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支架搬運(yùn)車是煤礦井下液壓支架無軌運(yùn)輸?shù)膶Ｓ迷O(shè)備，具有結(jié)構(gòu)緊湊，承載及爬坡能力大，機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，適合搬家倒面及工作面鋪設(shè)時(shí)液壓支架的長距離運(yùn)輸。重載支架搬運(yùn)車的研制實(shí)現(xiàn)了大采高工作面液壓支架的無拆解長距離無軌運(yùn)輸，大大縮短了綜采工作面搬運(yùn)周期。框架式支架搬運(yùn)車主要由前機(jī)架、中央鉸接及U形拖車組成。U形拖車為液壓支架的承載部分。拖車與前機(jī)架由中央鉸接鏈接，拖車兩側(cè)各有一個(gè)擺動(dòng)梁結(jié)構(gòu)，使得支架搬運(yùn)能夠平穩(wěn)通過。支架搬運(yùn)在凹凸不平的井下路面如圖所示。拖車有掛鏈?zhǔn)胶头獾资�，支架承載于拖車內(nèi)。由于巷道起伏較大，路面凹凸不平，支架在拖車內(nèi)易晃動(dòng)，使擺動(dòng)梁頻繁受到?jīng)_擊。車輛在緊急制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等也會(huì)對(duì)擺動(dòng)梁造成較大的擠壓、彎曲及扭轉(zhuǎn)，甚至形成塑性變形，使擺動(dòng)梁報(bào)廢。因此，必須保證擺動(dòng)梁有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度。同時(shí)，為了壓縮拖車寬度，提高整車對(duì)高巷道的適應(yīng)性，必須要求擺動(dòng)梁有較小的箱梁厚度。由于擺動(dòng)梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的力學(xué)計(jì)算方法很難精確求解出其結(jié)構(gòu)受力分布。本研究采用有限元分析方法，對(duì)擺動(dòng)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析計(jì)算，得出了重載時(shí)擺動(dòng)梁應(yīng)力分布情況，為擺動(dòng)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析提供了新的計(jì)算方法。
擺動(dòng)梁結(jié)構(gòu)擺動(dòng)梁主體為高強(qiáng)厚鋼板焊接的箱梁結(jié)構(gòu)，中央鋼套內(nèi)為鉸接樞軸，樞軸兩端由樞軸支架固定。擺動(dòng)梁可圍繞樞軸擺動(dòng)。擺動(dòng)梁兩側(cè)邊緣貼有耐磨板，機(jī)架上限位槽對(duì)邊緣處進(jìn)行限位，防止擺動(dòng)梁橫向變形過大。輪邊減速器安裝在擺動(dòng)梁兩側(cè)安裝盤上，減速器上安裝有實(shí)心輪胎。擺動(dòng)梁在機(jī)架安裝如圖所示。擺動(dòng)梁受力分析拖車的全部載荷、轉(zhuǎn)向彎矩及傾覆力矩均由輪邊減速器傳至擺動(dòng)梁。擺動(dòng)梁受力情況如圖所示。拖車自重約為22t，額定載荷50t，沖擊系數(shù)按1.5倍計(jì)算。此時(shí)每個(gè)輪胎所受豎直方向的力F=20t，拖車在橫向坡度時(shí)，輪胎所受橫向力為Fz。根據(jù)拖車輪邊馬達(dá)輸出扭矩可得輪胎最大驅(qū)動(dòng)力F及Fz對(duì)擺動(dòng)梁安裝面的彎矩，Mz是力F3通過力臂L對(duì)擺動(dòng)梁安裝面的彎矩，輪邊減速器給擺動(dòng)梁安裝面的最大驅(qū)動(dòng)扭矩。
建立三維模型通過SolidWorks軟件建立擺動(dòng)梁三維模型，處理焊縫及較小的邊角特征，修補(bǔ)不影響分析的特征以提高分析效率。將處理后的模型導(dǎo)入有限元分析軟件，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分和施加邊界條件。對(duì)模型材料進(jìn)行設(shè)置，其中主立板為Q690高強(qiáng)鋼板，其余腹板及鋼套材料均為Q345。網(wǎng)格劃分用三角形網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最小網(wǎng)格尺寸設(shè)置為5 mm。根據(jù)擺動(dòng)梁內(nèi)外主立板為厚鋼板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)主立板進(jìn)行掃掠，掃掠層數(shù)為3層。其余普通鋼板和中央鋼套為自由網(wǎng)格劃分。對(duì)箱梁內(nèi)薄肋板與主立板焊接處網(wǎng)格進(jìn)行局部細(xì)化。劃分后單元數(shù)為115542，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為205068個(gè)。
對(duì)模型進(jìn)行邊界約束和施加載荷，根據(jù)擺動(dòng)梁實(shí)際的受力情況，將擺動(dòng)梁中央鋼套內(nèi)圈施加固定約束，擺動(dòng)梁兩側(cè)的耐磨板施加無摩擦約束。對(duì)各受力面施加載荷。通過有限元分析計(jì)算得出擺動(dòng)梁應(yīng)力云圖如圖所示。擺動(dòng)梁最大應(yīng)力處為主立板兩側(cè)的耐磨板根部，該處所受極限應(yīng)力為465 MPa。減速器安裝面、上下腹板及鋼套周圍應(yīng)力蕊300 MPa，最大變形<1mm。
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