地下铲运机整机结构强度分析及实验研究

SeriesNo．357 March2006 金 属 矿 山 METALMINE 总第357期 2006年第3期 地下铲运机整机结构强度分析及实验研究 迟可伟孙健冯茂林 (北京科技大学) 摘要建立了地下铲运机整机结构有限元模型．提出铰销、油缸、轮胎及边界条件的模拟方法。进行了ACY 一2型地下铲运机整机结构强度实验，验证了整机有限元模型的正确性。同时根据此模型对3种工况F铲运机的 结构强度进行了分析，结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，铲斗插入料堆正常作业的牵引工况下，铲运机结构满足强度要求；而后轮离地和 前轮离地两种极限J二况是危险工况。 关键词地下铲运机有限元模型 强度实验强度分析 StrengthAnalysisandExperimentalResearchofUndergroundLHDMachine’BodyworkStructure ChiKeweiSunJianFengMaolin (UniversityofScience＆Technology成洳g) AbstractTheFEmodelfortileundergroundLHDmachine§bodyworkstnlctucfewasbuiltandthesimulationmethods foritsjoint，hydraulicactuator，tyreandboundarycondidonswereproposed．TestsweremadeOilthestrengthofACY一2 1』HDmachine§bedyworkslnaelure，which,Jalida’edtheeorreclnessoftheFEmedal．Meauwbi|e，basedonthismodel，a— nalysiswasmadeofthestrengthoftheLHDⅡmchinegbodyworkstructureinthreeoperationconditionsItwasshownthat inthetractionconditionofthebucketinsertingintothematerialpileinnormaloperation，theLHDmachine§structurecan menthestrengthrequirementwhiletwolimittractionconditionsofreal——wheelsorfront——wheelsdeviatingfrmntheground arethedangerousconditions KeywordsUndergroundLHDmachine，FEmodel，Strengthtest，Analysisofstrength 地下铲运机是专门为地下作业设计的一种矮车 身、中央铰接前端装载的铲装、运输、卸载联合作业 没备。我国地下矿山使用铲运机始于1975年，20 世纪70年代末开始自行研制地下铲运机。我国自 行研制地下铲运机不仅为矿山节约了大量开支，同 时也促进了我国矿山无轨设备的发展。但与国外铲 运机相比，国产地下铲运机还存在许多问题，其中产 品结构上存在的问题更为突出。近年来随着计算机 的发展，有限元法已在装载机结构分析中得到了一 定程度的应用，但是还仅限于分析某个部件或者部 分结构的强度，而在地下铲运机结构分析中的应用 还很少。本课题以ACY一2型铲运机为例对铲运机 整机进行了强度有限元分析及实验研究。 1有限元模型的建立 I．t装配特征及铰接关系的模拟 ANSYS提供了一种多点约束(MPC)方法，来模 拟装配特征”o。图1显示了一个具有装配特征的设 计模型和使用多点约束法来模拟装配关系的有限元 模型。抽象的中央节点被连接到装配面上的一系列 节点上，装配关系由多点约束(MPC)的约束方程来 描述。 图1多点约束(MPC)方法模拟装配关系示意 构件间的铰接关系由ANSYS的combin7单元 来模拟。此单元是3维销(或旋转)连接单元，由节 点i√和一个方向节点k组成，也可以增加两个随意 控制节点z和m，如图2所示。 迟可伟(1978)．女，北京科技大学土木与环境工程学院，博士研究 生．100083北京市海淀区学院路30号。 万方数据 总第357期 金 属 矿 山 2006年第3期 t．十 图2 ANSYScombin7铰接单元 1．2液压油缸的模拟 液压油缸可以理想化成一个二力杆，可以选用 beam4单元来模拟。单元的横截面面积和杨氏模量 由相应的油缸在中间位置的轴向刚度决定。选用 beam4单元，不仅力的方向与单元的方向一致，同时 还可以反映压力释放值的影响，且能传递扭矩。图 3是用beam4单元模拟液压油缸的示意图。 图3液压油缸有跟元表示法 1．3确定边界条件 一般在正常作业过程中，铲取物料时铲运机的 行走系和承载构件受力最大。此时，力学模型如图 4所示，前、后轮约束x和z两个方向的位移。 测点应力的一种试验。 图5铲运机整机车架有限元模型 根据铲运机所受的实际工作载荷情况，静载试 验采用存铲斗尖上加载的方法(载荷加在铲斗中 央)，选择了铲运机工作过程中可能出现的水平和 垂直两种载荷形式。