叉形支架的有限元分析
支架，为维护围岩稳定和保障工作安全采用的杆件式结构物或整体式构筑物。支架的应用极其广泛，工作生活中随处可以遇见。而在这其中，液压支架又属叉形支架中的典型。对于综合采煤工作面来说，液压支架是使用频率最高的装备，也是极其重要的生产技术装备，所以，液压支架的正常稳定运行是保证其高产高效的关键。基于这些原因，在液压支架的开发设计过程中，支架的安全可靠性性以及技术上的重点，都是本文基于已有的液压支架的相关知识的研究内容。针对本文需要研究的液压支架，首先通过SolidWorks软件进行相关建模，导入有限元，分析其元部件的应力应变的变化情况，最后得到支架模型不同工况下不同零部件受到的应力、载荷等的应力云图。通过应力云图的相关分析，最后得到液压支架在设计以及应力分析时需要特别注意的有效意见。关键词 叉形支架，液压支架，三维建模，有限元分析
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状和发展趋势 1
1.3 支架的设计方法及存在问题 4
1.4 本文研究内容及技术路线 4
2 支架的组成及结构设计 5
2.1 支架的组成 5
2.2 支架主要结构件及作用 5
2.3 支架的架型 8
3 有限元分析概述 9
3.1 有限元分析简介 9
3.2 有限元分析的基本特点 10
3.3 有限元法的发展历程 11
3.4 有限元分析软件 12
4 SolidWorks建模及有限元分析 13
4.1 支架部件及装配图 13
4.2 有限元分析 17
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
我国的煤炭储量十分丰富，为我国的经济建设及发展提供了巨大的贡献。而液压支架作为现时代综合机械采煤必备的配套设施之一，亦是在我国煤矿业起到至关重要的作用。
1.1 课题的背景
正如我们所知道的，我国的煤炭资源相对较为充足，每年的产量和销量都比较多。近年来，随着经济建设的高速发展，使得原本的年产量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
已供应不上各种使用及生产需求，严重的耽误了我国各种生产工作的展开。在这种背景之下，国家开始积极鼓励相关部门去开发新的工艺技术，力求通过提高工艺技术水准以从实质上在提高煤炭产量的同时保证其品质。在这个开发创新的大环境中，液压支架技术这一种机械化水平极高的装置适时地被应用到我国的煤矿工业之中。而目前，我国也正极力推荐使用以液压支架技术为基础所创新的综合机械装置，不仅因为它能够有效地降低工作人员的工作量，还能挺高生产的利润，以及完善我们的传统工作模式，这在当时的形势下，是应该极力推行使用的生产工艺。
1.2 国内外研究现状和发展趋势
1.2.1 国外支架发展概述
垛式液压支架的首次面市是在1954年，由英国的研究部门研究开发。而法国也不甘示弱，紧随其后地公布了研究成果，即节式液压支架。并且节式液压支架因其实用性很快取代了之前长期使用的木制支架以及金属摩擦支架的地位，是煤矿地面支护设施研发的一次重大突破。而前苏联方面同样实力雄厚，在六十年代研究了具有四连杆机构的OMKT型支撑掩护式支架，并做出了大量改进，稳定了支架两端端距，使支架的研发再次得到创新，并在世界上掀起了一段支架研发狂潮。七十年代期间，主要是提出了对液压支架使用“立即支护”的设计方式；八十年代期间，前西德赫母夏特公司的研发人员的研究取得了突破式进展，成功地研发出了一种架身最高高度可达六米的新型掩护式支架。
