针对大采高ZY9400/28/62型液压支架在井下使用过程中由于受力不均衡造成部分支架伸缩梁耳板容易出现弯曲变形的问题,提出了三种优化设计方案,经对比分析后确定了最优方案,即利用力的反向作用原理,在液压支架伸缩梁耳板易变形处的内侧焊接一道弯盖板,从反方向上增加一个支撑力来抵消耳板正向受力作用,从而彻底有效解决了支架伸缩梁耳板受力变形问题,具有一定的推广应用价值。

以ZY9000/22/55D型大采高综采液压支架作为研究分析对象,利用ANSYS Workbench有限元数值分析软件对该液压支架在不同工况条件下主要构件受力情况进行模拟分析,得到液压支架受力状态下应力分布和位移变化云图,根据其应力变化规律,对受力较小的液压支架掩护梁进行尺寸和拓扑优化,使液压支架的整体结构应力重新分布。通过对优化后液压支架在不同工况下受力情况进行分析,验证优化后的液压支架各构件受力更加均衡合理,支架整体强度和承载能力得到明显改善,证明该优化改进方法合理有效,提高了支架整体支护的安全性。

针对矿用液压支架掩护梁在使用过程中出现的变形、开裂情况,建立掩护梁仿真模型进行极限工况下的扭转加载和偏心加载,通过有限元分析其最大应力及最大受力位置,结合掩护梁结构提出成本低、可行性高的改造方案,通过对模拟改造后的掩护梁再次进行极限工况下的加载得出最大应力,得到有效降低并远离掩护梁的屈服强度极限,受力更加均匀,液压支架的整体结构稳定性和掩护梁的支撑强度得到更大保障。

为改善复杂环境下大采高液压支架的运行状况,解决液压支架在应力集中或突然发生变化时支撑失效的问题,参照相应国家标准,建立大采高液压支架三维模型,采用有限元仿真分析法,对液压支架进行了优化设计。结果表明,优化设计后液压支架顶梁所受最大载荷减小190.688 MPa,能够确定零部件的缺陷或薄弱地带,有效改善顶梁应力集中情况,可在其他易损设备上推广应用。