井下膠輪車車架加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)分析

張娜

（山西天地煤機(jī)裝備有限公司，山西 太原 030006）

井下電驅(qū)動(dòng)無軌膠輪車質(zhì)量過大，需要足夠的動(dòng)力才能實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的機(jī)動(dòng)性，在不穩(wěn)定的路面行駛時(shí)，車架結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)變形、開裂等損傷[1-2]。本文通過實(shí)驗(yàn)和有限元分析方法，對(duì)比不同類型加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變情況，得到較合適的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)人員對(duì)礦用車輛車架安全設(shè)計(jì)提供一定的參考依據(jù)。

1 加強(qiáng)筋有限元仿真分析

三維模型建立：

利用Solidworks 軟件建立一礦用電驅(qū)動(dòng)膠輪車車架的加強(qiáng)筋三維有限元模型，其尺寸圖如圖1 所示，三種加強(qiáng)筋長(zhǎng)度均為600mm。

圖1 U 型、T 型、L 型三種不同的加強(qiáng)筋模型

分別進(jìn)行加強(qiáng)筋網(wǎng)格劃分、邊界條件的施加及接觸設(shè)置得到3 種不同類型的加強(qiáng)筋的靜力學(xué)強(qiáng)度分析計(jì)算結(jié)果如下：T 型筋計(jì)算結(jié)果：

從T 型筋的變形圖2 和表1 中可以看出，加入T 型筋板后車架最大變形處在頂板上，最大變形量為3.5969mm。

圖2 T 型筋靜力學(xué)計(jì)算結(jié)果

表1 T 型筋計(jì)算結(jié)果

U 型筋計(jì)算結(jié)果：

從U 型筋的變形圖3 和表2 中可以看出，最大變形處也在頂板上，最大變形量為3.4128mm。

圖3 U 型筋靜力學(xué)計(jì)算結(jié)果

表2 U 型筋計(jì)算結(jié)果

L 型筋計(jì)算結(jié)果：

從L 型筋的變形圖4 和表3 中可以看出，最大變形處在L型筋上，最大變形量為6.2975mm。

圖4 L 型筋靜力學(xué)計(jì)算結(jié)果

表3 L 型筋計(jì)算結(jié)果

2 加強(qiáng)筋應(yīng)力載荷測(cè)試

為便于將有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單筋板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)原件有：車架試驗(yàn)板件、支撐板，支撐板的目的是做筋板的支撐，支撐板有足夠空間容納試件和加強(qiáng)筋的變形，T 形筋模型如圖5 所示。其它兩種加強(qiáng)筋模型與之相似。

圖5 車架與加強(qiáng)筋耦合模型圖

實(shí)驗(yàn)中選擇多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，在頂板的中間位置容易發(fā)生較大變形，因此在中間位置布置4 個(gè)應(yīng)變片，均位于頂板的底部，在頂板兩端分別布置2 個(gè)應(yīng)變片，共8 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖6 所示。其余兩種加強(qiáng)筋試件測(cè)點(diǎn)布置與T 型筋相同。

圖6 測(cè)點(diǎn)分布圖

本次試驗(yàn)最大施加載荷為4.3t。

表4 3 種加強(qiáng)筋實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果應(yīng)變值對(duì)比

從仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果可以看出：U 形筋變形最??；T 型筋變形其次，有限元模型中T 型筋為一體的，實(shí)驗(yàn)中使用的T型筋是橫縱板焊接起來的，焊接件幾乎沒有圓弧過度，如果不是焊接的也是一體的，實(shí)驗(yàn)效果會(huì)比現(xiàn)在結(jié)果更好些。L 形加強(qiáng)筋變形最大，L 型筋是一體筋，橫豎板部分有較大的圓弧過度。

3 結(jié)論

本文通過采用實(shí)驗(yàn)和有限元分析對(duì)比，從三種不同的加強(qiáng)筋模型中，選擇性能最優(yōu)的T 型加強(qiáng)筋，不僅能增強(qiáng)該礦用車的剛性和強(qiáng)度，在一定程度上還能減少材料浪費(fèi)，并為后續(xù)其它車架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度輔助設(shè)計(jì)提供一定的參考。