八十年代以来，世界各大煤矿主要开采国家一直在为实现矿井集中生产而努力，力求实现减少施工面积提高产量、减少劳动力提高效益、降低成本。他们踊跃地加入到利用新技术进行的研究行列当中，力求研制出新一代的重型液压支架，且要保证其各项性能得到极大提高，可靠性也要能得到保障。新研制出的液压支架大多使用了电液控制阀进行控制，而控制阀的驱动则使用了微型电机或电磁铁。为了测出支架在实际工况中的位移量，在推移千斤顶上装配了能有效测出位移量的位移传感器，同时，采煤机上也装配了能有效起到保护及预警作用的红外线传感装置，支架立柱缸的直径亦超过了400毫米。为了节省切割煤矿所用的时间，一般截取的深度为0.8～l米，支架所采用的钢板则要确保屈服强度在800～1000MPa之间，这样一来，支架既具备了良好的冷焊性能，又有足够高的韧性、强度和硬度[1]。随着壁上工作面的长度越来越长，支架的移动距离也显加长，而快速移架也会显得困难。为了达到这一环境所要求达到的快速移架，国外针对这一情况开始大量采用额定压力为40～50MPa，额定流量400～500L/min的高压大流量乳化液泵站，因为其能够满足工作面成组或成排快速移架的需求的可达到6～8s/架[2]。
1.2.2 国内支架发展历程
1973年以来，我们国家从英国、德国等国家开始大规模地引入一些先进的综采设施，并进行了研究分析与消化改进，从中总结出一套较为完善的研制体系。我国液压支架的主要发展历程大致可可分为以下几个阶段：
(1)学习研究阶段：20世纪70年代初，我国便已经开始了对液压支架所进行的各项研究。可惜的是当时的基础设备的缺乏，各方面的基础知识也很匮乏，所有的东西都要从头开始学，研制所需要的各种材料等也都需要经过各种研究和实验过后才能使用。直到1964年，太原分院和郑州煤机厂突破了重重困难，终于成功联合研发出了70型迈步式自移支架，自此，我国的液压支架的研制正式起步了。在那之后，经过众多科技工作者们的苦苦专研、辛勤研发，我国终于又先后成功研发出了垛式、节式和掩护式等多种液压支架[3]。虽然这些刚研制出的支架的性能相对较差，可靠性也不是很高，但是却实实在在地为我国今后在液压支架上的各大研究突破打下了坚实的基础，同时也累积了大量的研发经验。
(2)创新发展阶段：20世纪70年代末至80年代初，我国开始从国外多次大量地引进各式不同的支架，特别是在最后一批，我国一共引进了100多套综采设备，且均是当时西方国家的比较先进的设施，在引进的设施中，包括大量的液压支架，其中，二柱掩护式和四柱支撑式占了各种液压支架的极大一部分，并且这些支架的各项参数以及性能都相当不错，与我国之前所研究的支架相比在各个层次上都有极大地突破[4]。 在这之后，通过对这些引进的支架的各项研究，我国各地研发人员先后研发出多种新型支架。其中比较有纪念意义的则是最先在沈阳蒲河研发出的适合不同水平分层的放顶煤支架以及适合各类用途的QY和ZY系列支架。
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状和发展趋势 1
1.3 支架的设计方法及存在问题 4
1.4 本文研究内容及技术路线 4
2 支架的组成及结构设计 5
2.1 支架的组成 5
2.2 支架主要结构件及作用 5
2.3 支架的架型 8
3 有限元分析概述 9
3.1 有限元分析简介 9
3.2 有限元分析的基本特点 10
3.3 有限元法的发展历程 11
3.4 有限元分析软件 12
4 SolidWorks建模及有限元分析 13
4.1 支架部件及装配图 13
4.2 有限元分析 17
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
我国的煤炭储量十分丰富，为我国的经济建设及发展提供了巨大的贡献。而液压支架作为现时代综合机械采煤必备的配套设施之一，亦是在我国煤矿业起到至关重要的作用。
1.1 课题的背景
正如我们所知道的，我国的煤炭资源相对较为充足，每年的产量和销量都比较多。近年来，随着经济建设的高速发展，使得原本的年产量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
已供应不上各种使用及生产需求，严重的耽误了我国各种生产工作的展开。在这种背景之下，国家开始积极鼓励相关部门去开发新的工艺技术，力求通过提高工艺技术水准以从实质上在提高煤炭产量的同时保证其品质。在这个开发创新的大环境中，液压支架技术这一种机械化水平极高的装置适时地被应用到我国的煤矿工业之中。而目前，我国也正极力推荐使用以液压支架技术为基础所创新的综合机械装置，不仅因为它能够有效地降低工作人员的工作量，还能挺高生产的利润，以及完善我们的传统工作模式，这在当时的形势下，是应该极力推行使用的生产工艺。
