40 t煤矿用支架搬运车前机架的有限元分析

席瑞萍

(太原重工股份有限公司风电设备分公司，山西 030024)

支架搬运车主要应用于煤矿行业。在使用过程中，由于前机架承受较大的载荷作用，故该部位易发生断裂。进口40 t 支架搬运车在使用过程中前机架也易断裂，断裂位置为前桥后筋板处，三维有限元模型简化见图1，易断裂位置A 见图2。

在该模型中，去除了对机架受力影响不大的盖板、护板等零件，并对小边角等部位也进行了简化。

约束及载荷加载情况:

(1)约束:对车桥联接部位施加固定约束;

(2)载荷:发动机及泵等部件的重力，按1 t计算;防爆水箱自重，按0.5 t 计算;散热器及散热器罩重力，按0.5 t 计算;油缸在转向时的推力及拉力，分别按134 kN、34 kN 计算，角度为60°及20°;铰接部受力，经计算，铰接部竖直方向受力按58.73 kN，水平方向受力按44 kN 计算，水平方向受力与机架轴线方向成30°。

加载完成后的模型如图3 所示(SolidWorks的COSMOS 插件中的截图)、划分网格后的模型如图4 所示。

用COSMOS 对该模型进行有限元分析，应力云图见图5、图6。

图1 有限元简化模型Figure 1 Finite element simplified model

图2 易断裂位置AFigure 2 Breakable location A

图3 加载后模型Figure 3 Model under loading

图4 划分网格后模型Figure 4 Model after grid dividing

图5 机架应力图Figure 5 Frame stress cloud chart

从应力图中可以得到:最大应力值为190.939 MPa，此处应力过大，易发生断裂破坏，因此需对此处结构进行加强。

2 改进方案

2.1 方案一

图6 应力图(机架尾部局部视图)Figure 6 Stress cloud chart(frame end local view)

图7 方案一模型Figure 7 Project 1 model

图8 机架应力图Figure 8 Frame stress cloud chart

对机架尾部两立板进行加筋处理，加筋位置如图7 所示，加筋宽度20 mm，高度30 mm。加筋后模型如图7 所示。

约束及加载情况不变，在改进后得到的应力云图见图8、图9。

图9 应力图(机架尾部局部视图)Figure 9 Stress cloud chart(frame end local view)

图10 筋板处加焊板模型Figure 10 Model of welded plate added on reinforcing plates

图11 机架应力图Figure 11 Frame stress cloud chart

从应力图中可以得到:最大应力值为172.2 MPa，加强之后较原模型受力变小，但结构仍有可改进的地方。

2.2 方案二

在车桥后部的筋板下加焊一块板，厚度16 mm，宽200 mm，将两筋板相连，见图10。

图12 应力图(机架尾部局部视图)Figure 12 Stress cloud chart(frame end local view)

约束及加载情况不变，得到应力云图见图11、图12。

从应力图中可以得到:最大应力值为133.9 MPa，此种加强方法比方案一稍好，但是所加板偏重，故提出第三种方案。

2.3 方案三

在方案二的基础上对所加的板开槽，以减轻板的总重，板开槽后的模型见图13。

约束及加载情况不变，得到应力云图见图14、图15。

从应力图中可以得到:最大应力值为148.7 MPa。综合考虑，我们认为这种结构比前两种方案更合适。

3 结论

从上述对搬运车前机架的有限元分析我们可以得知，在对前机架结构进行改进的前提下，不同的结构改进会得到不同的应力变化。对于工程生产来说，使结构最大化利用是最主要的目标，在应力值逐渐变化的前提下，此时的结构也是越来越趋于稳定，所用的板材重量也越来越轻，很好地节约了生产成本，提高了经济效益。

图14 机架应力图Figure 14 Frame stress cloud chart

图15 应力图(机架尾部局部视图)Figure 15 Stress cloud chart(frame end local view)

［1］常凯.煤矿用液压支架搬运车的选型探讨.煤矿机械，2010.06，72－74.