ACY一2型地下铲运机最大牵 引力可达104kN，最大铲取力为66．9kN，实验中最 大水平载荷加到100kN，垂直载荷加到55kN。对 水平和垂直两种载荷均分lo次逐级加载， 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 每个 载荷下的测点应力。 任意选取4个测点(测点的位置如图6所示)， 比较实验测得的应力值和有限元计算的应力值，如 图7所示，发现水平载荷和垂直载荷作用下，随着载 荷的增加应力值在不断增大，有限元计算值和实验 值增长趋势吻合，且有限元计算值基本上大于实验 值，说明有限元模型的刚度大于实际车体的刚度。 此结果表明，铲运机整机有限元模型的建模方法是 正确的‘“。 图4铲运机铲取物料时力学模型 1．4有限元模型的建立 铲运机整机车架主要由工作装置、前车架和后 车架3大部分组成，3部分都是钢板组焊件，在铰接 处通过铰销连接在一起。 在建立有限元模型时，忽略了前后车架挡泥板 及驾驶室。将前、后桥用梁单元模拟，轮胎用弹性单 元模拟。15个铰接关系由combin7单元模拟，装配 关系使用内部多点约束(MPC)方法模拟，整机有限 元模型如图5所示，共18780个节点，83932个自 d，自 图6任意选择的4个测点位置 2 整机结构强度静态实验 3 特殊工况下整机结构强度分析 静态加载测试是在机器静止状态下，根据其作 使用所建整机有限元模型，对铲斗插入堆料水 业时可能出现的载荷，在铲斗上加载，测量该载荷下 平和垂直载荷联合作业、后轮离地和前轮离地3种 ·58· 餐 万方数据 迟可伟等：地下铲运机整机结构强度分析及实验研究 2006年第3期 型 JR 僭 o 20 40 60 80 loo 水平载荷／kN Ⅻ 250 2∞ 150 100 50 280 240 200 】60 120 80 0 20 dOfi。柚】G0 水平载荷mN 击 罨 坦 ≮ 倒 0 20 40 60 80 100 水平载荷／kN 担 R 甘 坦 S {三_ 水平载荷／kN 2【l 30 4【I H)60～0 10 20 3040砷60 0 10 20 30 40 5【l 60 垂直载荷／kN 垂直戴荷／kin 垂直载荷／kN (日) (h) (n) (dJ 图7有限元计算应力值和实验应力值比较 (a)一测点I；(b>一洲点2；(c)一测点3；(d)一测点4 -一计算机值i[3一实骑值 牵引工况”。进行有限元计算，得到3种工况下整机 结构的等效应力和变形，分别见图8、图9和图lo。 从等效应力罔可见，铲斗插入料堆水乎和垂直载 荷联合作业工况和后轮离地牵引工况整机等效应力 分布基本相同，工作装置和前车架受力较大，前者的 最大等效应力出现在左侧前桥铰接板处，应力值为 167MPa如图8所示；后轮离地牵引工况最大等效应 力出现在动臂铰崖板的铰孔处，最大等效应力高达 375MPa，如图9所示。前轮离地牵引工况，后车架受 图9后轮离地牵引工况铲运机整机等效应力 力明显增大，最大应力出现在连接摆动架的前支承板 与右侧板焊接处，应力值为392MPa，如图lo所示。 ；一曼&薹慧篡黧墨。一 鬈菇雾喜萎鬈篥誓鉴翥粪篡磊糯鬈Z乏；罕臻嬖’竺芸鼍篡冀蓑‘：笔裴翟+。。。篙釜；磊主磊罕i菩；藁善釜蓑薹≤菜高；三条菝写⋯!黧黧j妻曼螺黎古黧慧曩曼暑襦裹茹荔点霜凳蒜嚣薹端主蒜磊 兰鎏警警璧娶耋妻羹篓銮，毫慧笔墨裴：{兰蛩嚣篓羞主了菩辜蓁壶嚣羞季磊芏磊篙舅：荔等” 竺兰矍絮?雾曼黧曼+黧箩翟拿兰圭黧，翟≮“”一”一“～⋯～。“”⋯。藿妻罢詈曼j：=：i!妻氅焊接o!黧堡恩苎亨竺篓。(1)’巍出铰销、油缸、轮胎及边界条件的模拟方 妻篓霄望鐾翟!璺冀。‘翼11嚣,‘11竺点襄苎要兰竺苎斐法，毒---m：m兰芋；逞茹釜莸苗署诺：菩磊主：。森霖手痞葙 鐾璧璺垄篡5矍兰芝乎二妻孝詈璺篓耋篓!!苎?弄；孬蔷；≤i荔葬菇孬主聂磊磊该磊≤晶菜量搓 臂铰座板的应力较大外，其整体的强度和刚度都是 籀斧釜碧藁蚤j磊着：⋯””⋯‘～⋯’⋯～7⋯、 万方数据 总第357期 金 属 矿 山 2006年第3期 (2)有限元计算值和实验值增长趋势吻合，表 明铲运机整机有限元模型的建模方法是正确的。实 验值大部分小于有限元计算值，说明整机模型刚度 [1] 大于实际车体刚度。 (3)在铲斗插入料堆正常作业的牵引工况下， ⋯ 铲运机车架的最大等效应力为167MPa，满足强度 要求。后轮离地和前轮离地的牵引工况是极限工 [3】 况，两种工况下最大等效应力分别为375MPa、392 MPa，是危险工况。 参考文献 SellgrenUWheelloaderrealⅡadon_aroodelandanarchitec tuft、thatenablessimulationin8processcontext『J1 ’nuTA— MMK。ISSN．2003(12)：l400—1179． 成凯，等装载机工作装置的有限元分析[J]农业机械学 报，200I，32(6)：20-21 王吉忠装载机结构强度的分析方法和力学模型的建立[J] 工程机械，1996(10)：6-7 (收稿日期2006-01-26) ～～一一⋯一一一一一一一一一一～～4-一·-4-一一一⋯n～．