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基于ANSYS支架托梁结构改进和强度分析

ca88亚洲城:2017-01-15 16:53
强度分析

      液压支架是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的设备。滑移液压支架结构如图所示,滑移液压支架由前伸梁、顶梁、托梁、滑动梁和立柱组成,而托梁是一方形的箱体结构,分前、后两个托梁,由托梁连接框将前后两托梁相连。为了研究滑移液压支架托梁可靠性的分析方法,研究中以滑移液压支架为例,介绍了利用PRO/E软件对液压支架托梁建模与ANSYS软件实现托梁的亚洲城88相结合的方法。
      模型采用PRO/E三维建模软件构件,所有尺寸均严格按照图样要求进行绘制。所建立的滑移液压支架托梁模型如图所示。由于图形关于坐标平面对称,在进行ANSYS分析时选取模型的一半进行分析即可。在托梁其中一侧的4个销轴孔受均布载荷的拉力情况下,对支架托梁进行有限元力学分析,具体分析步骤如下:(1)定义单元类型,选择StructualSolidBriek8node45;(2)定义材料属性,材料弹性模量为2x105Pa,泊松比为0.3;(3)进行静力学网格划分;(4)设置边界条件,在托梁与顶梁销轴连接处的地方设置全约束,即Ux=0,Uy=0,Uz=0;(5)对托梁其中一侧的4个销轴孔施加均布载荷,并分析求解。托梁的节点应力分布图如图所示,托梁偏载的位移等值图如图所示。从图中可看出,在均布载荷的受力下,销轴孔承受的应力最大,通过查询可知,最大应力处的节点应力值为225MPa,出现有明显的应力集中,并且已经超过了材料的疲劳极限220MPa,极有可能造成托梁被拉断、破裂等强度破坏形式。托梁的销轴孔是应力危险区,也是该结构件的薄弱环节。因此,提高托梁的强度应该从改善托梁的结构做起,减少应力集中,减小最大应力。
      根据滑移液压支架的工作情况,工作面支架通过托梁连为整体,具有较强的整体性结构,在支柱初撑力满足要求的前提下,应该保证支架不倾倒、不歪扭。而托梁薄壁板的受力集中现象比较明显,受到强大拉力或者压力时,孔的形状大小都极容易产生变形。因此在不影响托梁套的连接情况下,在托梁的两侧分别加10mm厚的薄板固定,可以对受力情况有所改善,减小孔变形的机率。两侧增加10mm厚板的托梁模型如图所示,经ANSYS分析后的托梁节点应力分布等值图如图所示。可以看出,最大应力处的节点应力值降为184MPa,比改进前减小了19%左右。在托梁薄板平面上的两个孔间距越大,应力集中越明显,当受到强大拉力时极容易产生变形等强度损坏。为提高强度、减小应力集中的现象,减小孔间距可以对危险截面的受力情况有所改进。改进前托梁两侧轴孔间的距离为70mm,改进后其距离为60mm。减小两侧轴孔间距的托梁模型如图所示,经ANSYS分析后的托梁节点应力分布等值图如图所示。可以看出,最大应力处的节点应力值降为187MPa,比改进前减小了巧%左右。在前两个方案的基础上,把二者结合起来,采纳第1种方案在托梁的两侧分别加70mm厚的板,同时应用第2种方案减小孔的间距,使托梁两侧轴孔间的距离由70mm减小到60mm。对托梁的结构和受力进行改进,减小最大应力及应力集中。两侧分别加70mm厚板同时减小孔间距的托梁模型如图所示,经ANSYS分析后的托梁节点应力分布等值图如图所示,托梁偏载的位移等值图如图所示。可以看出,最大应力处的节点应力值降为163MPa,比改进前减小了28%左右,应力集中状况得到改善回。综上对比,该方案对改善托梁的结构和受力是最有效的,改进后的托梁受力情况大大好转,其结构更加合理。
      采用PRO/E软件完成对滑移液压支架托梁的三维建模,并在此基础上逐步进行托梁结构的优化和改进,然后用ANSYS软件对托梁进行有限元力学强度分析。在不需要进行大量统计实验的条件下得出了托梁在改进前后的应力分布等值图和偏载位移等值图。这样的设计过程不仅降低了研发成本、缩短了开发周期,而且提高了产品的设计效率和产品质量,对滑移液压支架整体的设计分析具有很好的指导意义。


                                                                                  专业从事机械产品设计│亚洲城88│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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