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铲运机驱动桥壳澳门银河娱乐平台与结构改进

发布于:2019-04-13 14:21
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      地下铲运机是矿山开采的重要设备,而驱动桥又是铲运机的重要部件,直接影响着整机性能。大量实践表明,由于受力复杂,它是车辆上比较容易被破坏的部件之一。
      CY-2型地下铲运机是北京安期生公司自行研制的一种柴油铲运机,其驱动桥壳由安期生公司和徐州美驰车桥公司联合生产。使用中发现,有些驱动桥壳焊接处在未达到预期寿命时出现了断裂。本研究主要分析桥壳的破坏原因并对其进行相应的改进,所得结论已应用于指导产品的改进。
      澳门银河娱乐平台法是计算数学、计算力学和计算工程科 学领域里诞生的最有效的计算方法之一,己被广泛应用于各种结构件的强度和刚度计算。它既可以进行新产品的强度设计,又能用来对己有产品进行验算,还可以分析产品失效的原因并进行改进。本文ANSYS的Workbench模块对桥壳静强度进行计算。
      (1)几何模型。首先用Pro/E建立桥壳的三维模 型,然后导入Workbench,选用四面体单元扫掠(sweeping)生成网格,控制单元尺寸为0.02 m,共得 到85673个结点,51964个单元,划分网格后的几何模型如图所示。
      (2)约束。驱动桥壳的约束部位一般选择在轴颈处或者与车架的连结处,本文选择与车架连结的 安装块表面作为全约束部位。
      (3)载荷。桥壳既受到力和弯矩的作用,也受到转矩的作用。本文采用分离体的方法,根据力的平衡条件、附着条件和牵引条件,推导计算了制动、切入、铲取、推压4种典型工况下桥壳受到的各种极值载荷。
      (4)材料属性。桥壳由本体和半轴套管焊接而成,本体材料ZG270-500,套管材料40Cr,弹性模量 分别为210 GPa和206 GPa,泊松比为0.3,计算中可任取一种弹性模量,其差别微小。图分别是铲取工况下桥壳的等效应力和拉应力分布图,图是桥壳各部分名称图。根据计算结果,可得以下结论:(1)法兰根部焊接处是拉应力最大值出现的部位,也是各工况中等效应力较大的部位,铲取工况时的等效应力约为140 MPa。该处外表面为尺寸突变 处,直径从238 mm突然减小到140 mm,内表面则是方形截面到圆形截面的过渡边缘。由于这里的几何形状变化剧烈,没有连续均匀的过渡,将会出现严重的应力集中。(2)这里还是桥壳本体和半轴套管的焊接连接处。焊接金属本身的强度并不一定低于母材的强度,但是焊缝的存在造成材质和力学性能的不均匀,会降低连接处的强度。40Cr和ZG270-500都属于中 碳调质钢,在焊接热循环的作用下,有较大的淬硬倾向,在焊缝及近缝区易产生冷裂纹和热裂纹。这些微裂纹一旦形成,在较大的载荷作用下,就会较快扩展直至断裂,最后造成低周疲劳破坏。  
      有限元法能够清晰、直观地表达出构件的应力分布,这给我们带来了极大的方便。不过,它必须在正确建立有限元模型的前提下,才能给出正确的结果。本文设计了一个试验方法,用电阻应变技术测量桥壳的应力分布,然后将试验结果与计算结果进行对比,以便验证有限元模型的可靠性。
      根据有限元计算结果及经验,在桥壳上共设置33个测点,用电阻应变片测量了相应测点的应力。(1)最大应力。试验中的最大应力测点位置与计算结果吻合,位于桥包端面下方凹槽处,图是不同载荷下的数值比较。两者大体符合,只是试验结果比计算结果要大些。这可能是系统误差引起的,也可能是贴片位置的偏差所致。(2)应力分布。图是载荷半轴套管上7个测点的计算与试验结果比较。可以看到,分布趋势相同,数值有些差异。总之,无论是最大应力还是应力分布,计算结果都和试验大体相符,证明了有限元模型的正确性。


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