隨著煤炭工業(yè)的高速發(fā)展，煤炭開采及輔助設備的設計與生產水平得到了快速的提高。煤礦井下鏟運機是專門為煤礦井下搬運作業(yè)設計的一種矮車身、中央鉸接前端裝載，集鏟裝、運輸及卸載等聯(lián)合作業(yè)于一體的設備，它是我國煤礦井下輔助運輸設備的重要組成部分。因此，鏟運機的有限元分析，改進創(chuàng)新，提高其可靠性，對提高我國煤礦開采水平、推進煤炭現(xiàn)代化建設有著重大的意義。
       前車架是鏟運機直接用來支撐其工作機構的部件，承受外載荷最復雜，其結構設計的合理性對整車系統(tǒng)的重要性是不言而喻的。如圖所示，井下鏟運機一般沒有懸架裝置，在水、泥、坡、凹坑等條件很差的路面下，鏟運機運行時振動往往較大，加上所鏟裝的大都為重載物件，車架受到的沖擊負荷相對較大，嚴重時就會導致車架發(fā)生開焊、變形、甚至斷裂的事故，這就要求鏟運機車架零部件具有足夠的強度和剛度，以適應煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，提高鏟運機的工作可靠性。為保證前車架具有足夠的強度，使其具備足夠長的壽命和較高的可靠性，采用動態(tài)載荷提取法，對前車架進行了強度分析。計算機硬件和計算技術的發(fā)展，使得有限元方法成為靜力學、動力學性能數(shù)值分析的重要工具�；�于有限元分析平臺，利用有限元分析理論和方法，完成了對某鏟運機前車架的動態(tài)有限元分析計算，以vonMises應力作為前車架結構強度校核的參考值，準確得出了前車架的危險受力區(qū)域，之后完成車架結構的再設計，實現(xiàn)優(yōu)化，為后續(xù)設計提供了有力的理論依據(jù)。
       對前車架進行了有限元分析，首先要建立其三維幾何模型。采用大型CAD軟件SolidWorks完成了前車架的三維實體設計，所建幾何模型如圖所示。車架幾何模型是否合理直接影響到有限元分析計算結果的準確性，此次建模略去了車架局部非承載件，對某些作用相同的零件適當合并，合理地對車架進行了簡化。該車架采用薄壁箱型的焊接結構，由2塊等厚框形立板、底板、前板及多塊筋板焊接為一左右對稱的整體結構，加上驅動橋固定板、工作裝置油缸固定耳板及轉向鉸接耳板共同組成了整個車架;由于該結構具有質量小、制造工藝易于掌握、抗彎及抗扭強度大等特點，加之隨著有限元優(yōu)化技術以及電子計算機技術的發(fā)展，能夠比較真實地模擬實際結構的形狀和邊界受載狀況，反映出結構應力與變形情淘。因而得到廣汗梁用。如圖所示，鏟運機在行駛過程中，前車架主要受到與大臂鉸接處的水平方向力(X向)和垂直方向力(Y向)、舉升油缸鉸接處的水平方向力和垂直方向力、傾翻油缸鉸接處的水平方向力和垂直方向力、轉向鉸接處的水平方向力和垂直方向力以及車架自身的重力。在利用傳統(tǒng)方法校核車架結構強度和剛度時，往往采用動載靜力化法，車架承受的重力和載荷要乘以一定的動荷系數(shù)來等效實際受力，這樣，在實際計算時，就不能保證車架受力的準確性。鑒于此，首先在鏟運機滿載、全速、鵝卵石路面等惡劣工況下，對整車進行了多剛體動力學分析研究，從中提取了車架所承受的動態(tài)載荷，其中包含了慣性力等動態(tài)特征載荷，逼真地反映了實際情況，很大程度上提高了車架受力的準確性，載荷數(shù)據(jù)見表。
       有限元分析很重要的一步就是有限元網格劃分。網絡劃分時既要力求準確反映原結構幾何和力學性能，又要盡量減少單元節(jié)點的數(shù)量，單元數(shù)量過多則導致計算量增加。但在應力較大的危險區(qū)域，如各構件的焊縫處，應適當細化網絡。在具體實施過程中，首先要確定單元類型，四面體4節(jié)點實體單元，每個節(jié)點具有6個自由度，分別為yx、yz線位移自由度和繞yx、yz軸的轉動自由度，該單元具有應力強化與大變形性能，符合車架的實際工況，故確定車架有限元模型單元類型為四面體單元。通過設置單元尺寸(C30mm)來設定單元公差C1.Smm}然后對模型劃分網絡，模型中共包括單元66720個，節(jié)點總數(shù)達到114981個。根據(jù)鏟運機工況及各處結構，前車架與動臂、油缸通過銷軸連接，該處的幾何約束為鉸鏈轉動約束，車架與驅動橋為固定約束。車架材料初步選擇Q345，材料的彈性模量為206GPa，泊松比為0.3，密度為7.86g/mm3，抗拉強度為660MPa。

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