梁　浩

（山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寺河煤礦， 山西　晉城　048205）

1　液壓支架三維模型創(chuàng)建

建模之前首先要把握液壓支架的結(jié)構(gòu)如：底座、前連桿、后連桿、掩護(hù)梁、頂梁、伸縮梁、托板、三級(jí)護(hù)幫板、兩排三級(jí)立柱、掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板、頂梁側(cè)護(hù)板、平衡千斤頂、抬底千斤頂、側(cè)護(hù)板千斤頂、伸縮梁千斤頂、護(hù)幫板千斤頂、推移千斤頂以及各部件之間聯(lián)接所需的銷軸。為了提高模型在Adams中仿真速度，對(duì)支架仿真運(yùn)算影響較小的部件進(jìn)行忽略，利用三維建模軟件UG對(duì)底座、前連桿、后連桿、掩護(hù)梁、頂梁、伸縮梁、兩排三級(jí)立柱、平衡千斤頂進(jìn)行三維建模。由于液壓支架中主要為板件焊接結(jié)構(gòu)，故采用裝配建模的方式將板件裝配成一個(gè)整體，按照實(shí)際液壓支架各零部件的約束關(guān)系進(jìn)行裝配，最終得到裝配完成的液壓支架，如圖1所示。

2　液壓支架Adams模型建立

將液壓支架簡(jiǎn)化模型導(dǎo)入Adams后，需對(duì)其材料、單位以及坐標(biāo)系重力參數(shù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。液壓支架各部件間通過(guò)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行連接，底板與Adams軟件中g(shù)round之間施加固定副、底座與前后連桿實(shí)際旋轉(zhuǎn)副、掩護(hù)梁與前后連桿施加旋轉(zhuǎn)副、頂梁與掩護(hù)梁施加旋轉(zhuǎn)副、立柱以及平衡千斤頂之間施加移動(dòng)副（由于支架實(shí)際工作中在某支撐高度下其立柱以及平衡千斤頂是固定不變的，為了便于仿真立柱以及平衡千斤頂施加固定約束）、立柱與底座頂梁之間施加球副，并在底座與底板施加接觸力，液壓支架Adams模型如圖2所示。

3　立柱傾角對(duì)液壓支架穩(wěn)定性影響分析

液壓支架的穩(wěn)定性是指液壓支架在正常工采煤工作面中在外界載荷以及頂?shù)装鍡l件等因素影響下支架發(fā)生傾倒、側(cè)翻等情況的可能性。對(duì)于多剛體系統(tǒng)，理論上可采用以牛頓歐拉方程為代表的矢量力學(xué)方法和以拉格朗日方程為代表的分析力學(xué)方法，但隨著剛體數(shù)目的增加，方程復(fù)雜度成倍增長(zhǎng)，尋求其解很復(fù)雜。應(yīng)用ADAMS進(jìn)行仿真分析，根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)模型，可自動(dòng)建立系統(tǒng)拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程及相應(yīng)的約束方程，并自動(dòng)求解。因此通過(guò)Adams對(duì)液壓支架進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，研究其在不同立柱傾角下液壓支架的穩(wěn)定性。

圖1　液壓支架三維模型

圖2　液壓支架Adams模型

3.1　液壓支架Adams仿真

通過(guò)查取相關(guān)資料及工作經(jīng)驗(yàn)可知，通過(guò)調(diào)整底座柱窩的位置來(lái)改變支架立柱的傾角可以對(duì)支架的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，為了對(duì)比分析本液壓支架的穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)本支架底座柱窩位置調(diào)整來(lái)改變立柱的傾角，即支架未修改（立柱傾角8.1°）、支架修改一（底座柱窩位置前移40 mm，此時(shí)立柱傾角7.5°）、支架修改二（底座柱窩位置前移80 mm，此時(shí)立柱傾角6.7°）、支架修改三（底座柱窩位置后移40 mm，此時(shí)立柱傾角8.8°），如表1所示。通過(guò)分析不同傾角下本液壓支架的承受力與傾翻關(guān)系，來(lái)確定立柱傾角對(duì)液壓支架穩(wěn)定性的影響。

表1　支架相關(guān)參數(shù)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可知頂板對(duì)支架反作用力的作用點(diǎn)在頂梁長(zhǎng)度的1/3處位置，如圖3中所示A點(diǎn)，考慮支架實(shí)際受力不為集中載荷，支架失穩(wěn)主要因?yàn)轫斄呵岸耸芰^(guò)大而發(fā)生傾倒，故在頂梁前端和柱窩1/2的位置施加集中力如圖3中B點(diǎn)。加載實(shí)驗(yàn)時(shí)支架實(shí)驗(yàn)的高度為3.6 m。

圖3　液壓支架

將建好模型以及修改的模型導(dǎo)入Adams中，分別在A點(diǎn)、B點(diǎn)施加集中載荷，仿真分析支架傾翻時(shí)，A點(diǎn)、B點(diǎn)集中力的最大值，根據(jù)不同的情況對(duì)液壓支架進(jìn)行仿真分析。

3.2　仿真分析結(jié)果

在仿真分析中，當(dāng)工作面傾角超過(guò)20°時(shí)支架發(fā)生滑移現(xiàn)象，因此本液壓支架應(yīng)用在傾角大于20°以上時(shí)，工作面需要安裝防滑防倒裝置。因?yàn)橐簤褐Ъ茉趯?shí)際應(yīng)用中，支架整體受力大小不會(huì)超過(guò)8 000 kN，故在A點(diǎn)加載的載荷最大值為8 000 kN，若支架在8 000 kN作用力下仍穩(wěn)定，則支架穩(wěn)定。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理，可得到支架對(duì)比分析圖，如圖4所示。

圖4　支架修改對(duì)比分析圖

4　結(jié)論

通過(guò)圖4數(shù)據(jù)對(duì)比我們可以看出：在同一工作面傾角下，支架的傾翻極限力大小順序?yàn)橹Ъ苄薷囊?、支架修改二、支架未修改、支架修改三，即立柱傾角為7.5°時(shí)，支架傾翻極限力最大；同一液壓支架在不同傾角的工作面中，隨著工作面傾角的增大，支架B點(diǎn)所能施加的作用力越來(lái)越小。因此，通過(guò)調(diào)整液壓支架立柱的傾角可以提高液壓支架的穩(wěn)定性。本文研究分析液壓支架的立柱傾角為7.5°時(shí)，液壓支架穩(wěn)定性最高。

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