掘锚一体机底盘结构强度仿真与改进.pdf
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1、2023.04 建设机械技术与管理 59产品结构掘锚一体机底盘结构强度仿真与改进Structural Strength Simulation and Improvement of Chassis of Excavation Anchor Integrated Machine胡树伟(中国铁建重工集团股份有限公司,湖南 长沙 410000)摘要:为了满足掘锚一体机底盘结构在适用于多种不同工况下的强度要求,以底盘的主体底盘架为研究对象,利用 OptiStruct 软件对其结构强度进行了仿真分析,并根据仿真结果对原结构提出优化建议。实验结果表明,底盘架整体结构在不同工况下趋于稳定,而多处局部结构焊缝所
2、受的应力均接近相应位置母材和焊缝的许用应力,可能存在失效的风险。本文为消除焊缝处应力较高现象,使底盘结构满足强度要求,提出了相应的改进措施。关键词:掘锚一体机;底盘;OptiStruct中图分类号:TD421 文献标识码:A0 引 言随着现代煤矿行业的不断发展,对煤矿用地下开采工程机械的需求与日俱增。掘锚一体机作为一种涉及煤矿巷道掘进开采及支护机械,同时可以实现掘进机与锚杆机的在煤矿矿井中的功效,具有工作效率高,自动化程度高,成本小等优点,在国内得到广泛应用1-3。掘锚机在煤矿区进行作业时,由于煤矿井下的工作环境比较复杂,所以在进行结构设计时,其整机结构的稳固性不可忽视,特别是底盘结构的设计,
3、往往决定于掘进和支护工作的效率及安全。学者杨少楠4针对EJM270/4-2神新掘锚一体机进行定制化设计其底盘,实现功能的同时需要保证其可靠性,因此利用 OptiStruct 仿真软件对多种不同工况下底盘架结构进行仿真分析,评估在九种不同工况下其结构强度是否满足要求5。本文通过 Hyperworks 软件计算掘锚一体机的底盘主体底盘架不同工况下边界载荷,通过其前处理过程得到掘锚一体机底盘在不同工况下的载荷。然后利用 OptiStruct 软件作为求解器,对其进行静力学分析,找出应力较高的焊接处,对其进行局部优化以满足掘锚一体机在矿井中作业时的各种工况。1 掘锚一体机底盘结构强度分析1.1 掘锚一
4、体机基本信息掘锚一体机作为一种煤矿用重型工程机械,其承受载荷远超于一般工程机械,而底盘在整机作业时承受了大部分的应力。而底盘架作为底盘的主体结构,其重要性不可忽视。为了全面的对掘锚一体机的底盘架进行强度校核,对整机的基本信息与不同工况进行分析必不可少。本文针对EJM270/4-2 神新掘锚一体机的基本信息为:整机工作高度为 0 4500mm;减速机信息为额定功率 320kW,额定扭矩为 12kNm;底盘减速机驱动力为 655.5kN;额定掏槽力为879.2kN,系统压力为 28MPa;平台自重 13.46t,装载装置自重 6.3t,前刮板机自重 2.67t,护盾自重 5t;刮板机后支撑油缸压力
5、 16MPa,前刮板机提升油缸压力 16MPa,护盾单侧推力 200kN。因此,基于掘锚一体机的上述所述基本信息,对整机底盘的底盘架结构建立仿真模型。1.2 底盘结构仿真模型建立掘锚一体机底盘由底盘架为主体搭载了履带组件和驱动装置等其他部件。其中底盘架作为底盘的主体结构,其他部件通过螺栓连接安装固定在底盘上。在掘锚一体机作业和图 1 掘锚一体机底盘模型60建设机械技术与管理 2023.04 产品结构行走时,底盘不仅需要承载整机自身的重力,还需要承受工作和移动时产生的其他应力。因此,底盘的主体底盘架自身需要较高强度,所有需要对其进行强度检验与校核。图 1 为掘锚一体机底盘在 Creo 中的三维模
6、型,图 2 为底盘的主体底盘架的三维模型。基于 Hypermesh 软件对模型进行有限元分析,为提高仿真计算效率,在不影响仿真结果精度的前提下,对模型进行适当的简化,将安装于底盘上的部件以力的形式作用于底盘架。计算底盘架在掘锚一体机极限工作状态下的结构强度。对底盘架采用二阶四面体 solid 单元划分网格。件的不同工况,在本文中故采取将整机工况分解为底盘工况、大臂工况以及载荷三个部分,来作为底盘架的边界条件。而本文采取的分类方式是以载荷不同为大类来进行具体细化分类不同工况与其相对应的仿真分析结果。掘锚一体机底盘架所受的载荷由 Hyperworks 软件计算可以分为四类,而每种载荷下对应不同的底
7、盘工况和大臂工况,综上可得掘锚一体机在掘进支护作业时的九种不同的整机工况。本文将 EJM270/4-2 神新掘锚一体机在工作时的载荷分ABCD 四类载荷。其中 A 类载荷为:截割大臂偏载掏槽载荷通过滑移架铜套传递给导向柱;左右平台自重为 13.46t,前刮板运输机提升油缸,单侧向下拉力 10t,护盾油缸单侧推力 20t;掏槽油缸 897.2kN,下拉工况无此载荷;中部刮板机后支撑油缸载荷 152kN 压力为 16MPa。B 类载荷为:截割大臂自重载荷通过滑移架铜套传递给导向柱;左右平台自重 10t,前刮板运输机提升油缸,单侧向下拉力 10t;履带单边驱动力 655.6kN,中部刮板机后支撑油缸
8、载荷 152kN 压力为 16MPa。C 类载荷为:截割大臂偏载下拉截割载荷通过滑移架铜套传递给导向柱;左右平台自重为 15t,前刮板运输机提升油缸,单侧向下拉力 10t,护盾油缸单侧推力 20t;中部刮板机后支撑油缸载荷 152kN 压力为 16MPa。C 类载荷为:截割大臂自重载荷通过滑移架铜套传递给导向柱;左右平台自重 15t,护盾自重载荷 5t;中部刮板机后支撑油缸载荷 152kN 压力为 16MPa。掘锚一体机为不同种类载荷情况时,由于其底盘与大臂的工况不同,故存在九种不同工况,其具体细节见表 2。对应工况的情况见图 3。本文利用 OptiStruct 软件作为求解器,求得掘锚一体机
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