防爆膠輪車的設計

1基于adams軟件的車架仿真分析（1）橡膠車架混凝土模型。為對礦用防爆膠輪車整體性能加以改進,實現膠輪車車架結構的進一步優化,現利用ADAMS軟件構建礦用防爆膠輪車車架模型加以分析。ADAMS是機械系統動力學自動分析系統軟件,該軟件是美國MDI公司開發的虛擬樣機分析軟件。ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應用軟件,用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。另一方面,又是虛擬樣機分析開發工具,其開放性的程序結構和多種接口,可以成為特殊行業用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發工具平臺。車架、車架中的變速箱、所載貨物、駕駛操縱以及氣電液系統等是礦用膠輪車動力學模型的主要組成部分,利用ADAMS軟件所構建礦用防爆膠輪車車架模型如圖1所示。(2)仿真實驗分析依照防爆膠輪車實際運行狀態構建與之接近的搓板路面路譜文件,并對路譜參數作出以下設定:平路1—正弦路1—平路2—正弦路2—平路3共同構成路譜,其中,平路1、平路2以及平路3的長度均為10m;正弦路1長度10m,波長3.14m,振幅0.1m;正弦路2的長度為10m,波長12.56m,振幅0.4m。在構建起礦用防爆膠輪車整車模型以及與之對應的搓板路面模型的基礎之上,開展仿真分析,其中一項重要的工作就是對通過搓板路面狀態下的防爆膠輪車車架與所有連接部件的峰值力進行提取,根據所提取的有關數據可以得出,動態過程峰值力和Y向的峰值力相似程度相對較高,這說明影響峰值力的力主要來自于垂直方向,所以,開展防爆膠輪車車架動態應力分析的過程中,在設置邊界的時候,垂直方向的峰值力可以被峰值力所取代,也就是對峰值力進行加載。(3)車架動態應力分析在ANSYS軟件中導入前文所構建的礦用防爆膠輪車ADAMS模型,并開展防爆膠輪車車架動態應力分析。在對有關參數值進行設置之后,依次進行求解以及后處理,上述幾個環節完成之后便可以得到局部防爆膠輪車車架應力分布狀況。通過對防爆膠輪車車架進行動態應力分析不難看出,在滿載狀態下,前車架在經過搓板路面的過程中應力最大值可以達到305MPa,上銷軸鉸接下板的圓孔內表面的動態應力值最大;后機架動態應力值最大可以達到170MPa,下銷鉸接板圓孔內表面的動態應力值最大。在時間方面,第2段搓板路面階段的動態應力值最大。在全部峰值力加載的情況下,車架動態應力值最大可以達到305MPa,鉸接位置的應力最大,通常情況下,鉸接位置選用20Cr材料,這種材料所允許的應力值最大為410MPa,防爆膠輪車車架其他位置的應力均低于該數值,所以,能夠減輕車架質量,開展車架優化設計。2理論分析與結果(1)優化設計方案在對防爆膠輪車車架尺寸進行優化設計時,設計變量由車架板的厚度充當,約束函數為車架鋼板應力強度,目標函數為車架鋼板的總體積或者總質量,在此基礎上開展膠輪車車架輕量化分析。優化過程中,由于質量單元的質量、梁單元橫截面屬性、殼單元厚度以及彈簧單元剛度等均不是設計變量,所以,允許將其屬性視為設計變量函數,即優化屬性式中Co、DVi——常量和設計變量;Ci——設計變量有關的線性因子。在對膠輪車車架尺寸進行優化設計的過程中,應對前車架和后車架板的厚度的分析為重點,在確保符合安全系數的基礎之上,盡可能地將車架鋼板的厚度控制在最低限度,以便減輕車架重量。具體而言,第1步需要將防爆膠輪車車架的實體模型導入到HyperWorks軟件當中去,以便開展中面抽取操作;第2步網格劃分,同時針對所有的優化區域作出相應定義,在進行分析的過程中,應當以180MPa為動態應力約束值的最大值,并且以10MPa的速度遞增,一直到該動態應力約束達到350MPa結束;第3步對所得到的數據結果進行分析,橫軸為限定應力,前車架側板、后車架主梁以及冷卻器前臉板為縱軸,前車架側板尺寸優化、后車架主梁尺寸優化以及冷卻器前臉板尺寸優化圖如圖2所示。從圖2可以得出,對于前車架側板和冷卻器前臉板而言,其厚度與限定應力值之間存在密切聯系,具體表現為,前車架側板和冷卻器前臉板的厚度隨著限定應力值的增加而減少;當限定應力值達到220MPa的情況下,后車架主梁鋼板的厚度并不會出現下降趨勢,相反,還會表現出上升趨勢;除此之外,當處于限定動態應力情況下,從總體上講,車架鋼板的厚度呈現出降低趨勢。因此,在設計實踐當中,在確保礦用防爆膠輪車車架應力符合安全標準的基礎之上,是允許對車架鋼板的厚度進行一定程度的調整的,換句話說,適當地將車架鋼板厚度調低并不會造成不利影響。(2)驗證分析以礦用防爆膠輪車車架系統結構優化設計所得到的結果為主要依據,結合實際情況對防爆膠輪車前車架側板以及后車架側板的厚度均進行適當的調整,即從之前的12mm調整為9mm,同時將后車架側板厚度減少4mm,并以調整后的前后車架側板厚度尺寸為依據構建防爆膠輪車車架模型,所構建的新的車架模型的具體尺寸為:前車架兩側板的厚度以及后車架主梁鋼板的厚度分別為9mm和8mm;膠輪車車架尺寸經過優化設計之后,車架質量為1856kg,與未經過優化設計的防爆膠輪車車架質量相比,總質量降低了12%,效果十分顯著。在對礦用防爆膠輪車車架進行優化設計之后,對新的車架模型進行搓板路面工況的應力強度試驗分析,所得結果如圖3所示。根據上述新建防爆膠輪車車架模型減薄鋼板厚度搓板路面工況應力分析示意圖不難得出,從整體上分析,防爆膠輪車車架的剛度出現了一定程度的降低,然而在荷載不變的情況下,所對應的應力卻呈現出上升趨勢,盡管應變會出現一定程度的上升,但依然符合相關標準。3基于優化結果的分析經過優化設計,防爆膠輪車車架的整體質量