針對支架頂梁的結構特點和性能要求，采用SolidWorks三維建模和ANSYS結構性能分析相結合的方法，用有限元結構分析方法模擬并獲取了支架頂梁的應力分布數據，找出了其危險截面位于支架頂梁與立柱連接處附近，提出了優化結構性能的改進意見，為進一步分析支架頂梁的結構強度和優化設計提供了理論依據。

　　液壓支架是煤礦綜合機械化采煤工作面的重要設備，其主要作用是支撐和控制工作面頂板，隔離采空區，維護安全作業空間，以及推移工作面的采運設備。由于液壓支架結構復雜，負載變化大，工作環境惡劣，有些部件在工作使用中經常因過載而損壞，給煤礦安全生產帶來很大隱患。根據 GB 25974.1—2010《煤礦用液壓支架　第一部分：通用技術條件》規定，液壓支架在出廠前應進行強度試驗，但因其試驗只能檢測有限點的應力狀況，一些應力集中區域由于安裝應變片困難而無法檢測其實際應力大小。在此背景下，借助計算機有限元模擬技術，對液壓支架的主要部件進行虛擬樣機模擬試驗，掌握總體及局部細節的應力狀況，已逐漸成為強化試驗檢測手段，提高結構設計可靠性，提高產品開發效率的重要途徑。筆者利用三維建模軟件 SolidWorks 和大型有限元分析軟 ANSYS，對支架頂梁進行三維實體建模及有限元應力分析，并在模擬的基礎上，尋找其工作危險截面，對支架頂梁結構的設計優化和保證煤礦安全生產具有一定的理論指導意義和工程實際應用價值。

1、三維實體建模

　　支架為某公司的產品，頂梁是由各種鋼板焊接而成的三維箱形結構，其與立柱的連接采用銷軸鉸接方式。筆者采用三維建模軟件對支架頂梁進行實體建模。ANSYS 軟件可建立簡單的二維或三維物理模型，但對比較復雜的工程實際問題，其三維建模能力較弱。因此選擇建模功能更加強大的 SolidWorks 軟件對支架頂梁進行實體建模，然后再將模型數據導入ANSYS 軟件中。

　　為了保證導入 ANSYS 后的模型能夠正確有效且無變形，在 SolidWorks 建模時要注意保持實體特征的獨立性，要求在創建實體特征時不能合并實體。此外，根據液壓支架試驗工況及支架頂梁受力情況，對支架頂梁進行結構簡化，去掉對結構強度影響較小的側板、圓角、倒角及小孔等輔助特征。模型創建成功之后，將零件圖保存為 .xt 格式，并將模型數據導入ANSYS 軟件。導入 ANSYS 后的支架頂梁三維實體模型如圖 1 所示。

圖1　支架頂梁三維實體模型

4、結論

　　利用SolidWorks和ANSYS 軟件對支架頂梁進行三維實體建模和應力數值計算，得到了在Von Mises準則下的主應力分布，并得出以下結論。

　　(1) 利用SolidWorks和ANSYS 軟件可方便地獲取支架頂梁受載荷作用下的應力分布，找出其結構的危險截面，可以為支架頂梁的理論分析和實際應用提供參考依據。

　　(2) 從結果分析中可知，支架頂梁最大等效應力位置位于支架頂梁與立柱連接處。為了保證支架頂梁的可靠性，該位置應采用強度較高的鋼材，如WH70高強度鋼，其附近區域應選用先進焊接工藝和優質焊條。

　　(3) 借助計算機有限元模擬技術，對液壓支架的主要部件進行虛擬樣機模擬試驗，掌握總體及局部細節的應力狀況，可提前發現液壓支架結構件的薄弱環節，有利于提出改進和優化措施。