液压支架后连杆静力分析与结构优化.pdf

第 4期 总第 1 9 1期 2 O 1 5年 O 8月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUTOMATI ON No ．4 Aug ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 5 0 4 0 0 7 1 0 2 液压支架后连杆静力分析与结构优化 李佩 鸿 ，侯 克邦 1 ． 盐城2 r - 学院 机械 _T - 程学院 ，江 苏 盐城 2 2 4 0 0 1 ；2 ．安徽理工 大学 机械 工程学院 ，安徽 淮 南 2 3 2 0 0 1 摘要 以 TZ I 7 6 0液压支 架后连 杆为研 究对象 ，利用 P r o ／ E软件 建立 三维模 型，将其导 入 A N S Y S Wo r k b e n c h 有 限元软件 ，对后连杆进行结构静 力学分析 ，并对结构进行参数 化，以变形与应力最小为 目标 ，对后连 杆进 行优 化，为后连杆的结构优 化提供 了一定的理论依据 。 关键词 液压支架 ；后连杆 ；静 力分析 ；优化设计 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4； TP 3 9 1 ． 7 文献标识码 A 0 引言 液压支架是用来控制采煤工作面矿山压力的机械 装置 ， 不仅要维护作业安全 ， 而且还要实现支撑、 移架、 拉架 、 侧推输送机 等工序[ 1 ] 。液压支架 后连杆是液压 支架 的重要连接部件， 其与前连杆、 底座和掩护梁构成 四杆 机 构 ， 可提 高 液压 支架 灵 活性并 扩 大作 业空 间 ， 而 不同工况下 ， 液压支架后连杆可能会与掩护梁发生干 涉 ， 导致连杆结构因应力过大而损坏 j 。 本文以 TZ I 7 6 0 ／ 2 2 ／ 3 5液压 支架后 连杆 为例 ， 根 据后连杆位置与受载 ] ， 对其进行结构静力学分析 ， 在 此基础上 ， 以减小应力与变形为 目标进行优化 ， 为后连 杆的改进设计提供理论依据。 1后 连杆 的 受 力分析 T Z I 7 6 0 ／ 2 2 ／ 3 5 液压支架 整体结构复杂 ， 因此简化 各部件的三维结构为平面杆， 将各载荷看作集 中载荷对 其进行平面受力分析。液压支架整体受力如图 1 所示 。 0 图 1 液 压 支 架 整 体 受 力 图 以顶梁 、 掩护梁为分离体Ⅲ， 对 0取为力矩 ， 根据 力矩 建 立平 衡 方程 ， 得 f Q厂 Fl C O s p F z c o s y F 3 s i n a 一0 F1 s i n p F 2 s i n - } - F 3 s i n a --Q一0 ． 1 【 F 3 d 6 a t a n 3 Q厂 一 c 口 Q一0 其中 F 、 F 、 F 。 分别为前连杆 、 后连杆 、 支柱千斤顶作 用力 ； a 、 口 、 y 、 分别 为支柱千斤顶倾 角、 前连杆倾角 、 后连杆倾角和 O O 与水平线的夹角； 口 、 b 、 C 、 d分别 为 0到 O 水平距离 、 O 到水平梁距离 、 载荷 Q到 0 水 平距离、 0到支柱千斤顶距离； Q为顶板承受的集 中载 荷 ； f为顶板与顶梁间的摩擦因数。 由式 1 可 得 f F 3 C O S --y 一Q f s i n y c o s y J ～ s i n B --y ⋯ f F F a s i n a -- Q f -- F 1 c o s fl ‘ c o s y 当液压支架高度升至 3 5 0 0 mm 时， 参考 TZ I 7 6 0 ／ 2 2 ／ 3 5型液压支架 的技术参数 ， 取顶板与顶梁 间的摩 擦因数 厂 一0 ． 2 ， 根据式 2 可得出后连杆受力情况 ， 如 表 1所示 表 1 液压支架 受力情 况 支架 支柱千斤 前连杆 后连杆 顶板工 液压支 前连杆 后连杆 高度 顶倾 角 a 倾角 口 倾角 y 作阻力 Q 柱受力 F 3 受力 F 1 受 力 F 2 mm 。 。 。 kN kN k N k N 3 5 0 0 4 5 ． 5 2 6 9 ． 6 2 5 2 ． 5 7 3 4 2 6 7 9 7 3 9 5 O 3 2 5 6 2 后 连杆 模型 建 立与静 力分 析 2 ． 1 后 连 杆模 型 的建 立 为避免液压支架后连杆完全实体而对底座压力过 大 ， 其结构多由组合板和加强板组成 ， 直接在 ANS YS 建模将增大工作量 ， 因此利用 P r o ／ E软件建立后连杆 的三维模型， 对需要优化 的结构尺寸进行参数化， 并建 立 P r o ／ E与 ANS Y S的双向连接， 在不影 响总体结构 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 3 0 ；修订 日期 2 0 1 5 0 2 1 1 作者简介 李佩鸿 1 9 8 9 一 ，男 ，江苏徐州人 ，在读硕 士研究 生 ，主要研究 方向 机械设计 与矿山机械。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m