1.2 国内外研究现状和发展趋势
1.2.1 国外支架发展概述
垛式液压支架的首次面市是在1954年，由英国的研究部门研究开发。而法国也不甘示弱，紧随其后地公布了研究成果，即节式液压支架。并且节式液压支架因其实用性很快取代了之前长期使用的木制支架以及金属摩擦支架的地位，是煤矿地面支护设施研发的一次重大突破。而前苏联方面同样实力雄厚，在六十年代研究了具有四连杆机构的OMKT型支撑掩护式支架，并做出了大量改进，稳定了支架两端端距，使支架的研发再次得到创新，并在世界上掀起了一段支架研发狂潮。七十年代期间，主要是提出了对液压支架使用“立即支护”的设计方式；八十年代期间，前西德赫母夏特公司的研发人员的研究取得了突破式进展，成功地研发出了一种架身最高高度可达六米的新型掩护式支架。
八十年代以来，世界各大煤矿主要开采国家一直在为实现矿井集中生产而努力，力求实现减少施工面积提高产量、减少劳动力提高效益、降低成本。他们踊跃地加入到利用新技术进行的研究行列当中，力求研制出新一代的重型液压支架，且要保证其各项性能得到极大提高，可靠性也要能得到保障。新研制出的液压支架大多使用了电液控制阀进行控制，而控制阀的驱动则使用了微型电机或电磁铁。为了测出支架在实际工况中的位移量，在推移千斤顶上装配了能有效测出位移量的位移传感器，同时，采煤机上也装配了能有效起到保护及预警作用的红外线传感装置，支架立柱缸的直径亦超过了400毫米。为了节省切割煤矿所用的时间，一般截取的深度为0.8～l米，支架所采用的钢板则要确保屈服强度在800～1000MPa之间，这样一来，支架既具备了良好的冷焊性能，又有足够高的韧性、强度和硬度[1]。随着壁上工作面的长度越来越长，支架的移动距离也显加长，而快速移架也会显得困难。为了达到这一环境所要求达到的快速移架，国外针对这一情况开始大量采用额定压力为40～50MPa，额定流量400～500L/min的高压大流量乳化液泵站，因为其能够满足工作面成组或成排快速移架的需求的可达到6～8s/架[2]。
1.2.2 国内支架发展历程
1973年以来，我们国家从英国、德国等国家开始大规模地引入一些先进的综采设施，并进行了研究分析与消化改进，从中总结出一套较为完善的研制体系。我国液压支架的主要发展历程大致可可分为以下几个阶段：
(1)学习研究阶段：20世纪70年代初，我国便已经开始了对液压支架所进行的各项研究。可惜的是当时的基础设备的缺乏，各方面的基础知识也很匮乏，所有的东西都要从头开始学，研制所需要的各种材料等也都需要经过各种研究和实验过后才能使用。直到1964年，太原分院和郑州煤机厂突破了重重困难，终于成功联合研发出了70型迈步式自移支架，自此，我国的液压支架的研制正式起步了。在那之后，经过众多科技工作者们的苦苦专研、辛勤研发，我国终于又先后成功研发出了垛式、节式和掩护式等多种液压支架[3]。虽然这些刚研制出的支架的性能相对较差，可靠性也不是很高，但是却实实在在地为我国今后在液压支架上的各大研究突破打下了坚实的基础，同时也累积了大量的研发经验。
(2)创新发展阶段：20世纪70年代末至80年代初，我国开始从国外多次大量地引进各式不同的支架，特别是在最后一批，我国一共引进了100多套综采设备，且均是当时西方国家的比较先进的设施，在引进的设施中，包括大量的液压支架，其中，二柱掩护式和四柱支撑式占了各种液压支架的极大一部分，并且这些支架的各项参数以及性能都相当不错，与我国之前所研究的支架相比在各个层次上都有极大地突破[4]。 在这之后，通过对这些引进的支架的各项研究，我国各地研发人员先后研发出多种新型支架。其中比较有纪念意义的则是最先在沈阳蒲河研发出的适合不同水平分层的放顶煤支架以及适合各类用途的QY和ZY系列支架。
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