的方 式 查 看 各 个 零 件 的应 力 、 变及 位 移 。 这 应

5液压支架强度有限元分析本章在对ZY4000/14/32型液压支架结构分析的基础上对其进行简化，使用有限元分析软件进行网格划分和面接触处理，并进行静强度分析，对求解结果进行分析，通过应力和变形云图得出的数据与实测数据进行比较分析，对液压支架的受力情况有一个了解，还为有限元的可靠性分析进行了验证，为以后液压支架的设计提供比较好的参考。

5.1有限元分析理论基础有限元分析方法的快速发展为解决复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。

利用有限元分析不仅可以模拟各种试验方案，减少试验时间和经费，还可以获得几乎任意复杂工程结构的各种机械性能信息，增加产品和工程的可靠性。

5.1.1有限元的基本思想有限元法（Finite Element Method）作为一种快捷的数值分析方法已经广泛的应用于工程分析之中,它具有实用性强，处理线性、非线性、复杂边界等工程问题方便的优点，而且计算精度高。

有限元方法是为了精确的设计计算和解决工程实际问题而发展起来的。

有限元分析的力学基础是弹性力学，而方程求解的原理是采用加权残值法或者泛函极值原理，实现的方法是数值离散技术，最后的技术载体是有限元分析软件[35~36]。

有限元法的基本思想是将一个连续的求解区域离散为一组有限的单元，并按一定的方式相互连接在一起的集合体，即用一个有限的单元的集合体来代替几何形状相同或近似相同的连续求解区域，而且单元之间只通过点连接起来，这些点称为节点。

不同的几何形状可以采用不同的单元来离散，但是任何单元都是通过节点连接在一起，通过节点传递应变和应力，所以，任何有限元方法都是通过节点的应力应变关系建立方程，利用加权残值法等数学方法求解，之后根据不同单元的内在的数学方程来求解单元内部的应应力应变，从而获得整个几何形状的应力应变[37~38]。

5.1.2有限元的基本原理和算法根据虚位移原理，在外力作用下处于平衡状态的弹性体，当发生约束所允许的任意微小虚位移时，外力在虚位移上所做的功等于弹性体内的应力在虚应变上所做的功。

摘 要 ： 用Ｐ ｏ Ｅ 件 建 ＂Ｚ ６ ０ ５ ０ 两柱 掩 护 式 液 压 支 架 的 三 堆 模 型 ， 把 模 型 导入 有 限 元 软 件 Ａ ＡＱＵ 中 进 行 分 析 ， 出 在 顶 利 ｒ／ 软 ￣ ｙ ０ ／２ ／５ 型 ｒ ｏ 井 Ｂ Ｓ 得 莱 偏 哉 底 座 扭 转 工 况 下 支 架 的 应 力 和 位 移 分 布 情 况 ， 究 的 结 果 可 以 为 液 压 支 架 的 设 计 和 结 构 优 化 提 供 参 考 依 据 。 研 关键词 ： 液压 支架 三雉建模 有限元分析 强度 分析
Ｓｃｉ ｎｃｅ ｅ ａｎ Ｔｅｃ ｄ ｈｎｏｌ Ｉ ｏｇｙ ｎｎｏｖ ｉ Ｈｅｒ ｄ ａｔ ｏｎ ａｌ
！
Ｑ ：
工 业 技 术
液 压 支 架 的三 维 建 模 及 整 架 有 限 元分 析 ①
李 玲辉 郭 文骏 巫泽睿 郑晓雯 黄 良海 （ 中国矿业大 学 （ 京 ） 电与 信息 工程 学院 北 京 １ ０ ８ 北 机 ０ ３） ０
文 采 用 Ｐ ｏ Ｅ 件 建 立 液 压 支 架 的 三 维 模 ｒ／ 软 型 ， 模 型 导 入 到 ＡＢ 将 ＡＱＵｓ 软件 进 行 有 限 元分析 ， 能够 更 好地 模拟 各 种 工况 ， 到支 得
架进 行 静 力 学 分 析 。 型 导 入ＡＢＡ 模 ＱＵＳ 中 性 设 置 为 与 支 架 相 同 。 ２． 支 架 的分 析步 设定 和 相互 作用 设定 ３ 分 析 步 设 定 过 程 中 ， 了 保 证 分 析 结 为
的 分 布 情 况 ， 是 这种 结 果误 差 比较 大 。 但 本 导 入 到 ＡＢＡＱＵＳ软 件 当 中 ， 后对 支 架 整 然 后 如 图 ４所示 。
面附件产生严 重的 应力集 中， 这种 应 力 集

