基于ANSYS的锚杆托盘强度分析及其压力实验

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摘要：由于煤矿深部开采的推进使得锚杆支护材料面临强度升级的需要，通过结构设计和有限元强度分析，针对锚杆托盘在降低成本、提高强度方面开展研究。在分析过程中将锚杆托盘的材料由Q235提升为Q345，通过ansys分别对8 mm和10 mm厚度的锚杆托盘分别进行有限元强度分析。从而可以得出结论，首先改用材料Q345后8 mm厚度锚杆托盘的强度符合承载要求；其次改变锚杆材料可以降低锚杆托盘的体积，降低成本。实验分析结果验证了有限分析的正确性与准确性。

关键词：锚杆托盘；ANSYS；强度分析

中图分类号：TH122文献标志码：A

锚杆托盘支护是煤矿掘进巷道支护中常用的方法之一，由于受顶板围岩类型及其受力状况、锚杆选型与规格及巷道断面等因素的影响，合理设计托盘结构、选用托盘用材料是支护技术的关键所在，对井下的安全起着举足轻重的作用[1]。随着煤矿深部开采的推进，支护材料面临强度升级，锚杆杆体在其直径不变的情况下材料由原来的MG335升级到MG500。根据MT146.2-2011《树脂锚杆》标准的规定[2]，锚杆托盘的承载力不小于与之配套的杆体屈服力标准值的1.3倍，所以锚杆托盘也面临强度升级的问题。因而，提升现有托盘的Q235材质为Q345，其屈服强度有所提高、塑性保持不变。在满足使用要求的前提下，由于强度增加的幅度较大，可以把锚杆托盘的厚度下降。利用ANSYS软件自带的优化分析模块对锚杆托盘进行了优化分析。分析得到在托盘厚度达到8.186 mm时， 托盘圆环处最大应力达到材料屈服强度值为345 MPa。保守估计，托盘屈服强度设定为320 MPa时，托盘厚度将达到8.516 mm。目前国内矿井锚杆托盘最大厚度保持在12 mm，为此论文将通过分析研究，在满足承载强度的条件下，验证厚度降为8 mm的结构的实用性。

1锚杆托盘模型建立

如图1所示的球形螺母托盘的二维结构，利用Solidworks建立其三维模型如图2所示。

5结束语

通过对锚杆托盘的结构设计、强度分析与实验论证可以得到如下结论：在材料强度升级后，可以对锚杆托盘进行改进结构尺寸、降低托盘厚度，即将在用10 mm厚度的锚杆托盘改变为8 mm厚度。经过对上述对锚杆托盘有限元分析，采用Q345材料8 mm厚度的锚杆托盘在压力247 kN下的强度是完全满足，压力实验再次论证了这个结论。因此改变材料，升级材料强度，可以减轻矿用锚杆托盘的质量，从而节约材料，大大降低成本。

参考文献：

[1]李洪占.锚网支护技术在回采巷道中的应用[J].煤炭技术，2003（3）：1-2.

[2]中国煤炭工业协会.树脂锚杆第2部分.金属杆体及其附件MT146.2-2011[S].国家安全生产监督管理总局.北京：煤炭工业出版社，2011.

[3]曾攀.有限元分析及应用[M].北京：清华大学出版社，2004：8-150.

[4]李赞成.程潮铁矿采场巷道稳定性与支护形式的研究[J].矿业快报，2003（10）：4-7.