液压支架双伸缩立柱应力分析及镀层腐蚀特性研究

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液压支架是现代化矿井中综合机械化采煤装备中的核心设备,它是以缸内的高压液体作为驱动力,由液压缸、液压阀等液压组件和其它金属构件组成的支护和控制顶板的设备。立柱是连接液压支架顶梁和底座的部件,是液压支架的主要承载件和高度调节件,在支架正常运行时,一直保持着高压受力状态,它的工作性能对整个液压支架的工作状态有着直接影响。本文介绍了液压支架及立柱国内外的研究现状,阐述和分析了液压支架及立柱的类型、结构组成及工作原理,对某厂生产的Φ500双伸缩立柱的强度和稳定性进行了研究,并对表面镀层的腐蚀特性进行分析,主要研究内容包括:(1)运用力学原理对立柱在1.5倍中心载荷下进行力学分析,分别计算立柱各段最大挠度和最大应力,并进行了强度校核,根据等价受力模型和边界与连续性条件计算出立柱的临界载荷,完成立柱稳定性分析;(2)利用有限元分析软件COMSOL对双伸缩立柱承受1.5倍中心载荷时进行流固耦合分析,得到了立柱在受力时应力的大小及分布状况,并单独针对底缸接座焊缝处的应力进行了分析;(3)采用有限单元法建立了立柱的初撑模型,模拟分析了立柱各部分在初撑加载中的力学响应;(4)结合液压支架实际的工作环境,通过盐雾腐蚀试验分析应力和煤尘对立柱表面镀层腐蚀行为的影响。研究结果表明,整个双伸缩立柱最大应力发生在中缸内壁靠近活柱的位置;底缸表面焊接的接座轴向焊缝的应力水平较高且变化范围较小;进液口的存在对缸壁的应力分布影响很大,减小进液口的直径可以降低进液口附近的应力;应力对立柱电镀层的腐蚀特征具有显著的影响,立柱受到的应力越大,表面镀层出现腐蚀的时间越短,腐蚀越快。
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