ZY4000型液压支架设计及有限元分析综合机械化采煤是煤炭工业加速发展,大幅提高煤碳产能,实现煤炭工业现代化发展战略的关键措施,不但生产效率高、产量大、生产成本低廉,而且能减轻工作人员的劳动强度,是煤炭工业技术的发展方向。

液压支架是综合机械化采煤设备中最重要的设备之一,它在综合机械化采煤中起到支护顶板、推移采煤机和刮板输送机的作用,其安全性与可靠性直接影响综采工作面的安全。

本文根据赵家梁煤矿5-2号煤层的顶板条件,进行ZY4000型掩护式液压支架的开发设计以及有限元仿真分析与优化技术研究,为提高液压支架综合性能与结构改进优化提供参考。

总结了液压支架的工作原理、类型及结构特点,分析了集中外载荷作用下的液压支架整架受力状况。

采用现代液压支架设计技术,确定了液压支架架型选择、四连杆机构设计方法以及液压支架部件的结构类型,完成了 ZY4000型掩护式液压支架的开发设计。

利用PRO/E三维设计软件,建立了液压支架顶梁、底座及掩护梁等关键部件的三维实体模型,结合支架在实际工况下的工作高度,完成了液压支架三维实体装配模型,运用三维设计软件对其进行了干涉检查,避免了液压支架各部件在工作时不会出现干涉问题。

结合有限元分析理论,将液压支架三维实体模型导入ANSYS有限元分析软件,设定了边界条件、材料相关参数及外载荷大小,然后在四种不同工况条件下对支架整体及部件进行了有限元静力分析,获得了 ZY4000型液压支架整架及其关键部件应力和位移的变化规律,对支架中应力集中和位移较大的部位进行了结构优化改进,分析结果表明顶梁、掩护梁和底座的强度、刚度很好地满足了设计的要求,同时通过结构改进优化减轻了液压支架整架重量,为企业ZY4000型掩护式液压支架整体优化设计提供了依据。

本论文通过对ZY4000型掩护式液压支架整体设计及其ANSYS有限元分析优化方法进行了较为系统的研究,为液压支架的设计与分析优化提供了参考,代替了以往只能通过实际工程试验进行产品性能验证的局限性,为液压支架的结构改进与优化,提高液压支架的性能与质量具有一定的指导作用。

ZY17000/32/70D型液压支架推移机构有限元分析魏延峰,吕根帅,周玉乾（平顶山煤矿机械有限责任公司，平顶山 467001）摘 要：通过对ZY17000/32/70D型两柱掩护式液压支架的推移机构在起底过载工况和移架系统过载工况进行有限元分析，总结其位移和应力分布特点，指出其危险部位，并给出改进意见，协调各部件之间的安全系数，保证设计满足使用的要求。

关键词：液压支架；推移机构；有限元分析Finite Element Analysis of the Advancing System of ZY17000/32/70DHydraulic SupportWEI Yanfeng,LV Genshuai,ZHOU Yuqian(Pingdingshan Coal Mine Machinery Co.,Ltd., Pingdingshan 467001 China) Abstract：Through carried on the finite element analysis to advancing system of the hydraulic support in the case of base lift overload and ram system overload,could get the displacement and stress distribution of the advancing system ,then pointed out the dangerous area, and gave the improvement opinion, finally, coordinated the safety factor between parts to ensure the design meets the requirements.Key words：hydraulic support；advancing system；finite element analysis0 引言液压支架推移机构是液压支架的重要组成部分，主要有推移杆、推移千斤顶、连接头和销轴等组成，其主要作用是推刮板输送机和拉工作面液压支架，其结构和使用性能的好坏直接影响着支架的正常工作。