液压支架底座前后过桥结构优化设计

36现代制造技术与裝备2017第8期总第249期液压支架底座前后过桥结构优化设计

李大鹏黄维康张兴辉

(郑州煤矿机械集团股份有限公司，郑州450016)

摘要：液压支架底座前后过桥在实际设计过程中，因底座强度和结构型式的不同导致材质选择、板厚搭配存在较大差异，给生产组织和材料供应带来诸多不便，同时也不利于产品设计的模块化和标准化推广。结合 A N S Y S力学分析，模拟前后过桥在各种工况下的受力，从根本上理解产品优化设计的理念，做到底座前后过桥结构优化设计，并提出通用化设计规范，为实现产品快速化设计提供理论依据。

关键词：液压支架过桥A N S Y S力学分析

引言

顶梁、掩护梁和底座被称为液压支架的三大主体结构 件，而底座部件中的前后过桥又构成了连接底座左右箱体 的重要传力结构，其结构形式和强度对底座的整体强度和 应力分布影响很大。目前，产品中的过桥设计一般采用过 桥板与加强板的组合形式。过桥板和加强板的材质选择因 底座整体强度的不同而存在差异。板厚搭配组合形式多样，板件外形、焊接形式也各不相同，给生产组织和材料供应 带来诸多困难。本文通过利用ANSYS力学分析前后过桥在 扭转、弯曲和弯扭组合工况下的受力特点，结合产品中过 桥常用材料规格、材质，做到减少材质品种、板厚规格，优化结构设计，从而降低采购和生产制造成本。

1底座前后过桥结构型式

根据不同架型及工作阻力配置的梁体结构尺寸，结合 过桥实际使用情况和受力特点，将底座过桥的形式根据所 在位置的前后分为前过桥和后过桥，如图1所示。

液压支架前、后过桥示意图

图1液压支架前后过桥示意图

从结构型式上来看，前过桥通常有两种结构型式：过 桥板与加强板结合的焊接结构和单个过桥板结构。后过桥 板通常采用小型优化箱体结构，而前后过桥根据底座实际 强度的需要相互配合使用。

2底座前后过桥结构有限元分析

液压支架的前后过桥是连接底座左右箱体的主要机构部件，在底板不平的工作面环境下，底座底板接地不均匀，容易造成底座受到不同程度的偏载作用，弯扭作 用明显。但是，在支架产品实际使用过程中，由于井下 矿压的作用，前后过桥的受力情况会变得更复杂。一般 认为，任何复杂的受力状态都是由简单受力状态相互叠加、相互影响形成的。考虑到前后过桥及底座的结构特点，研宄过桥在传递底座左右箱体弯扭组合力时，将分别考虑前后过桥体在单纯弯曲、单纯扭转和弯扭组合工况下的受力特点。

2.1前过桥体在扭转、弯曲和弯扭组合工矿下的受力特点

如图2所示，前过桥体扭转时，可以看到剪力流沿着 截面边缘旋转分布；如图3所示，当处于弯曲受力时，应 力呈上下层状分布特征明显；而在图4中，弯扭组合时，呈前两者组合后的斜角对角分布；若过桥体为多层板焊接 结构时，由于剪力流和弯曲高应力均在截面上下焊缝处组 合，过桥板截面上下焊缝受力理论上会比较恶劣，且上侧 焊缝相对于下侧焊缝受力更大。

图2前过桥单体扭转应力云图图3前过桥单体弯曲应力云图2.2后过桥体在扭转、弯曲和弯扭工矿下的受力特点

如图5所示，后过桥结构扭转时，剪力流主要分布在盖板区域，且盖板远端区域受力较大，符合正常的剪力分布原则；如图6 所示，弯曲时，盖板和封板的应力区域为上拉下压呈梯度分布，盖板弯曲过渡区域一定量的应力集中；而在图7中，弯扭组合 时，高应力区呈斜拉分布状态，盖板受力相对较大。实际上，后过桥体竖筋板塞焊连接盖板后，可以使剪力流在局部形成 完整的闭环，有利于提高后过桥的抗扭刚度，同时使得结 构完整，传力路径更加顺畅，减少变截面的应力集中情况。

图4前过桥单体弯扭主应力云图图5后过桥单体扭转应力云图2.3前后过桥组合在扭转、弯曲和弯扭工矿下的受力特点

如图8所示，前后过桥组合在扭转时，受力情况与单

体扭转时差别较大。组合时，由于扭心不在结构内部，两者