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沿空留巷模板支架是實現(xiàn)綠色開采的重要設(shè)備之一，是實現(xiàn)沿空留巷的關(guān)鍵設(shè)備，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高瓦斯煤礦，其不僅需要滿足普通液壓支架的功能，而且需要給巷旁充填體的形成提供足夠的空間和時間，故對沿空留巷模板支架的強度提出了較高的要求，其中，偏載對其破壞程度相比其他工況要嚴(yán)重得多。因此，筆者主要針對沿空留巷模板支架前部的ZZTM10300/17.5/30H型模板支架在偏載時的受力進行有限元分析。
ZZTM10300/17.5/30H型模板支架是六柱支撐掩護式液壓支架，現(xiàn)借鑒模板支架其他受力情況的加載方式進行加載。
采用組合加載的方式，以頂梁與后頂梁受力相似為前提，底座主要采用集中載荷和扭轉(zhuǎn)2種加載方式，如圖所示；頂梁和后頂梁主要采用偏載Ⅰ(同側(cè))和偏載Ⅱ(異側(cè))2種加載方式，如圖所示。二者組合便有4種加載方式，如表1所列。圖1、2中各字母的取值均按照GB25974.1—2010《煤礦用液壓支架 第1部分：通用技術(shù)條件》的規(guī)定選取。
ZZTM10300/17.5/30H型模板支架的最小高度Hmin=1750mm，根據(jù)GB25974.1—2010《煤礦用液壓支架 第1部分：通用技術(shù)條件》的規(guī)定：偏載試驗時，支架高度為支架最小高度加300mm，所以，偏載有限元分析時，支架高度H應(yīng)為2050mm。依據(jù)文獻的簡化原則，建立了模板支架三維模型。根據(jù)模板支架所選用的鋼材Q690，設(shè)置材料密度、彈性模量和泊松比分別為7850kg/m3、200GPa和0.3，再對模板支架三維模型進行網(wǎng)格劃分，生成有限元模型。模板支架三維模型和有限元模型如圖3所示。經(jīng)網(wǎng)格檢查，所劃分的網(wǎng)格較為均勻，滿足模板支架偏載有限元分析的要求。
在進行模板支架偏載有限元分析時，采用在不同位置放置墊塊的方式來模擬模板支架的受力工況，且采用內(nèi)加載的方式，將墊塊當(dāng)作邊界條件來處理，外力只有6根立柱對頂梁(后頂梁)和底座上柱窩所加的力。墊塊在垂直方向的平移自由度均需加以約束，底座墊塊下表面全自由度約束。
ZZTM10300/17.5/30H型模板支架工作阻力為10300kN，其中，頂梁與底座之間單根立柱工作阻力為2000kN，而后頂梁與底座之間單根立柱工作阻力為1150kN。根據(jù)GB25974.1—2010《煤礦用液壓支架 第1部分：通用技術(shù)條件》的規(guī)定：偏載試驗時，按1.1倍工作阻力加載。因此，頂梁與底座之間單根立柱所施加載荷為2200kN；后頂梁與底座之間單根立柱所施加載荷為1265kN。
由于柱窩和立柱為球面接觸，對球面載荷的處理較復(fù)雜，為了便于載荷的施加，裝配時，分別在頂梁(后頂梁)和底座柱窩處裝配立柱的一部分，從而將載荷施加在活柱和外缸的橫截面上。根據(jù)S=D2/4，分別計算出各活柱和外缸缸底橫截面積；再根據(jù)P=F/S，計算出所保留下來的活柱和缸底截面上所施加的面載荷。
在模板支架底座集中載荷的前提下，頂梁及后頂梁偏載分2種情況，即偏載Ⅰ和偏載Ⅱ。運用ANSYS Workbench進行有限元分析，從而得出這2種工況下整架及其零部件的最大應(yīng)力。
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