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[摘 要]通过在ANSYS软件中对耙装机工作装置进行仿真分析,模拟耙装机2种典型工况下的动作过程,通过静力学分析,得到不同工况下工作装置的应力云图,为工作装置的优化提供了理论依据.

[关 键 词 ]耙装机;典型工况分析;ANSYS;仿真分析

中图分类号:TP391. 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)31-0196-01

1.前言

耙装机是煤矿井下巷道掘进作业的重要装载设备.工作装置作为耙装机的主要组成部件,其性能优劣决定了整机装载能力的高低.在工作中,其运动与受力情况都比较复杂.采用传统的图解法对耙装机的工作装置进行机构分析,计算比较复杂,难以分析每个工况下的工作性能及载荷变化.本文通过在三维软件Pro/Engineer中建立耙装机工作装置的三维实体模型,将其导入静力学分析软件ANSYS中,设置相关的参数,分别对几种工况进行静力学仿真分析,得出耙装机工作装置的几种工况下的应力云图,确定不同工况下发生应力集中区域及危险断面,为耙装机的改进提供理论参考.

2.耙装机工作装置结构及工作原理

耙装机工作装置主要由大臂、小臂、铲斗及相应驱动油缸组成,杆件及油缸之间全部采用铰链连接.按ୗ

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1;优化后的工作装置结构参数,采用Pro/Engineer软件建立大臂、小臂、铲斗及连杆的三维几何模型,并按照装配图要求进行装配,如图1所示.在建模过程中,忽略了不影响计算结果的倒角、缓冲橡胶底座等要素.在实体模型中均焊缝处均按照连续角焊缝处理,其材料性质按照与母材相同处理.这样可以在保证ANSYS求解精度的同时,提高其求解速度,提高效率.

3.工况确定

将耙装机工作装置Pro-E模型导入有限元分析软件ANSYS中,并对其进行网格划分.参照GB/T 9141-88《液压挖掘机结构强度试验方法》和JB/T5503-2004《立爪挖掘装载机》,并结合现场实践经验,提出2种工况进行有限元分析,各工况下工作装置的位姿描述及载荷施加情况,如表1所示.

图1 耙装机工作装置结构图

4.仿真分析

按表1对耙装机工作装置施加载荷与约束,进行整体有限元结构静力分析,得到了2种工况下工作装置整体结构有限元应力云图.

(1)工况1分析计算

在工况1条件下,工作装置主要受切向力和

自身重力作用,表2分别表示在工况1情况下,各个组焊件危险截面的位置及应力值.图2为结构有限元分析应力云图.

工况1是工作装置的小臂液压缸作用力臂最大,铲斗液压缸以最大当量力臂工作的位姿.经过计算与分析可知,该受力情况下在铲斗斗齿尖处出现的最大变形为30.585mm,在大臂油缸耳板根部出现的最大应力为214.21MPa,远小于使用材质的许用应力.同时,在工况1的受力情况下,最危险截面出现在大臂油缸耳板根部.工况2分析计算,在工况2条件下,工作装置主要受切向力和自身重力作用,表3分别表示在工况2情况下,各个组焊件危险截面的位置及应力值.


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工况2是大臂抬起,小臂油缸伸长,带动铲斗旋转,使铲斗底板垂线方向与运输部耐磨板平行的位姿.经过计算与分析可知,该受力情况下在铲斗斗齿尖处出现的最大变形为18.641mm,在大臂油缸耳板根部出现的最大应力为99.394MPa,远小于使用材质的许用应力.

5.结论

通过Pro/Engineer软件对耙装机工作装置进行了三维建模,并利用ANSYS软件对其几种特定工况进行了静力学分析,得到了耙装机工作装置的应力云图,即该工况下的应力集中区域、危险截面发生区域和变形量最大的区域.对于改进工作装置局部结构和改善工作装置整体受力情况,提供了重要的参考依据.

参考文献

[1] 王子雷. 侧卸装岩机工作机构运动仿真及优化设计[D]. 煤炭科学研究总院,2006.6.

[2] 刘俊奇.基于Pro/E与ANSYS的挖掘装载机工作装置的设计与分析[J]. 佳木斯大学学报2008(7):456-458.

作者简介

都世锋,男,汉族,1978年出生,河南郑州人,毕业于河南理工大学,国投煤炭郑州能源开发有限公司从事机电管理工作,研究领域:矿山机械

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