超重型中部槽推移耳板可靠性研究

李英 閆躍

摘 要：本文通過運用有限元分析軟件對中部槽推移耳板在液壓支架推移梁作用下的受力變化規律進行研究，探索推移耳板應力與位移隨拉架力的變化規律，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系，最終擬合出數學方程式，為中部槽推移耳板的設計提供理論支持。

關鍵詞：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化模型等，并進一步建立相應的有限元模型，進行了一系列的有限元仿真分析。

邊界條件設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；進一步對模型進行網格劃分。

2 推移耳板應力與位移隨拉架力的變化規律

2.1 推移耳板應力隨拉架力的變化

通過提取仿真結果，得到的應力云圖見圖1。同時，提取耳板端部圓弧應力較大的某點應力隨拉架力的變化曲線，見圖2。由于模型是線性加載，隨時間從0到1，拉架力從0增加到10000KN。因此，可以時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，在耳板端部出應力最大，因此，對耳板端部尺寸與拉架力的關系的研究，對于提高耳板可靠性具有重要意義。由圖2可知，耳板端部圓弧應力隨拉架力的增加而增大，在800MPa處達到屈服極限，并在之后繼續塑性變形，直到達到抗壓極限。

2.2 推移耳板（銷子中心）位移隨拉架力的變化規律

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

為了進一步對比不同耳板端部圓弧半徑時耳板孔的變形情況，對相應情況下銷子在拉架力方向位移隨拉架力大小的關系進行研究，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，而耳板變形、破壞的規律呈現出一致性。

3 推移耳板端部圓弧半徑與拉架力的關系

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各做一個三維模型并進行了仿真。

設置材料的屈服強度為800MPa，極限強度為1145MPa。對模型施加從0到10000KN線性增加的拉架力，并從仿真結果中提取端部圓弧半徑不同時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據，可得到此關系所滿足的數學方程為：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。

通過對比CJOYA實際的拉架力大小，可得到其拉架力的安全系數。由此可得新設計耳板在達到相同安全系數時所應承受的最大拉架力，并由此推出在耳板厚度不變的情況下滿足設計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系

為了進一步分析耳板端部厚度與拉架力的關系，對耳板厚度分別為90mm、100mm、120mm、150mm的模型進行仿真，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系。對關系曲線進行線性插值，得到了該關系曲線的方程：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實工況，僅保證公式僅在研究尺寸的范圍內成立。

5 結論

通過運用有限元分析軟件對中部槽推移耳板在液壓支架推移梁作用下的受力變化規律進行研究，得出的結論如下。

1）推移耳板在拉架力的作用下，在耳板端部處應力最大，因此，對耳板端部尺寸與拉架力的關系的研究，對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據，可得到此直線所滿足的數學方程為：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系。對關系曲線進行線性插值，得到了該關系曲線的方程：F=134.46x-969.64。

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