矿车车厢FEM分析与优化设计

2017-03-23 07:13庄孝诚
科学与财富 2016年34期
关键词:有限元分析优化设计车厢

庄孝诚

(林德(中国)叉车有限公司 福建厦门 361000)

摘 要:本文对矿车车厢作业工况和失效形式进行分析,在此基础上运用FEM方法对其结构进行分析,在满足强度的前提下,优化结构设计,取得较好的结果。

关键词:车厢;有限元分析;优化设计

1作业工况及失效形式分析

矿车主要用于露天煤矿、矿山运输散装物料等,其工作条件恶劣,载重量大。车厢主要承受装载物料时的冲击载荷、满载时的静载和运输过程中的动载,应具有足够的强度、刚度和抗冲击能力。根据实际作业条件不同,车厢具有多种工况,比如车厢满载,车厢举升和装料冲击等。满载是車厢工作时间最长的一种工况。车厢举升时车厢与车架无直接接触,受力最为严峻。

车厢各部分中,底板承受最大载荷,前板次之,侧板最小。底板的失效形式包括磨损,破裂,在强度足够情况下要考虑卸料磨损造成的钢板减薄。前板的失效形式有强度不够导致破裂,还有刚度不够导致变形过大。侧板的失效形式有刚度不够导致变形过大、磨损和破裂。

2有限元模型的建立

为加快计算,对模型作了合理简化,略去小孔倒角等细节。车厢3D模型如图1所示,根据位置和受力不同,可将车厢划分为底板、侧板、前板和后门四个部分。材料取各向同性线弹性模型,弹性模量E=2.05e+11N/m2,泊松比μ=0.29,密度ρ=7.85g/mm3。模型规模:车厢单元总数340010个,节点总数659538个。

车厢满载开始举升时受力最为严峻,该状态下车厢纵梁与车架纵梁无任何接触,完全靠自身结构承载。有限元分析据此状态进行载荷和约束的建立,对车厢举升座和翻转轴座约束径向自由度,轴向和法向自由度释放。

3静力学分析

由于整个车厢比较复杂,如果对整个系统进行分析,找出薄弱环节后再优化再分析,工作量大耗费时间长。为缩短分析过程,本文先分别对车厢四个部分进行单独分析,在此基础上优化设计,最后再将优化后各个部分汇总分析,验证是否满足要求。这样既可保证设计质量,又减少了分析所耗费的时间,提高工作效率。

底板最大等效应力为879Mpa,位于翻转轴座与后横梁接触处。

最大变形为9.6mm,车厢纵梁最大变形量7.4mm。

大部分区域十分安全,在加强筋尖角处应力集中明显。这种情况一方面是由约束固定造成的,一方面是模型尖角造成的。最大变形为7.9mm,发生在侧板上横梁中部位置。

前板最大等效应力为566Mpa,位于举升座焊接位置。图8为前板满载变形云图,最大变形为4.6mm,发生在举升油缸连接耳座处。

后门最大等效应力为891Mpa,位于后门拉紧装置位置。图10为后门满载变形云图,最大变形为9.8mm,发生在后门上横梁下方位置。

4结束语

(1)通过FEM分析,对车厢强度薄弱环节和总体应力分布情况有一个明确的认识。通过结构优化,使结构应力大幅度下降,并减轻车厢自重,降低成本。

(2)本文对车厢各部分分开和综合分析的方法可以推广到其他产品,对其分析具有参考意义。

参考文献:

[1]李强,高耀东.有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用.机械科学与技术,2003.

[2]余振伟,张强.SET230型电动轮矿用自卸车车厢数值分析研究.建设机械技术与管理.2010.

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