超重型中部槽推移耳板可靠性研究

李英 闫跃

摘 要：本文通过运用有限元分析软件对中部槽推移耳板在液压支架推移梁作用下的受力变化规律进行研究，探索推移耳板应力与位移随拉架力的变化规律，并分析了推移耳板端部圆弧半径、推移耳板端部厚度与拉架力的关系，最终拟合出数学方程式，为中部槽推移耳板的设计提供理论支持。

关键词：中部槽；推移耳板；液压支架；拉架力

1 有限元模型的建立

为了研究中部槽推移耳板在液压支架推移梁作用下的受力变化规律，以CJOYA为中部槽原型，分别建立不同推移耳板端部圆弧半径及厚度的三维模型、推移十字头上销子简化模型等，并进一步建立相应的有限元模型，进行了一系列的有限元仿真分析。

边界条件设置为将槽帮与中板及底板贴合的面固定；在销子中心位置线性加载；进一步对模型进行网格划分。

2 推移耳板应力与位移随拉架力的变化规律

2.1 推移耳板应力随拉架力的变化

通过提取仿真结果，得到的应力云图见图1。同时，提取耳板端部圆弧应力较大的某点应力随拉架力的变化曲線，见图2。由于模型是线性加载，随时间从0到1，拉架力从0增加到10000KN。因此，可以时间代替拉架力作为横轴。

由图1可知，推移耳板在拉架力的作用下，在耳板端部出应力最大，因此，对耳板端部尺寸与拉架力的关系的研究，对于提高耳板可靠性具有重要意义。由图2可知，耳板端部圆弧应力随拉架力的增加而增大，在800MPa处达到屈服极限，并在之后继续塑性变形，直到达到抗压极限。

2.2 推移耳板（销子中心）位移随拉架力的变化规律

在拉架力较小时，耳板处于线弹性阶段，其变形随拉架力增加而线性增加；当拉架力逐渐增大后，部分材料超过屈服极限，产生额外的塑性变形，并且最终失效而破坏。

为了进一步对比不同耳板端部圆弧半径时耳板孔的变形情况，对相应情况下销子在拉架力方向位移随拉架力大小的关系进行研究，得出随着耳板端部圆弧半径的增大，耳板承受拉架力的能力也逐渐增强，而耳板变形、破坏的规律呈现出一致性。

3 推移耳板端部圆弧半径与拉架力的关系

此仿真模型使用CJOYA型中部槽，拉移耳板端部厚度为90mm，端部圆弧半径从90mm到115mm各做一个三维模型并进行了仿真。

设置材料的屈服强度为800MPa，极限强度为1145MPa。对模型施加从0到10000KN线性增加的拉架力，并从仿真结果中提取端部圆弧半径不同时耳板承受的最大拉架力。得出随着耳板端部圆弧半径的增加，耳板能承受的最大拉架力线性增加。通过提取线性插值后的数据，可得到此关系所满足的数学方程为：F=71.536R+130.9

式中F为拉架力，单位为KN；R为端部圆弧半径，单位为mm。

通过对比CJOYA实际的拉架力大小，可得到其拉架力的安全系数。由此可得新设计耳板在达到相同安全系数时所应承受的最大拉架力，并由此推出在耳板厚度不变的情况下满足设计要求的耳板端部圆弧半径。

4 推移耳板端部厚度与拉架力的关系

为了进一步分析耳板端部厚度与拉架力的关系，对耳板厚度分别为90mm、100mm、120mm、150mm的模型进行仿真，最终得到了推移耳厚度与其承受的最大拉架力的关系曲线，最终得出耳板端部厚度与所承受的最大拉架力呈近似线性关系。对关系曲线进行线性插值，得到了该关系曲线的方程：F=134.46x-969.64

式中F为拉架力，单位为KN；x为耳板端部厚度，单位为mm。由于该问题研究源于现实工况，仅保证公式仅在研究尺寸的范围内成立。

5 结论

通过运用有限元分析软件对中部槽推移耳板在液压支架推移梁作用下的受力变化规律进行研究，得出的结论如下。

1）推移耳板在拉架力的作用下，在耳板端部处应力最大，因此，对耳板端部尺寸与拉架力的关系的研究，对于提高耳板可靠性具有重要意义；

2） 随着耳板端部圆弧半径的增加，耳板能承受的最大拉架力线性增加。通过提取线性插值后的曲线上的数据，可得到此直线所满足的数学方程为：F=71.536R+130.9；

3）耳板端部厚度与所承受的最大拉架力呈近似线性关系。对关系曲线进行线性插值，得到了该关系曲线的方程：F=134.46x-969.64。

参考文献：

[1]穆润青，贾海朋.刮板输送机输煤槽拉移耳板形状优化[J].煤矿机械，2009.30（1）：5-7.

[2]赵江华，鞠鹏.基于ANSYSworkbench中部槽挡板槽帮优化设计[J].科学技术与工程，2011，11（18）：4332-4334.

[3]程居山，王昌田.矿山机械[M].徐州：中国矿业大学出版社，1997.

[4]李晓豁.矿山机械与设备[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.