鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院 唐正偉 陸從相

Workbench在液壓支架疲勞壽命分析中的應(yīng)用

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院 唐正偉 陸從相

基于頂梁兩端加載及底座對(duì)角加載這種工況下支架整架靜力學(xué)強(qiáng)度分析，對(duì)支架整架疲勞壽命進(jìn)行預(yù)估，發(fā)現(xiàn)符合壓架試驗(yàn)中循環(huán)加載的次數(shù)。本文為設(shè)計(jì)高質(zhì)量的液壓支架提供一定的理論依據(jù)，并且方便在早期設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行壽命估算。

液壓支架；Workbench；疲勞壽命

引言

液壓支架是采煤時(shí)的保護(hù)裝置，其作用是保證工人安全及各項(xiàng)工作的正常進(jìn)行，特別是對(duì)安全的要求，包括井下工作人員的安全、設(shè)備與整個(gè)綜合采煤工作面安全。液壓支架在采煤支撐過程中，工況相當(dāng)復(fù)雜，而且長期受到動(dòng)載荷的影響，因此疲勞破壞是液壓支架失效的主要形式。怎樣估算疲勞壽命成為我們一直關(guān)注的焦點(diǎn)。孫鵬飛[2]利用參數(shù)化建模的方法估算了液壓支架的疲勞壽命。

本文以液壓支架靜力學(xué)分析為基礎(chǔ)，運(yùn)用ANSYS Workbench對(duì)支架疲勞壽命進(jìn)行分析。

1 支架整架靜力學(xué)分析基礎(chǔ)

依據(jù)靜力學(xué)分析基礎(chǔ)，我們得到液壓支架得到的應(yīng)力結(jié)果云圖，如圖1所示。

圖1 頂梁兩端加載及底座對(duì)角加載靜應(yīng)力云圖

2 液壓支架壽命預(yù)測

圖2 疲勞分析流程圖

疲勞壽命的估算通?？梢苑譃閮蓚€(gè)步驟，第一步是根據(jù)載荷和幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變歷史；第二步是根據(jù)得到的參數(shù)響應(yīng)，并且與材料的性能參數(shù)結(jié)合，進(jìn)行壽命預(yù)測估算。疲勞分析流程圖如圖2所示。

2.1 疲勞參數(shù)設(shè)定

在static structural模塊的solution中插入fatigue tools工具，液壓支架主體結(jié)構(gòu)部件為焊接件，表面存在材料缺陷及應(yīng)力集中現(xiàn)象，取疲勞強(qiáng)度系數(shù)為0.8[3]，按照耐久性試驗(yàn)的規(guī)定，通過軟件編制液壓支架載荷譜數(shù)據(jù)文件fatigue.dat，選擇應(yīng)力壽命方法，設(shè)置完畢。

2.2 材料設(shè)置

在Geometry選項(xiàng)，為每個(gè)部件定義材料的屬性。

2.3 求解

在插入life選項(xiàng)，得到結(jié)果的云圖（如圖3所示）。

圖3 life云圖

由圖3我們可以看到，整架模型在試驗(yàn)中實(shí)際的壽命可以達(dá)到百萬次。

3 結(jié)語

依據(jù)靜力學(xué)分析，液壓支架最大應(yīng)力值達(dá)到546MPa，在超載時(shí)極易發(fā)生破壞，這與支架在壓架試驗(yàn)時(shí)相符合。通過fatigue模塊計(jì)算壽命，發(fā)現(xiàn)符合壓架試驗(yàn)中規(guī)定的循環(huán)加載次數(shù)。

通過以上研究我們可以發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用ANSYS Workbench對(duì)液壓支架進(jìn)行整體模型的研究，計(jì)算結(jié)果精確度高，可以為后期進(jìn)行液壓支架各個(gè)零部件有限元分析提供參考。

[1]王國法,史元偉,陳忠怒等.液壓支架技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1999.

[2]孫鵬飛,佟林陽,王宇等.基于Ansys軟件的液壓支架參數(shù)化有限元疲勞分析[J].煤礦機(jī)械,2011(11).

[3]陳超,陳榮娜,鞏子天縱等.ZZ10800/22/45液壓支架強(qiáng)度及疲勞分析[J].煤炭技術(shù),2014(05).

唐正偉，男，1989年出生，江蘇鹽城人，碩士研究生。