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大缸径双伸缩立柱在冲击载荷下的强度分析.pdf

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西安科技大学 硕士学位论文 大缸径双伸缩立柱在冲击载荷下的强度分析 姓名：白志峰 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：李海宁 @ 论文题目：大缸径双伸缩立柱在冲击载荷下的强度分析 专业：机械电子工程 硕士生：白志峰（签名） 指导教师：李海宁（签名） 摘要 液压立柱是液压支架的主要承载部件，其在高压下的强度和可靠性对煤炭开采安全 起着至关重要的作用。大采、高综采工作面需用高阻力的液压支架，在开采推进过程中 还伴随着很强的冲击载荷，这对液压支架的结构件和液压立柱的强度安全性造成了很大 的威胁。基于这种工况，本文分别在静载荷和冲击动载荷条件下对液压立柱的强度进行 分析。 以ZY12000/28/63型液压支架为物理模型，依据支架主要技术参数对立柱进行静强 度分析；包括静载荷下的缸体的强度分析和立柱部件的稳定性分析。通过传统力学计算 与ANSYS有限元分析比较得出立柱受力的最大部位出现在缸筒中部，缸筒中部的强度 最弱；中缸体用经验公式计算的应力误差值偏大，偏差的原因在于经验公式在计算应力 时的不准确造成的。 冲击载荷对液压立柱的作用是以物体跌落的方式处理的，构造一个质量力与立柱工 作阻力等同的物体，在一定的高度自由落下作用在立柱的活柱头上，作为冲击动载荷模 型。用机液耦合的计算方法，分别进行缸体内腔压力波动的时间序列数值分析，并以此 作为缸体的动载荷边界条件，用LS-DYNA动态显式有限元软件进行有限元数值计算的 方法，得到了立柱缸体在冲击载荷作用下应力和应变的时间序列数值。分析得出：活柱 体的底部单元部分由于应力波的叠加产生了应力集中，有可能使底部结构发生变形，进 而使与其接触的中缸体产生局部变形；由于冲击引起工作介质内部压力升高的瞬间， 立柱上端和下端的压力均处于急剧振荡，由于工作介质的阻尼以及压力波传播的时滞性 因而上端较下端更为剧烈。 用AMESim进行液压系统和元件的流体特性仿真分析和用有限元法进行固体零件 的LS-DYNA建模求解，两者通过数据的交换实现了流体机械的固液耦合联合仿真分析 计算。 本文通过这种方法，尝试并得到了液压缸在动载荷作用下的更接近真实工况的仿真 计算方法。通过立柱静动强度分析模型的计算，进行比较分析求出了立柱各部分安全系 数修正的动态因子，作为立柱设计提供合理的安全理论依据。 关键词：液压立柱；有限元分析；LS-DYNA；AMESIM；强度校核 研究类型：应用研究 Subject:AnalysisonImpactStrengthBigBoreDoubleTelescopic Specialty:MechanicalandElectronicEngineering Name:BaiZhifeng(Signature) Supervisor:LIHaining(Signature) ABSTRACT Hydrauliccolumnisthemainbearinghydrauliccomponents,itsstrengthandreliability underhighpressureonthecoalminingplaysavitalroleinsafety. FullymechanizedcoalfaceNeedsusehighresistanceofthehydraulicsupport,promote theprocessofextractionaccompaniedbyastrongimpactload,whichisthestructureof hydrauliccomponentsandhydraulicstrengthcolumncausedagreatsecuritythreat.Basedon thiscondition,thisdifferenceinstaticloadanddynamicloadconditions,theimpactonthe hydraulicanalysisofthestrengthcolumn. ToZY12000/28/63typehydraulicsupportforthephysicalmodel,basedonsupport columnsforthemaintechnicalparametersofthestaticstrengthanalysis,includingthe cylinderunderstaticloadstrengthofcolumncomponentsanalysisandstabilityanalysis. ThroughtraditionalmechanicalcalculationcomparedwiththeANSYSfini