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錨桿托盤支護是煤礦掘進巷道支護中常用的方法之一，由于受頂板圍巖類型及其受力狀況、錨桿選型與規(guī)格及巷道斷面等因素的影響，合理設(shè)計托盤結(jié)構(gòu)、選用托盤用材料是支護技術(shù)的關(guān)鍵所在，對井下的人員安全有著至關(guān)重要的作用，所以需要對其進行詳細的強度分析。
隨著煤礦深部開采的推進，支護材料面臨強度升級，錨桿桿體在其直徑不變的情況下材料由原來的MG335升級到MG500。根據(jù)MT146. 2-2011《樹脂錨桿》標準的規(guī)定，錨桿托盤的承載力不小于與之配套的桿體屈服力標準值的1.3倍，所以錨桿托盤也面臨強度升級的問題。因而，提升現(xiàn)有托盤的Q235材質(zhì)為Q345，材料的屈服強度提高、塑性保持不變。在滿足使用要求的前提下，由于強度增加的幅度較大，可以把錨桿托盤的厚度下降。利用ANSYS軟件自帶的優(yōu)化分析模塊對錨桿托盤進行了優(yōu)化分析。分析得到在托盤厚度達到8.186 mm時，托盤圓環(huán)處最大應(yīng)力達到材料屈服強度值為345 MPa。保守估計，托盤屈服強度設(shè)定為320 MPa時，托盤厚度將達到8.516 mm。目前國內(nèi)礦井錨桿托盤最大厚度保持在12 mm，為此將通過有限元分析研究，在滿足承載強度的條件下，驗證厚度降為8mm的結(jié)構(gòu)的實用性。
將托盤三維實體模型導(dǎo)入到ANSYS中去，并對其選擇solid186單元類型進行網(wǎng)格劃分獲得如圖所示的有限元模型。solid186具有任意的空間各向異性，單元支持塑性、超彈性、蠕變、應(yīng)力鋼化·變形和大應(yīng)變能力。
錨桿托盤升級前所使用材料Q235普通碳鋼，其楊氏模型為210 GPa，泊松比為0.3，屈服強度為235 MPa，抗拉強度為375-500 MPa，改進后錨桿托盤材料Q345低合金鋼，其抗拉強度達490-675 MPa。Q345具有良好的綜合力學性能，塑性和焊接性良好，可廣泛用于承受動荷的結(jié)構(gòu)、機械零件等。雖然Q345的價格比Q235稍貴點，但因其高強度，可從改變結(jié)構(gòu)尺寸的角度降低材料的消耗，從而實現(xiàn)降低成本。
錨桿托盤起到擴大支撐巷道圍巖面積的作用，在底板上端壓力過大時，會將錨桿托盤的底板擠壓變形，應(yīng)力集中在錨桿托盤圓環(huán)處。對錨桿托盤的強度研究，注重其圓環(huán)處的應(yīng)力強度大小，看其圓環(huán)處應(yīng)力強度是否超出材料的屈服強度。對于10mm厚度的錨桿托盤強度分析獲得其圓環(huán)處的最大應(yīng)力強度為231 MPa，滿足強度要求。現(xiàn)將錨桿托盤的厚度降為8mm厚度，再研究其強度大小。對錨桿托盤進行壓力實驗，采用2000千克壓力試驗機對8 mm厚度的錨桿托盤進行壓力測試，檢驗托盤樣本的實用性能。
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