軸重對異型軌的力學特性研究分析

孫傳旗 桑根洪

(山東能源肥城礦業(yè)集團白莊煤礦,山東肥城 271623)

軸重對異型軌的力學特性研究分析

孫傳旗 桑根洪

(山東能源肥城礦業(yè)集團白莊煤礦,山東肥城 271623)

作為高效的輔助運輸設(shè)備,異型軌卡軌車在礦井輔助運輸中得到了廣泛的應(yīng)用。由于綜采設(shè)備趨向大型化,對異型軌提出了更高的要求。本文針對異型軌進行分析,重點研究了軸重對異型軌的力學特性,為異型軌性能的改善提供理論支持。

異型軌 力學特性 研究分析 軸重

在礦井運輸中，卡軌車以其顯著的優(yōu)點而廣泛應(yīng)用，但是當巷道條件多變時，其卡軌效果并不理想，甚至存在脫軌的安全隱患，難以適應(yīng)更多的條件，限制了其廣泛應(yīng)用。

為了解決普通卡軌車脫軌的問題，異型軌卡軌車應(yīng)運而生。異型軌卡軌車能夠解決普通卡軌車脫軌的問題，使卡軌車能夠適用于更多條件。但是由于國內(nèi)對異型軌的力學研究不多，限制了異型軌卡軌車的廣泛發(fā)展。因此本文主要研究軸重對異型軌的力學特性，為異型軌的廣泛應(yīng)用提供理論指導。

1 異型軌力學分析模型的建立

為了能夠?qū)Ξ愋蛙壍牧W特性進行研究，需要根據(jù)實際工況建立異型軌受力的分析模型。分析模型的建模原則是在保證仿真結(jié)果正確的前提下，仿真模型盡可能的簡單。根據(jù)SMJ160異型軌的實際尺寸建立有限元分析模型，模型采用四面體單元網(wǎng)格，由于輪軌接觸的分析精度較高，運算量大，為了節(jié)省計算機資源，對模型的劃分整體采取比較粗的網(wǎng)格，而可能接觸的部分采用比較細密的網(wǎng)格。最終生成的有限元模型中有單元245738個，節(jié)點414928個，建立的有限元模型如圖1所示。

圖1 有限元模型

2 軸重對異型軌結(jié)構(gòu)的靜力學特性研究

卡軌車在異型軌軌道上運行時，接觸應(yīng)力會不斷的發(fā)生變化，通過研究發(fā)現(xiàn)，影響接觸應(yīng)力的因素有很多，最主要的是軸重因素，通過對SMJ160異型軌進行靜力分析，研究軸重變化對異型軌結(jié)構(gòu)性能的靜力學影響。

由于卡軌車軸重的變化能夠顯著影響異型軌接觸應(yīng)力的大小，輪徑的大小影響接觸區(qū)域的大小。為了簡化分析，對于建立的有限元模型，在不同的軸重下對其進行靜力學分析，得出其靜力學特性。

建立的模型采用45kg/m SMJ160異型軌，輪徑采用300mm，軸重從25t到45t，通過對有限元模型進行分析，研究軸重的變化對異型軌的靜力學特性，討論對比的指標主要包括：最大等效應(yīng)力、最大摩擦應(yīng)力等。最大等效應(yīng)力和最大摩擦應(yīng)力隨軸重的變化，如圖2和圖3所示。

圖2 最大等效應(yīng)力隨軸重的變化

圖3 最大摩擦應(yīng)力隨軸重的變化

從圖2和圖3，不難看出，最大等效應(yīng)力和最大摩擦應(yīng)力都隨軸重的變大逐漸變大，當軸重是42.8t時，最大等效應(yīng)力最大，其值是364.62MPa;當軸重是45t時，最大摩擦應(yīng)力最大，其值是281.42MPa。

3 軸重對異型軌結(jié)構(gòu)動力學性能的影響

軸重是影響輪軌接觸狀況的一個非常重要的因素，軸重的提高對軌道結(jié)構(gòu)的動力學作用影響顯著，增加軸重就會增加輪軌之間的接觸力，使其摩擦加劇，因此非常有必要研究軸重對異型軌的動力學性能的影響。

模擬實際工況，對35噸軸重時的模型施加動力荷載，計算結(jié)果如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可以看到，在軸重的影響下，軌道頂部的等效應(yīng)力隨時間出現(xiàn)振蕩變化，并同時引起加速度的振蕩，使軌道振動加劇。

圖4 軌道頂部的等效應(yīng)力隨時間的變化

圖5 軌道垂向加速度隨時間的變化

4 結(jié)語

本文以SMJ160異型軌為研究對象，根據(jù)其應(yīng)用條件，建立了有限元分析模型，研究了異型軌在軸重影響下的力學特性分析，得到了最大等效應(yīng)力和最大摩擦應(yīng)力隨軸重變化的曲線圖，以及軌道頂部的等效應(yīng)力和軌道垂向加速度隨時間變化的受力圖，分析了軸重對異型軌的受力影響，為異型軌的優(yōu)化分析和性能改善提供了理論支持。

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As an efficient auxiliary transportation equipment, special shaped rail and trapped rail car is widely used in the mine auxiliary transportation.Along with the mining equipment becoming larger and larger, they have the higher requirements to the special shaped rail. This paper aims at analyzing the special shaped rail, and the emphasis is mechanical property of the special shaped rail when loading on axle, providing theoretical support for the improvement of the special shaped rail.

Special shaped rail Mechanical property Research and analysis Loading on axle

孫傳旗(1988-),男,漢族,山東泰安人,山東能源肥城礦業(yè)集團白莊煤礦掘進一區(qū)機電技術(shù)員,助理工程師,主要方向是煤礦機電設(shè)備管理和機械設(shè)計分析。