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220 t礦用電動(dòng)輪自卸車是特大型礦用運(yùn)輸車，是“十一五”國家發(fā)改委重點(diǎn)支持研發(fā)的大型礦山成套開采設(shè)備之一。它主要用于1000萬噸以上大型露天礦山的礦石及其它散料的運(yùn)輸。車架作為整車的基體，不僅聯(lián)結(jié)、支撐其它各大零部件，而且承受著汽車本身和外界各種復(fù)雜的載荷，其在整車中的重要性不言而喻。為了確保車輛在復(fù)雜工況下的安全性和可靠性，須對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度有限元分析，以驗(yàn)證研發(fā)設(shè)計(jì)的可行性，為后續(xù)改進(jìn)或優(yōu)化提供一定的參考依據(jù)。
220 t礦用自卸車的車架及懸下結(jié)構(gòu)是由各種板厚、形狀各異的鋼板和圓管組焊而成。車架采用邊梁式結(jié)構(gòu)，由左右縱梁、前后牽引梁、保險(xiǎn)杠、底梁、后橫梁及大小龍門梁焊接成堅(jiān)實(shí)的構(gòu)架;懸下結(jié)構(gòu)包括A型架、前后橋及前后懸掛。根據(jù)板殼理論，將厚度小于30mm的板件做成面，而大于30mm的板件處理成實(shí)體，忽略焊接殘余應(yīng)力，將焊縫搭接以及其它細(xì)節(jié)處理成母體結(jié)構(gòu)，建立車架有限元模型，如圖1所示。
約束與載荷：運(yùn)用非線性彈簧耦合方法處理鉸接回轉(zhuǎn)副，如圖2所示；動(dòng)力總成、各甲板、油箱、舉升桿等部件采用集中質(zhì)量(mass點(diǎn))的形式與加載面節(jié)點(diǎn)剛性耦合對(duì)整車施加載荷如圖3所示；采用質(zhì)量塊替代貨物，使其重心與貨物重心重合，賦予一定的密度給車架加載。將路面視為剛體，約束其所有自由度。
滿載靜止工況下的應(yīng)力是分析車架應(yīng)力的一個(gè)基準(zhǔn)，只有確保該工況下車架應(yīng)力分布的合理，才有可能說明車架整體設(shè)計(jì)的合理性。以下為滿載靜止工況的有限元分析結(jié)果，從Von Mises應(yīng)力圖可以看出。(1)車架板單元應(yīng)力最大出現(xiàn)在大龍門梁翼下支座處，大小為104MPa；(2)后牽引梁最大應(yīng)力為84.7MPa，其位置是后牽引梁與牽引支座連接的角接焊處；(3)后牽引接頭應(yīng)力最大為97.1MPa，前牽引接頭應(yīng)力最大為17MPa。
從應(yīng)力云圖可以看出，在滿載靜止工況下，大龍門梁翼支座周圍都是應(yīng)力集中區(qū)域，最大等效應(yīng)力值e=104MPa，小于材料的許用應(yīng)力e=500MPa。滿載靜止工況下，后牽引梁除牽引接頭焊接處應(yīng)力較小外，其整體應(yīng)力分布較為均勻，絕大部分區(qū)域的應(yīng)力在50～65MPa左右，其中最大等效應(yīng)力值e=84.7MPa，出現(xiàn)在六角邊緣處，符合簡支梁最大應(yīng)力分布理論，也小于材料的許用應(yīng)力[σ]。前后牽引接頭應(yīng)力分布合理，如圖4，5所示。后牽引接頭的最大等效應(yīng)力為97.1MPa。
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