液压支架试验台多工况下疲劳寿命分析

摘要

液压支架是现代煤矿综采工作面所必须的核心安全支护设备，其可靠性对综采工作安全生产影响很大。液压支架试验台作为液压支架出厂或检修的检测设备，直接关系到液压支架是否能够满足井下安全生产的可靠性要求，液压支架试验台承受的载荷大，有项梁和底座扭转偏载等复杂工况，循环加载次数高，另外国家对液压支架试验提出了越来越高的标准。因此对液压支架出厂或大修时的检测检验至关重要，这也要求液压支架试验台有更高的强度要求，尤其对台架进行疲劳损伤估算很有必要。
　　本论文对某煤电集团20000KN液压支架试验台在耐久性试验循环加载下的多工况情况造成的疲劳损伤进行了研究。在广泛了解国内外在液压支架试验台领域的研究动态，查阅了液压支架试验台相关研究成果的基础上，提出了多工况条件下估算液压支架试验台疲劳寿命的方案。首先对液压支架试验台进行了简化受力分析，得到了销与销座承受二向应力状态，不同工况下，扭转和偏载的应力值较大。对液压支架试验台进行三维建模，简化了液压系统、电气控制系统以及一些非关键部位的倒角螺栓等。针对结构不同位置和作用力的关键与否，对液压支架试验台不同部位采用不同的方式进行网格划分，特别是对关键的传力接触面进行了接触面网格单元控制，为液压支架试验台的有限元分析作好了准备。建立了由S7-1200PLC为下位机和以工控机为上位机的液压支架试验台自动控制系统，实现了液压支架试验台在液压支架检测过程中各种动作的控制，以及不同工况加载过程的自动实现。并且对试验过程中由于卸载太快而导致加载时间过长问题进行了分析，提出了分时分阶段的卸载方法，既不影响其它控制过程，同时避免了卸载太快对台架造成的振动。通过传感器实时数据记录，得到了液压支架耐久性试验的加载曲线。对不同加载工况，将加载曲线导入到有限元分析软件ANSYS workbench中进行瞬态分析，获得了液压支架试验台疲劳脆弱点的应力时间曲线，应力曲线经过Goodman经验公式的修正，结合16Mn和40Cr材料的P-S-N曲线，计算出疲劳脆弱点在销座的转角处，在完成一个台架试验完后的最大疲劳损伤值为1.2052×10-3。最后，针对疲劳损伤特点，由于销座16Mn材料不能满足强度要求，提出对疲劳脆弱部分零件更换高强度材料的改进建议。这对增加液压支架试验台的疲劳强度，提高试验台的使用寿命具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 国内外液压支架试验台的发展

1．2．1 国外发展概述

1．2．2 国内发展概述

1．3 有限元法发展概述

1．4 液压支架试验台的国内研究动态

1．5 本文主要研究内容

第二章 液压支架试验台多工况受力简析

2．1 液压支架试验台加载工况

2．2 液压支架试验台受力简析

本章总结

第三章 液压支架试验台模型建立

3．1 Pro／E软件三维建模

3．2 液压支架试验台网格划分

3．2．1 3D几何模型网格划分方法

3．2．2 液压支架试验台网格划分

本章小结

第四章 耐久性试验循环加载曲线的获取

4．1 液压支架试验台控制系统

4．1．1 控制系统的通讯

4．1．2 PLC控制系统

4．2 耐久性试验加载的控制实现

4．2．1 耐久性试验控制方法的改进

4．2．2 耐久性试验控制方法的PLC实现

本章总结

第五章 液压支架试验台的ANSYS瞬态分析

5．1 有限元法基础

5．2 液压支架试验台的单位作用力分析

5．3 瞬态动力学分析

5．3．1 瞬态分析基础

5．3．2 液压支架试验台的结构瞬态分析

本章总结

第六章 液压支架试验台疲劳寿命分析

6．1 疲劳和疲劳寿命

6．2 疲劳累积理论

6．3 疲劳寿命估算方法

6．4 材料的S-N曲线

6．5 非对称循环的疲劳极限修正

6．6 液压支架试验台的疲劳寿命估算

6．7 疲劳寿命结果分析

本章总结

第七章 论文总结与工作展望

7．1 论文总结

7．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文