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    煤礦沿空留巷模板支架偏載的有限元分析

    發(fā)布于:2024-05-28 18:32
    有限元分析

          沿空留巷模板支架是實(shí)現綠色開(kāi)采的重要設備之一,是實(shí)現沿空留巷的關(guān)鍵設備,現已廣泛應用于高瓦斯煤礦,其不僅需要滿(mǎn)足普通液壓支架的功能,而且需要給巷旁充填體的形成提供足夠的空間和時(shí)間,故對沿空留巷模板支架的強度提出了較高的要求,其中,偏載對其破壞程度相比其他工況要嚴重得多。因此,筆者主要針對沿空留巷模板支架前部的ZZTM10300/17.5/30H型模板支架在偏載時(shí)的受力進(jìn)行有限元分析。
          ZZTM10300/17.5/30H型模板支架是六柱支撐掩護式液壓支架,現借鑒模板支架其他受力情況的加載方式進(jìn)行加載。
          采用組合加載的方式,以頂梁與后頂梁受力相似為前提,底座主要采用集中載荷和扭轉2種加載方式,如圖所示;頂梁和后頂梁主要采用偏載Ⅰ(同側)和偏載Ⅱ(異側)2種加載方式,如圖所示。二者組合便有4種加載方式,如表1所列。圖1、2中各字母的取值均按照GB25974.1—2010《煤礦用液壓支架 第1部分:通用技術(shù)條件》的規定選取。
          ZZTM10300/17.5/30H型模板支架的最小高度Hmin=1750mm,根據GB25974.1—2010《煤礦用液壓支架 第1部分:通用技術(shù)條件》的規定:偏載試驗時(shí),支架高度為支架最小高度加300mm,所以,偏載有限元分析時(shí),支架高度H應為2050mm。依據文獻的簡(jiǎn)化原則,建立了模板支架三維模型。根據模板支架所選用的鋼材Q690,設置材料密度、彈性模量和泊松比分別為7850kg/m3、200GPa和0.3,再對模板支架三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,生成有限元模型。模板支架三維模型和有限元模型如圖3所示。經(jīng)網(wǎng)格檢查,所劃分的網(wǎng)格較為均勻,滿(mǎn)足模板支架偏載有限元分析的要求。
          在進(jìn)行模板支架偏載有限元分析時(shí),采用在不同位置放置墊塊的方式來(lái)模擬模板支架的受力工況,且采用內加載的方式,將墊塊當作邊界條件來(lái)處理,外力只有6根立柱對頂梁(后頂梁)和底座上柱窩所加的力。墊塊在垂直方向的平移自由度均需加以約束,底座墊塊下表面全自由度約束。
          ZZTM10300/17.5/30H型模板支架工作阻力為10300kN,其中,頂梁與底座之間單根立柱工作阻力為2000kN,而后頂梁與底座之間單根立柱工作阻力為1150kN。根據GB25974.1—2010《煤礦用液壓支架 第1部分:通用技術(shù)條件》的規定:偏載試驗時(shí),按1.1倍工作阻力加載。因此,頂梁與底座之間單根立柱所施加載荷為2200kN;后頂梁與底座之間單根立柱所施加載荷為1265kN。
          由于柱窩和立柱為球面接觸,對球面載荷的處理較復雜,為了便于載荷的施加,裝配時(shí),分別在頂梁(后頂梁)和底座柱窩處裝配立柱的一部分,從而將載荷施加在活柱和外缸的橫截面上。根據S=D2/4,分別計算出各活柱和外缸缸底橫截面積;再根據P=F/S,計算出所保留下來(lái)的活柱和缸底截面上所施加的面載荷。
          在模板支架底座集中載荷的前提下,頂梁及后頂梁偏載分2種情況,即偏載Ⅰ和偏載Ⅱ。運用ANSYS Workbench進(jìn)行有限元分析,從而得出這2種工況下整架及其零部件的最大應力。


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