4-+¨+一一一一一 ·信息苑· 中国金属学会采矿专业委员会学术年会征文 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 主办单位：中国金属学会露灭与地下采矿专业委员会、 (3)海洋采矿设备研制等； 金属矿山杂志社 (4)炸药及导爆材料的研制与应用，炸药自动化生产技 (一)会议宗旨：中国会属学会露天与地下采矿学术会议 术等。 是有关露天与地下采矿技术、矿山新设备新丁艺新材料的研 6特殊开采 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 技术方面： 制应用、矿山企业管理等方面的学术研讨会。会议的宗旨是 (1)生物、微生物堆浸开采技术； 促进我国露天与地下采矿技术，提高资源利用率，及相关技 (2)挂邦矿、边杂矿体开采技术； 术的学术交流和研讨。会议主题：资源时代的采矿技术。 (3)深井采矿技术； (二)会议地点：宁夏银川市。 (4)“二下”开采技术。 (三)会议时间：2006年7月中旬。 7．露天矿边坡与井巷加固技术。 (四)会议内容：大会主题发言(专家发言)；邀请论文宣8尾矿库技术(设计、安评)。 读，分组论文宣读；观摩企业等。 9．矿山安全评价技术。 (五)征文范围：包括并不限于以下方面向全国矿业界人 Io采矿技术进展综述。 士(高校、科研院所、矿山企业、公司等)征集大会论文： 11其它相关矿山技术。 1．露天采矿技术方面： (六)征文要求 (1)露天矿床开拓与运输技术； (2)露灭开采境界的优化与设计技术； (3)均衡采掘进度计划技术； (4)露天穿孔与爆破技术； (5)露天矿排土工艺技术及排土场治理技术； (6)露天矿陡邦开采技术。 2．地下采矿技术方面： (1)地下矿床开拓技术； (2)地下钻孔爆破技术； (3)地下采场地压管理技术； (4)地下采矿方法与工艺； (5)咒害化开采技术； (6)矿井通风与环保技术。 3．露天与地下联合开采技术。 4．信息技术在矿山的应用。 5．采矿新设备、新材料研究与应用技术主面： (1)露天矿大型设备研制与国外引进应用(如牙轮钻、 重载运输机械、炸药车、电铲、排土设备、破碎设备、GPS系统 等)； (2)地下矿设备研制与国外引进应用(如铲运机、凿岩 台车、通风除尘设备、监控设备等)； ·60· (1)论文请统一发E—mail：jsksbjb@163toni，论文请注 明“采矿会议论文”； (2)字数以5000字左右为宜，最多小超过10000字，内 容摘要150～300字．关键词3～5个； (3)书写层次：题目、作者姓名、单位、内容摘要(包括目 的、方法、结果、结论)、关键词、正文、参考文献、作者简介(出 生年、性别、职称、职务、通讯地址、邮编、电话等)； (4)沦文截止时问为2006年5月30日； (5)沧文录用后，适当收取刊载费，以便保证出版。 同时，论文集的广告征集工作也已开始，欢迎积极刊登。 有意刊登广告的客户睛来电咨询。 中国金属学会采矿专业委员会联系地址： 安徽省马鞍⋯市湖北路9号(243004) 联系人：徐志宏 电话：0555—2404656 传真：0555—24(M6(而 E—mail：jsksbjb@163conl 中国金属学会采矿々业委员会 金属矿山杂志社 2006-03-02 万方数据 地下铲运机整机结构强度分析及实验研究 作者： 迟可伟， 孙健， 冯茂林， Chi Kewei， Sun Jian， Feng Maolin 作者单位： 北京科技大学 刊名： 金属矿山 英文刊名： METAL MINE 年，卷(期)： 2006，(3) 被引用次数： 1次 参考文献(3条) 1.Sellgren U Wheel loader realization--a model and an architecture that enables simulation in a process context 2003(12) 2.成凯 装载机工作装置的有限元分析[期刊论文]-农业机械学报 2001(06) 3.王吉忠 装载机结构强度的分析方法和力学模型的建立 1996(10) 相似文献(1条) 1.期刊论文 迟可伟.孙健.冯茂林 地下铲运机工作装置有限元参数化建模 -起重运输机械2006(3) 应用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言(APDL),针对CY-2型地下铲运机工作装置编写了建立有限元模型的程序,给定任意工况举升液压缸和翻斗 液压缸的长度,即可计算该工况下工作装置各铰点坐标,建立有限元模型,为工作装置有限元分析提供一种便捷的建模方法. 引证文献(1条) 1.秦四成.王克军.王雪莲 ZL80型轮式装载机动臂结构件两种结构分析方法的比较[期刊论文]-工程机械 2009(8) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsks200603015.aspx 授权使用：中国科技大学(wfzykjdx)，授权号：35dbfcde-9cf7-43e3-94e1-9ea50175a186 下载时间：2011年3月13日