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1、2010年第1期煤礦機(jī)電·7l·充填支架頂梁強(qiáng)度有限元分析段昌瑞1，周華強(qiáng)1，孫祺2，朱倩1，李英偉1(1．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州221116；2．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇徐州221116)摘要：介紹膏體充填采煤方法，強(qiáng)調(diào)充填支架的關(guān)鍵作用。運(yùn)用UG軟件建立支架頂梁的三維實(shí)體模型，導(dǎo)入ANSYS環(huán)境中，針對(duì)扭轉(zhuǎn)和偏載兩種危險(xiǎn)工況對(duì)頂梁進(jìn)行有限元分析。得出的應(yīng)力分布情況和危險(xiǎn)部位，為充填支架頂梁的設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：膏體充填；支架頂梁中圖分類號(hào)：TD355+．41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1001-087
2、4(2010)01-0071—02FiniteElementAnalysisofCanopyStrengthforStowingSupportDUANChang-ruil，ZHOUHua—qian91，SUNQi2，ZHUQianl，口Ying·weil(1．CollegeofMiningEngineefing，ChinaUnivemit)rofMiningandTechnology，Xuzhou221116，China；2．CollegeofSafetyEngineenng，ChinaUniversityofMiningandT
3、echnology，Xuzhou221116，China)Abstract：Describesthepaste-stowingminingmethod，andemphasizesthemasterkeyofthesupporttoit．UsingUGsoftwarebuilds3-dimensitonalsolidmodelofcanopy，andthenguidesinANSYSenvironment．Thefiniteelementanalysisofcanopystrengthhasbeencarriedoutunderco
4、nditionsoftorsionandpartialloads．Thegainingstressdistributionanddangerousplacesgivecredibletheoreticalreferencestothedesignofstowingsupport．Keywords：past-stowing；canopyofsupport為解決建筑物下及村莊下不遷移開采、提高采出率和保護(hù)生態(tài)環(huán)境而提出的膏體充填開采方法，是綠色開采的重要組成部分?，具有積極的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益?，F(xiàn)已付諸于實(shí)踐，并得到推廣應(yīng)用
5、。1膏體充填及充填支架將由矸石、粉煤灰等制備的特殊“砂漿”，靠重力或泵壓作用通過管路輸送到工作面，在頂板未冒落前及時(shí)充填采空區(qū)。膏體充填工作面前部用傳統(tǒng)方法開采，中部為待充區(qū)，后部為已充填采空區(qū)(圖1)。膏體充填工作面可以看成是“移動(dòng)的開切眼’’[21。充填支架的工作性能是制約膏體充填效果的重要因素。支架支護(hù)效果直接影響頂板下沉量和減沉效果；又因“砂漿”的流動(dòng)性相當(dāng)高口J，支架隔離堵漏性能影響充填效率。頂梁是液壓支架的主要承載結(jié)構(gòu)，支護(hù)采煤區(qū)甚至采空區(qū)的頂板，控制充填前頂?shù)装宓囊平浚_(dá)到有效控制地表沉陷的效果。最佳發(fā)揮頂梁的支護(hù)
6、效果對(duì)膏體充填具有重要意義。圖1膏體充填工作面2頂梁模型ZC5600／17／32型充填支架采用整體式頂梁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好；頂梁對(duì)頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)，前端支撐力大，可設(shè)置全長(zhǎng)側(cè)護(hù)板，有利于保持頂板的完整性。整體頂梁前端上翹10～3。，以改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形。頂梁為焊接箱體結(jié)構(gòu)，焊縫強(qiáng)度應(yīng)比母材抗拉強(qiáng)度高50—100MPa卜1。用UG對(duì)頂梁3D建模，如圖2。A、B、C分別為頂梁與連桿、尾梁千斤頂和尾梁鉸接的耳座。頂梁·72·煤礦機(jī)電2010年第1期斷面為非對(duì)稱的多個(gè)閉合腔室，由上、下蓋板與肋板焊成。凸出立筋型肋板使頂梁強(qiáng)
7、度和剛度大增。圖2充填支架頂梁模型3頂梁有限元分析按照《液壓支架技術(shù)條件》(MT312-2000)，以頂梁扭轉(zhuǎn)和頂梁偏載最嚴(yán)重的工況對(duì)充填支架頂梁進(jìn)行受力分析。(1)前處理為了提高計(jì)算效率，對(duì)頂梁模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化的原則是：略去工藝結(jié)構(gòu)，用力學(xué)等效件代替形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。采用UG—NX軟件"1完成零部件的3D建模后，按照Parasolid標(biāo)準(zhǔn)輸出“．x_t”文件，導(dǎo)人ANSYS環(huán)境L63后，簡(jiǎn)單修復(fù)操作即可進(jìn)行分析計(jì)算。首先進(jìn)行網(wǎng)格劃分，所依據(jù)的原則是：節(jié)點(diǎn)與試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的布置相對(duì)應(yīng)，以便于計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)照；對(duì)需要重點(diǎn)觀察
8、或有“弱面”存在處局部網(wǎng)格細(xì)化，以便求解更精。設(shè)定單元長(zhǎng)度為60inln，最終劃分68327個(gè)單元，100999個(gè)節(jié)點(diǎn)。頂梁大部分采用Q690鋼板，屈服強(qiáng)度690MPa；彈性模量210GPa；泊松比0．3；材料密度7850kg／m3。按《液壓支架技
