基于ANSYS Workbench的电机抗振性能仿真分析

汤剑 黄松海

摘要：为了进一步对矿用电动轮自卸车牵引电机进行优化设计，针对电动轮自卸车在矿山现场运行振动大这一现状，而导致电动轮自卸车牵引电机振动大的问题。对某型号电动轮自卸车牵引电机进行了振动加速度数据采集和分析，并根据实际工况振动加速度建立仿真模型，对牵引电机的结构强度进行仿真分析验证，得到了电动轮自卸车牵引电机的应力分布。最终确定了电机强度满足使用要求。振动测试方法及仿真分析方法可为同类产品开发提供参考。

0引言

随着大型露天矿山规模的不断扩大，电动轮自卸车在矿山运输过程中的作用越来越明显，全世界范围内，40%煤矿和%90%矿的开采运输工作都是由电动轮自卸车完成的。由于矿区道路崎岖，坑洼較多，且电动轮自卸车的体积、重量过于庞大，减振性能偏硬，使得车体振动比普通车辆更为恶劣，牵引电机作为矿车的核心动力部件，其耐振性能的好坏直接影响整车的运行稳定性和可靠性。对电动轮自卸车牵引电机进行设计时，需要以现场实际情况的振动数据为标准，对电机结构的强度、刚度进行仿真分析，保证电机强度满足使用要求。

1振动加速度测试

为了解电动轮自卸车实际运行过程中的振动环境，需要测量不同运行工况下的加速度时间历程数据，为后续的仿真分析提供数据支持。选取的测试对象是内蒙古某矿山某电动轮用自卸车（图1），采集数据之前需考虑以下问题：（1）不同类型车辆的振动加速度型谱不同;（2）车辆空载、满载时加速度型谱不同;（3）车辆行驶在不同路面上行驶的振动加速度不同;（4）测试点的位置不同也会影响振动加速度的型谱。

采用电容式三向加速度传感器进行测量。电机安装在电动轮车轮毂内，将加速度传感器放置在电机上，则无法取出传感器，还会影响到电动轮的正常运行，因此只能在主轴的前端面上安装加速度传感器，该测试位置靠近电机，故测量数据能真实反映电机振动情况。具体测点位置如图所示。

矿车在满载工况下进行测试，测试时间为1小时，矿车行驶路程约为25km，矿车在行驶过程中包含了加速、匀速、制动等工矿，路面存在着转弯、爬坡、凹凸不平等一系列状况。测得的振动加速度型谱如图所示：

现场调研反映，振动加速度值较大点都出现在转弯、爬坡、刹车、地面坑洼等工矿，对现场测得的振动加速度波形图进行分析，得到振动加速度最大值时所对应的各项振动加速度值如下表：

2基于实际工矿振动加速度的电机强度仿真分析

电机采取了一系列措施来保证电机的整体机械结构强度，有效提高电机整体可靠性，使电机能承受大的冲击。针对现场采集的振动加速度数据情况，通过ANSYS有限元仿真软件对机座、端盖的强度进行仿真分析，保证电机配套电动轮自卸车能长期工作在矿山等级道路以及碎石泥土混合、表面凹凸不平、多尘泥泞的非等级道路。

2.1模型简化：

（1）将定子绕组、转子用质量点代替;

（2）机座材料常数为，E=2.lell，密度为7850;（各向同性材料），屈服强度为≥345MPa。

2.2模型边界条件

2.3仿真分析结果

对电机运行中的4种工况分别进行了计算。电机在受最大转矩，同时受到垂向5g、轴向2.5g及横向2.5g冲击加速度时，机座最大应力为52.1MPa，最大变形量为0.126mm，应力值远低于材料Q345E的屈服强度。电机强度满足使用要求。

3结论

通过ANSYS Workbench有限元仿真，在模拟现场工况冲击加速度的条件下，对电机的整体结构强度进行了仿真计算，计算结果能够保证电机适应实际的冲击振动的工作环境。