40 t煤礦用支架搬運(yùn)車(chē)前機(jī)架的有限元分析

席瑞萍

(太原重工股份有限公司風(fēng)電設(shè)備分公司，山西 030024)

支架搬運(yùn)車(chē)主要應(yīng)用于煤礦行業(yè)。在使用過(guò)程中，由于前機(jī)架承受較大的載荷作用，故該部位易發(fā)生斷裂。進(jìn)口40 t 支架搬運(yùn)車(chē)在使用過(guò)程中前機(jī)架也易斷裂，斷裂位置為前橋后筋板處，三維有限元模型簡(jiǎn)化見(jiàn)圖1，易斷裂位置A 見(jiàn)圖2。

在該模型中，去除了對(duì)機(jī)架受力影響不大的蓋板、護(hù)板等零件，并對(duì)小邊角等部位也進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

約束及載荷加載情況:

(1)約束:對(duì)車(chē)橋聯(lián)接部位施加固定約束;

(2)載荷:發(fā)動(dòng)機(jī)及泵等部件的重力，按1 t計(jì)算;防爆水箱自重，按0.5 t 計(jì)算;散熱器及散熱器罩重力，按0.5 t 計(jì)算;油缸在轉(zhuǎn)向時(shí)的推力及拉力，分別按134 kN、34 kN 計(jì)算，角度為60°及20°;鉸接部受力，經(jīng)計(jì)算，鉸接部豎直方向受力按58.73 kN，水平方向受力按44 kN 計(jì)算，水平方向受力與機(jī)架軸線方向成30°。

加載完成后的模型如圖3 所示(SolidWorks的COSMOS 插件中的截圖)、劃分網(wǎng)格后的模型如圖4 所示。

用COSMOS 對(duì)該模型進(jìn)行有限元分析，應(yīng)力云圖見(jiàn)圖5、圖6。

圖1 有限元簡(jiǎn)化模型Figure 1 Finite element simplified model

圖2 易斷裂位置AFigure 2 Breakable location A

圖3 加載后模型Figure 3 Model under loading

圖4 劃分網(wǎng)格后模型Figure 4 Model after grid dividing

圖5 機(jī)架應(yīng)力圖Figure 5 Frame stress cloud chart

從應(yīng)力圖中可以得到:最大應(yīng)力值為190.939 MPa，此處應(yīng)力過(guò)大，易發(fā)生斷裂破壞，因此需對(duì)此處結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。

2 改進(jìn)方案

2.1 方案一

圖6 應(yīng)力圖(機(jī)架尾部局部視圖)Figure 6 Stress cloud chart(frame end local view)

圖7 方案一模型Figure 7 Project 1 model

圖8 機(jī)架應(yīng)力圖Figure 8 Frame stress cloud chart

對(duì)機(jī)架尾部?jī)闪暹M(jìn)行加筋處理，加筋位置如圖7 所示，加筋寬度20 mm，高度30 mm。加筋后模型如圖7 所示。

約束及加載情況不變，在改進(jìn)后得到的應(yīng)力云圖見(jiàn)圖8、圖9。

圖9 應(yīng)力圖(機(jī)架尾部局部視圖)Figure 9 Stress cloud chart(frame end local view)

圖10 筋板處加焊板模型Figure 10 Model of welded plate added on reinforcing plates

圖11 機(jī)架應(yīng)力圖Figure 11 Frame stress cloud chart

從應(yīng)力圖中可以得到:最大應(yīng)力值為172.2 MPa，加強(qiáng)之后較原模型受力變小，但結(jié)構(gòu)仍有可改進(jìn)的地方。

2.2 方案二

在車(chē)橋后部的筋板下加焊一塊板，厚度16 mm，寬200 mm，將兩筋板相連，見(jiàn)圖10。

圖12 應(yīng)力圖(機(jī)架尾部局部視圖)Figure 12 Stress cloud chart(frame end local view)

約束及加載情況不變，得到應(yīng)力云圖見(jiàn)圖11、圖12。

從應(yīng)力圖中可以得到:最大應(yīng)力值為133.9 MPa，此種加強(qiáng)方法比方案一稍好，但是所加板偏重，故提出第三種方案。

2.3 方案三

在方案二的基礎(chǔ)上對(duì)所加的板開(kāi)槽，以減輕板的總重，板開(kāi)槽后的模型見(jiàn)圖13。

約束及加載情況不變，得到應(yīng)力云圖見(jiàn)圖14、圖15。

從應(yīng)力圖中可以得到:最大應(yīng)力值為148.7 MPa。綜合考慮，我們認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)比前兩種方案更合適。

3 結(jié)論

從上述對(duì)搬運(yùn)車(chē)前機(jī)架的有限元分析我們可以得知，在對(duì)前機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)的前提下，不同的結(jié)構(gòu)改進(jìn)會(huì)得到不同的應(yīng)力變化。對(duì)于工程生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，使結(jié)構(gòu)最大化利用是最主要的目標(biāo)，在應(yīng)力值逐漸變化的前提下，此時(shí)的結(jié)構(gòu)也是越來(lái)越趨于穩(wěn)定，所用的板材重量也越來(lái)越輕，很好地節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

圖14 機(jī)架應(yīng)力圖Figure 14 Frame stress cloud chart

圖15 應(yīng)力圖(機(jī)架尾部局部視圖)Figure 15 Stress cloud chart(frame end local view)

［1］常凱.煤礦用液壓支架搬運(yùn)車(chē)的選型探討.煤礦機(jī)械，2010.06，72－74.