超重型中部槽推移耳板可靠性研究

李英 閆躍

摘 要：本文通過運(yùn)用有限元分析軟件對(duì)中部槽推移耳板在液壓支架推移梁作用下的受力變化規(guī)律進(jìn)行研究，探索推移耳板應(yīng)力與位移隨拉架力的變化規(guī)律，并分析了推移耳板端部圓弧半徑、推移耳板端部厚度與拉架力的關(guān)系，最終擬合出數(shù)學(xué)方程式，為中部槽推移耳板的設(shè)計(jì)提供理論支持。

關(guān)鍵詞：中部槽；推移耳板；液壓支架；拉架力

1 有限元模型的建立

為了研究中部槽推移耳板在液壓支架推移梁作用下的受力變化規(guī)律，以CJOYA為中部槽原型，分別建立不同推移耳板端部圓弧半徑及厚度的三維模型、推移十字頭上銷子簡(jiǎn)化模型等，并進(jìn)一步建立相應(yīng)的有限元模型，進(jìn)行了一系列的有限元仿真分析。

邊界條件設(shè)置為將槽幫與中板及底板貼合的面固定；在銷子中心位置線性加載；進(jìn)一步對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

2 推移耳板應(yīng)力與位移隨拉架力的變化規(guī)律

2.1 推移耳板應(yīng)力隨拉架力的變化

通過提取仿真結(jié)果，得到的應(yīng)力云圖見圖1。同時(shí)，提取耳板端部圓弧應(yīng)力較大的某點(diǎn)應(yīng)力隨拉架力的變化曲線，見圖2。由于模型是線性加載，隨時(shí)間從0到1，拉架力從0增加到10000KN。因此，可以時(shí)間代替拉架力作為橫軸。

由圖1可知，推移耳板在拉架力的作用下，在耳板端部出應(yīng)力最大，因此，對(duì)耳板端部尺寸與拉架力的關(guān)系的研究，對(duì)于提高耳板可靠性具有重要意義。由圖2可知，耳板端部圓弧應(yīng)力隨拉架力的增加而增大，在800MPa處達(dá)到屈服極限，并在之后繼續(xù)塑性變形，直到達(dá)到抗壓極限。

2.2 推移耳板（銷子中心）位移隨拉架力的變化規(guī)律

在拉架力較小時(shí)，耳板處于線彈性階段，其變形隨拉架力增加而線性增加；當(dāng)拉架力逐漸增大后，部分材料超過屈服極限，產(chǎn)生額外的塑性變形，并且最終失效而破壞。

為了進(jìn)一步對(duì)比不同耳板端部圓弧半徑時(shí)耳板孔的變形情況，對(duì)相應(yīng)情況下銷子在拉架力方向位移隨拉架力大小的關(guān)系進(jìn)行研究，得出隨著耳板端部圓弧半徑的增大，耳板承受拉架力的能力也逐漸增強(qiáng)，而耳板變形、破壞的規(guī)律呈現(xiàn)出一致性。

3 推移耳板端部圓弧半徑與拉架力的關(guān)系

此仿真模型使用CJOYA型中部槽，拉移耳板端部厚度為90mm，端部圓弧半徑從90mm到115mm各做一個(gè)三維模型并進(jìn)行了仿真。

設(shè)置材料的屈服強(qiáng)度為800MPa，極限強(qiáng)度為1145MPa。對(duì)模型施加從0到10000KN線性增加的拉架力，并從仿真結(jié)果中提取端部圓弧半徑不同時(shí)耳板承受的最大拉架力。得出隨著耳板端部圓弧半徑的增加，耳板能承受的最大拉架力線性增加。通過提取線性插值后的數(shù)據(jù)，可得到此關(guān)系所滿足的數(shù)學(xué)方程為：F=71.536R+130.9

式中F為拉架力，單位為KN；R為端部圓弧半徑，單位為mm。

通過對(duì)比CJOYA實(shí)際的拉架力大小，可得到其拉架力的安全系數(shù)。由此可得新設(shè)計(jì)耳板在達(dá)到相同安全系數(shù)時(shí)所應(yīng)承受的最大拉架力，并由此推出在耳板厚度不變的情況下滿足設(shè)計(jì)要求的耳板端部圓弧半徑。

4 推移耳板端部厚度與拉架力的關(guān)系

為了進(jìn)一步分析耳板端部厚度與拉架力的關(guān)系，對(duì)耳板厚度分別為90mm、100mm、120mm、150mm的模型進(jìn)行仿真，最終得到了推移耳厚度與其承受的最大拉架力的關(guān)系曲線，最終得出耳板端部厚度與所承受的最大拉架力呈近似線性關(guān)系。對(duì)關(guān)系曲線進(jìn)行線性插值，得到了該關(guān)系曲線的方程：F=134.46x-969.64

式中F為拉架力，單位為KN；x為耳板端部厚度，單位為mm。由于該問題研究源于現(xiàn)實(shí)工況，僅保證公式僅在研究尺寸的范圍內(nèi)成立。

5 結(jié)論

通過運(yùn)用有限元分析軟件對(duì)中部槽推移耳板在液壓支架推移梁作用下的受力變化規(guī)律進(jìn)行研究，得出的結(jié)論如下。

1）推移耳板在拉架力的作用下，在耳板端部處應(yīng)力最大，因此，對(duì)耳板端部尺寸與拉架力的關(guān)系的研究，對(duì)于提高耳板可靠性具有重要意義；

2） 隨著耳板端部圓弧半徑的增加，耳板能承受的最大拉架力線性增加。通過提取線性插值后的曲線上的數(shù)據(jù)，可得到此直線所滿足的數(shù)學(xué)方程為：F=71.536R+130.9；

3）耳板端部厚度與所承受的最大拉架力呈近似線性關(guān)系。對(duì)關(guān)系曲線進(jìn)行線性插值，得到了該關(guān)系曲線的方程：F=134.46x-969.64。

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