2.2應(yīng)力分析
   
    利用Cosmos/works有限元分析軟件可對支架數(shù)字實(shí)體模型進(jìn)行應(yīng)力分析，找到應(yīng)力分布規(guī)律，確定安全系數(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸。
   
    目前支架應(yīng)力分析方法通常采用傳統(tǒng)的材料力學(xué)和彈性力學(xué)來進(jìn)行分析。傳統(tǒng)計(jì)算方法主要進(jìn)行平面力系計(jì)算，空間力學(xué)計(jì)算比較困難，而且無法處理一些結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度問題，如過橋的強(qiáng)度分析，使得計(jì)算簡略而缺乏可靠性。
   
    當(dāng)前比較先進(jìn)的強(qiáng)度分析方法是有限元法，有限元法是求解數(shù)理方程的一種數(shù)值方法，它是將彈性理論、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)軟件有機(jī)地結(jié)合在一起的一種數(shù)值分析技術(shù)，由丁它快速、高效地解決了許多學(xué)科和實(shí)際工程問題，因而得到逐步的推廣應(yīng)用。
   
    支架有限元強(qiáng)度計(jì)算以液壓支架通用技術(shù)條件為依據(jù)。根據(jù)實(shí)際需要，進(jìn)行靜力強(qiáng)度計(jì)算。加載方式采用組合加載方式進(jìn)行計(jì)算，相對國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)檢測出液壓支架的安全性。
   
    在計(jì)算中不把墊塊的作用力當(dāng)作外力來考慮，而是把墊塊的作用力當(dāng)作邊界條件來處理。由于將墊塊作為結(jié)構(gòu)的邊界約束條件來處理，因此，對于掩護(hù)式支架來說，其外載只有立柱對頂梁、底座柱窩所加的載荷。由于柱窩同立柱的作用屬于接觸問題，處理起來較為復(fù)雜，因此假定立柱傳遞給柱窩的外力均勻作用于柱窩表面。
   
    支架結(jié)構(gòu)中銷孔與銷軸間的接觸點(diǎn)，隨著加載方式和支架高度的不同而不同。在整架計(jì)算時(shí)，省略接觸問題，將銷軸件簡化為梁元米進(jìn)行計(jì)算。
   
    支架模型為實(shí)體模型。為了減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量，節(jié)約計(jì)算機(jī)資源，在建模時(shí)可以作必要的簡化。對ZY2000/07/14結(jié)構(gòu)件三維實(shí)體模型裝配體的分析，按照以下9種加載方式分別進(jìn)行:(1)頂梁偏載;(2)頂梁偏載與底座扭轉(zhuǎn);(3)頂梁偏載與底座集中載荷;(4)頂梁扭轉(zhuǎn);(5)頂梁扭轉(zhuǎn)與底座集中載荷;(6)頂梁兩端集中載荷;(7)頂梁中部集中載荷;(g)底座扭轉(zhuǎn);(9)底座兩端集中載荷。
   
    以第(2)種情況為例，經(jīng)過材質(zhì)參數(shù)定義、網(wǎng)格劃分、定義邊界條件(約束和加載)、運(yùn)行應(yīng)力計(jì)算等步驟，計(jì)算結(jié)果的應(yīng)力云圖如圖3所示。
 

   
    通過對9種計(jì)算結(jié)果分析，總結(jié)如下:
   
    (1)柱窩附近和墊塊附近的應(yīng)力值都較高;
    (2)頂梁偏載時(shí)，頂梁、掩護(hù)梁、前后連桿上的應(yīng)力都較大;
    (3)頂梁中間加集中載荷時(shí)，頂梁上應(yīng)力值較大，其余構(gòu)件應(yīng)力則小得多;
    (4)頂梁3點(diǎn)加載時(shí)，前部加偏載時(shí)，最高應(yīng)力出現(xiàn)在前部柱窩附近肋板處與頂梁和掩護(hù)梁連接處;
    (5)頂梁兩端加集中載荷時(shí)，頂梁上應(yīng)力較大，其他部件上的應(yīng)力值相比要小得多;
    (6)底座3點(diǎn)加載時(shí)，前部加偏載時(shí)，則最高應(yīng)力區(qū)位于過橋處;
    (7)前、后連桿的應(yīng)力值在頂梁加偏載時(shí)和3點(diǎn)加載時(shí)應(yīng)力值較高。
   
    通過對支架整架有限元應(yīng)力分析，找出支架應(yīng)力分布規(guī)律，即支架在頂梁偏載工況下受力狀況最為惡劣，表現(xiàn)為支架頂梁、掩護(hù)梁、前后連桿和底座等處都有較大的應(yīng)力分布。為節(jié)省時(shí)間，可以著重加強(qiáng)頂梁偏載、3點(diǎn)加載(方墊塊位于頂梁后方)和底座扭轉(zhuǎn)(方墊塊位于底座前方)3種工況的分析。
   
    支架強(qiáng)度分析表明，其最高應(yīng)力分布表現(xiàn)為區(qū)域性、局部性的存在，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)在該區(qū)域施以高強(qiáng)度板材。
   
    3結(jié)語
   
    應(yīng)用Solidworks軟件設(shè)計(jì)的ZY2000/07/14薄煤層液壓支架，在淄博礦務(wù)局埠村煤礦綜采工作面一次安裝配套成功，目前已正式投產(chǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，證明了在液壓支架設(shè)計(jì)中應(yīng)用Solidworks三維設(shè)計(jì)軟件是可行的。