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支架搬運(yùn)車是煤礦井下綜采工作面快速搬家倒面的專用液壓支架搬運(yùn)設(shè)備，具有載重能力大、轉(zhuǎn)運(yùn)速度快、機(jī)動(dòng)靈活、爬坡度大等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)工作面之間的不轉(zhuǎn)載運(yùn)輸，極大地提高了煤礦井下的支架轉(zhuǎn)運(yùn)效率。而重載支架搬運(yùn)車是指為適應(yīng)大采高綜采工作面的重型液壓支架快速搬運(yùn)而開發(fā)的，載重量在40 t以上的特種支架搬運(yùn)設(shè)備。框架式支架搬運(yùn)車采用無驅(qū)動(dòng)橋的框架式承載結(jié)構(gòu)和全液壓驅(qū)動(dòng)方式，輪邊配以馬達(dá)+輪邊行星減速器，如圖所示。煤礦井下工作環(huán)境惡劣，路面坑洼不平，車輛重載運(yùn)行過程中輪邊減速器將承受較大的沖擊載荷，且減速器承載部件受到拉、壓、彎、扭的交變應(yīng)力的作用，因此必須保證其有足夠的強(qiáng)度，否則將導(dǎo)致減速器承載部件發(fā)生斷裂等失效事故。由于減速器承載軸殼自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，通過傳統(tǒng)的計(jì)算方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的精確計(jì)算。本文采用有限元分析方法，對(duì)重載框架式支架搬運(yùn)車輪邊減速器的承載軸殼的強(qiáng)度進(jìn)行了分析計(jì)算，得到其應(yīng)力分布情況，為此類型承載部件的強(qiáng)度校核提供了一種可行的計(jì)算方法。
輪邊減速器典型工況受力分析，圖為重載框架式支架搬運(yùn)車輪邊結(jié)構(gòu)圖，減速器兩端分別與機(jī)架和輪惘通過螺栓聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的扭矩經(jīng)過行星減速器降速后傳遞給輪胎。由圖分析可知整機(jī)的工作負(fù)荷最終都由4個(gè)減速器的承載軸殼承擔(dān)。減速器承受地面?zhèn)鹘o輪胎的徑向支撐反力F，在車輛轉(zhuǎn)向時(shí)又承受地面?zhèn)鹘o輪胎的軸向摩擦力K(方向可能向左，也可能向右)。由上述分析計(jì)算，確定了承載軸殼受力分析的邊界條件：最左端軸殼和機(jī)架固定處為固定位移約束；靠近左端為軸承1傳遞給殼體的徑向軸承力，方向?yàn)檠豗軸正向；靠近右端為軸承2傳遞給殼體的徑向軸承力F，方向?yàn)檠豗軸負(fù)向；考慮到拉應(yīng)力對(duì)工件破壞較大，并經(jīng)過對(duì)比分析，在軸承2右端部螺紋擋圈端面上施加了沿Z軸正向的軸向力F；在外端齒輪處施加了沿圓周切向的扭矩T。
(1)有限元分析理論，有限元法就是把復(fù)雜的結(jié)構(gòu)看成是由有限單元所組成的連續(xù)彈性體。有限元分析過程首先從單元分析入手，確定單元內(nèi)的位移、應(yīng)變、應(yīng)力模式，并確定單元節(jié)點(diǎn)力與單元節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，建立單元?jiǎng)偠染仃�。根�?jù)離散化結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方式，將各個(gè)單元?jiǎng)偠染仃囘M(jìn)行組集，得到反映整體結(jié)構(gòu)位移與載荷關(guān)系的總體剛度方程。通過求解該剛度方程可得出各個(gè)單元的位移，再利用單元分析得到的關(guān)系求出單元應(yīng)力及其應(yīng)變。即有限元分析的主要內(nèi)容是：?jiǎn)卧x散化、單元分析、整體分析。(2)有限元模型的建立，①建立三維模型，首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖建立精確的三維模型，并對(duì)三維模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化處理，去掉對(duì)小孔、小圓角、小倒角等對(duì)有限元計(jì)算影響較小的特征元素。②網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格單元形狀不好將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差變大，單元數(shù)量過多又會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量增加，網(wǎng)格劃分需嚴(yán)格控制單元?jiǎng)澐值馁|(zhì)量。由于承載軸殼的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為一個(gè)旋轉(zhuǎn)體，因此可以采用掃掠網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，即先在軸向的任一切面劃分網(wǎng)格后，再沿周向掃掠出六面體網(wǎng)格。另外，為保證計(jì)算精度又不至于單元數(shù)量過多，確定網(wǎng)格單元尺寸為20 mm，這樣，保證每個(gè)實(shí)體型面都有2層以上的網(wǎng)格生成。單元總數(shù)為54225個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)達(dá)到93444個(gè)。
按照1(2)節(jié)的分析，對(duì)模型施加有限元分析邊界條件。圖所示為計(jì)算所得軸殼的綜合應(yīng)力分布云圖。從圖中可以看到最大應(yīng)力發(fā)生在施加扭矩面的根部，其值為191 MPa，而在軸承1處的臺(tái)階軸根部應(yīng)力值為155 MPa，軸殼材料選擇35CrMo，承載軸殼尺寸范圍的該材料工件屈服極限為490 MPa。根據(jù)以上分析計(jì)算，得出結(jié)論：該結(jié)構(gòu)承載軸殼在典型工況下的強(qiáng)度是足夠的，此工況下的安全系數(shù)為2.6，考慮到實(shí)際使用中此惡劣工況條件只占所有工況的1/4，因此認(rèn)為該軸殼能夠滿足使用要求。
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