井下胶轮车车架加强筋结构分析

张娜

（山西天地煤机装备有限公司，山西 太原 030006）

井下电驱动无轨胶轮车质量过大，需要足够的动力才能实现其应有的机动性，在不稳定的路面行驶时，车架结构易出现变形、开裂等损伤[1-2]。本文通过实验和有限元分析方法，对比不同类型加强筋结构的应力和应变情况，得到较合适的加强筋结构，为设计人员对矿用车辆车架安全设计提供一定的参考依据。

1 加强筋有限元仿真分析

三维模型建立：

利用Solidworks 软件建立一矿用电驱动胶轮车车架的加强筋三维有限元模型，其尺寸图如图1 所示，三种加强筋长度均为600mm。

图1 U 型、T 型、L 型三种不同的加强筋模型

分别进行加强筋网格划分、边界条件的施加及接触设置得到3 种不同类型的加强筋的静力学强度分析计算结果如下：T 型筋计算结果：

从T 型筋的变形图2 和表1 中可以看出，加入T 型筋板后车架最大变形处在顶板上，最大变形量为3.5969mm。

图2 T 型筋静力学计算结果

表1 T 型筋计算结果

U 型筋计算结果：

从U 型筋的变形图3 和表2 中可以看出，最大变形处也在顶板上，最大变形量为3.4128mm。

图3 U 型筋静力学计算结果

表2 U 型筋计算结果

L 型筋计算结果：

从L 型筋的变形图4 和表3 中可以看出，最大变形处在L型筋上，最大变形量为6.2975mm。

图4 L 型筋静力学计算结果

表3 L 型筋计算结果

2 加强筋应力载荷测试

为便于将有限元分析结果进行对比，设计了简单筋板结构的应力测试系统，实验原件有：车架试验板件、支撑板，支撑板的目的是做筋板的支撑，支撑板有足够空间容纳试件和加强筋的变形，T 形筋模型如图5 所示。其它两种加强筋模型与之相似。

图5 车架与加强筋耦合模型图

实验中选择多个测试点，在顶板的中间位置容易发生较大变形，因此在中间位置布置4 个应变片，均位于顶板的底部，在顶板两端分别布置2 个应变片，共8 个测点，测点布置如图6 所示。其余两种加强筋试件测点布置与T 型筋相同。

图6 测点分布图

本次试验最大施加载荷为4.3t。

表4 3 种加强筋实验测试结果应变值对比

从仿真和实验测试的结果可以看出：U 形筋变形最小；T 型筋变形其次，有限元模型中T 型筋为一体的，实验中使用的T型筋是横纵板焊接起来的，焊接件几乎没有圆弧过度，如果不是焊接的也是一体的，实验效果会比现在结果更好些。L 形加强筋变形最大，L 型筋是一体筋，横竖板部分有较大的圆弧过度。

3 结论

本文通过采用实验和有限元分析对比，从三种不同的加强筋模型中，选择性能最优的T 型加强筋，不仅能增强该矿用车的刚性和强度，在一定程度上还能减少材料浪费，并为后续其它车架结构的强度辅助设计提供一定的参考。