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30MN液压支架试验台结构及分析

作　者: 王孝华
导　师: 詹永麒；陈忠强
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 试验台液压支架强度有限元分析疲劳寿命
分类号: TD355.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

液压支架是煤矿井下支护的重要装备,其工作介质为乳化液。液压支架试验台主要用于检测煤矿液压支架。过去用传统的方法设计同类型试验台,手工计算各部分数据,其最大的弊端是工作量大,研制周期长,安全系数比较大,不能对试验台整体计算,使得试验台过于笨重,所以使用现代化的设计方法很有必要。通过对《GB25974.1—2010煤矿用液压支架第1部分:通用技术条件》和《MT312—2000液压支架通用技术条件》这两个标准的研读,提出了带斜支撑的三梁四柱液压支架试验台的形式。该液压支架试验台的主要参数为:测试工作阻力30000kN,工作台面为8500mm×3600mm,测试高度范围1500mm～7500mm。该研究首先运用Pro-E软件对液压支架试验台三维几何建模,进而运用ANSYS软件对该模型进行整体结构强度和疲劳寿命的分析计算,在此基础上对试验台的结构形式进行改进研究,并对设计方案进行评估。通过有限元分析计算得到最大主体结构应力400MPa,极限载荷下安全系数1.15,额定载荷下安全系数大于1.5。试验台主体疲劳寿命(试验台加载循环次数)大于1×1020。通过31500kN载荷下实际实测得到试验台整体结构最大变形量3.1mm,与计算结果基本吻合。本试验台结构的创新点是采用积木式整体拼装结构;销轴连接方式,方便部件加工、设备安装及运输;克服水平力的斜支撑形式,减小了设备的水平方向的位移。本试验台是目前国内同类型试验台中承载能力最大的。通过本课题的研究使试验台主体部分的质量为505吨,比同类型试验台重量减轻30%,为以后类似试验台的设计提供有益指导。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 液压支架现状及发展趋势  9-11
    1.1.1 液压支架现状  9-10
    1.1.2 液压支架发展趋势  10-11
  1.2 课题的意义  11-12
    1.2.1 课题的来源  11
    1.2.2 课题研究目标和主要研究内容  11
    1.2.3 课题研究的意义  11-12
    1.2.4 课题研究的方法  12
  1.3 国内外试验台的概况  12-19
    1.3.1 液压支架试验台的现状及主要参数  13-14
    1.3.2 背景介绍——现有液压支架试验台主体结构采用的形式  14-19
    1.3.3 现有液压支架试验台的结构形式特点及局限性  19
  1.4 本试验台结构差异的优点及后续章节研究的内容  19-21
    1.4.1 本试验台结构差异及优点  19-20
    1.4.2 后续章节研究的内容  20-21
第二章试验台的功能要求、设计及研究  21-44
  2.1 Pro/Engineer 软件简介  21-22
  2.2 ANSYS 软件简介  22-25
    2.2.1 ANSYS 主要技术特点  23
    2.2.2 ANSYS 主要功能  23-24
    2.2.3 ANSYS 结构分析流程  24-25
  2.3 有限元分析的弹性力学基础  25-29
    2.3.1 变形体的描述与变量定义  25
      2.3.1.1 变形体  25
      2.3.1.2 基本变量的定义  25
      2.3.1.3 研究的基本技巧  25
    2.3.2 弹性体的基本假设  25-26
    2.3.3 空间问题的基本力学方程  26-29
      2.3.3.1 空间问题的基本力学变量  26-27
      2.3.3.2 空间问题的三大类力学方程和边界条件（分量形式）  27-28
      2.3.3.3 空间问题的三大类力学方程和边界条件（指标形式）  28-29
  2.4 支架试验台的标准及解读  29-37
    2.4.1 支架的技术要求及检验方法新旧标准之对比  29-30
    2.4.2 《G825974.1—2010 煤矿用液压支架》规定的加载试验图例  30-35
    2.4.3 支架主体结构检验项目新旧标准要求对比  35-36
    2.4.4 支架非主体结构检验项目新旧标准要求对比  36-37
  2.5 支架试验台的原理及功能  37-38
  2.6 试验台的主要参数  38-39
  2.7 试验台系统的组成  39
  2.8 试验台主体结构及设计  39-43
    2.8.1 主体框架结构形式  40-42
    2.8.2 左右偏载的影响  42
    2.8.3 水平载荷的影响  42
    2.8.4 复合载荷对试验台的要求  42-43
    2.8.5 疲劳寿命的考虑  43
    2.8.6 试验台固有频率对结构形式的影响  43
  2.9 本章小结及后续章节研究内容  43-44
第三章试验台结构强度计算及疲劳寿命分析  44-66
  3.1 问题概述  44-45
  3.2 三维实体建模  45-47
  3.3 三维有限元建模、网格及划分  47-53
    3.3.1 有限元模型  47-53
    3.3.2 建模方法  53
  3.4 材料及物理特性的定义  53-55
  3.5 结构静力分析  55-62
    3.5.1 计算硬件  55
    3.5.2 计算工况  55-60
    3.5.3 S-N 曲线  60-62
  3.6 试验台计算结果与分析  62-64
    3.6.1 整体装配结构强度计算  62-63
    3.6.2 局部销轴结构强度计算  63-64
    3.6.3 疲劳计算  64
  3.7 本章小结  64-66
第四章试验台实验结果验证  66-70
  4.1 液压支架试验台承载能力验证  66-69
  4.2 未具备条件的验证项目及试验台性能预测  69
  4.3 试验结论  69-70
第五章总结与展望  70-72
  5.1 总结  70-71
  5.2 本文的不足及展望  71-72
参考文献  72-74
附录1 计算结果云图  74-94
致谢  94-95
攻读硕士学位期间发表的学术论文  95-98
附件  98

30MN液压支架试验台结构及分析

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