防爆膠輪車的設(shè)計

1基于adams軟件的車架仿真分析（1）橡膠車架混凝土模型。為對礦用防爆膠輪車整體性能加以改進,實現(xiàn)膠輪車車架結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化,現(xiàn)利用ADAMS軟件構(gòu)建礦用防爆膠輪車車架模型加以分析。ADAMS是機械系統(tǒng)動力學自動分析系統(tǒng)軟件,該軟件是美國MDI公司開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應(yīng)用軟件,用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析。另一方面,又是虛擬樣機分析開發(fā)工具,其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口,可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。車架、車架中的變速箱、所載貨物、駕駛操縱以及氣電液系統(tǒng)等是礦用膠輪車動力學模型的主要組成部分,利用ADAMS軟件所構(gòu)建礦用防爆膠輪車車架模型如圖1所示。(2)仿真實驗分析依照防爆膠輪車實際運行狀態(tài)構(gòu)建與之接近的搓板路面路譜文件,并對路譜參數(shù)作出以下設(shè)定:平路1—正弦路1—平路2—正弦路2—平路3共同構(gòu)成路譜,其中,平路1、平路2以及平路3的長度均為10m;正弦路1長度10m,波長3.14m,振幅0.1m;正弦路2的長度為10m,波長12.56m,振幅0.4m。在構(gòu)建起礦用防爆膠輪車整車模型以及與之對應(yīng)的搓板路面模型的基礎(chǔ)之上,開展仿真分析,其中一項重要的工作就是對通過搓板路面狀態(tài)下的防爆膠輪車車架與所有連接部件的峰值力進行提取,根據(jù)所提取的有關(guān)數(shù)據(jù)可以得出,動態(tài)過程峰值力和Y向的峰值力相似程度相對較高,這說明影響峰值力的力主要來自于垂直方向,所以,開展防爆膠輪車車架動態(tài)應(yīng)力分析的過程中,在設(shè)置邊界的時候,垂直方向的峰值力可以被峰值力所取代,也就是對峰值力進行加載。(3)車架動態(tài)應(yīng)力分析在ANSYS軟件中導(dǎo)入前文所構(gòu)建的礦用防爆膠輪車ADAMS模型,并開展防爆膠輪車車架動態(tài)應(yīng)力分析。在對有關(guān)參數(shù)值進行設(shè)置之后,依次進行求解以及后處理,上述幾個環(huán)節(jié)完成之后便可以得到局部防爆膠輪車車架應(yīng)力分布狀況。通過對防爆膠輪車車架進行動態(tài)應(yīng)力分析不難看出,在滿載狀態(tài)下,前車架在經(jīng)過搓板路面的過程中應(yīng)力最大值可以達到305MPa,上銷軸鉸接下板的圓孔內(nèi)表面的動態(tài)應(yīng)力值最大;后機架動態(tài)應(yīng)力值最大可以達到170MPa,下銷鉸接板圓孔內(nèi)表面的動態(tài)應(yīng)力值最大。在時間方面,第2段搓板路面階段的動態(tài)應(yīng)力值最大。在全部峰值力加載的情況下,車架動態(tài)應(yīng)力值最大可以達到305MPa,鉸接位置的應(yīng)力最大,通常情況下,鉸接位置選用20Cr材料,這種材料所允許的應(yīng)力值最大為410MPa,防爆膠輪車車架其他位置的應(yīng)力均低于該數(shù)值,所以,能夠減輕車架質(zhì)量,開展車架優(yōu)化設(shè)計。2理論分析與結(jié)果(1)優(yōu)化設(shè)計方案在對防爆膠輪車車架尺寸進行優(yōu)化設(shè)計時,設(shè)計變量由車架板的厚度充當,約束函數(shù)為車架鋼板應(yīng)力強度,目標函數(shù)為車架鋼板的總體積或者總質(zhì)量,在此基礎(chǔ)上開展膠輪車車架輕量化分析。優(yōu)化過程中,由于質(zhì)量單元的質(zhì)量、梁單元橫截面屬性、殼單元厚度以及彈簧單元剛度等均不是設(shè)計變量,所以,允許將其屬性視為設(shè)計變量函數(shù),即優(yōu)化屬性式中Co、DVi——常量和設(shè)計變量;Ci——設(shè)計變量有關(guān)的線性因子。在對膠輪車車架尺寸進行優(yōu)化設(shè)計的過程中,應(yīng)對前車架和后車架板的厚度的分析為重點,在確保符合安全系數(shù)的基礎(chǔ)之上,盡可能地將車架鋼板的厚度控制在最低限度,以便減輕車架重量。具體而言,第1步需要將防爆膠輪車車架的實體模型導(dǎo)入到HyperWorks軟件當中去,以便開展中面抽取操作;第2步網(wǎng)格劃分,同時針對所有的優(yōu)化區(qū)域作出相應(yīng)定義,在進行分析的過程中,應(yīng)當以180MPa為動態(tài)應(yīng)力約束值的最大值,并且以10MPa的速度遞增,一直到該動態(tài)應(yīng)力約束達到350MPa結(jié)束;第3步對所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析,橫軸為限定應(yīng)力,前車架側(cè)板、后車架主梁以及冷卻器前臉板為縱軸,前車架側(cè)板尺寸優(yōu)化、后車架主梁尺寸優(yōu)化以及冷卻器前臉板尺寸優(yōu)化圖如圖2所示。從圖2可以得出,對于前車架側(cè)板和冷卻器前臉板而言,其厚度與限定應(yīng)力值之間存在密切聯(lián)系,具體表現(xiàn)為,前車架側(cè)板和冷卻器前臉板的厚度隨著限定應(yīng)力值的增加而減少;當限定應(yīng)力值達到220MPa的情況下,后車架主梁鋼板的厚度并不會出現(xiàn)下降趨勢,相反,還會表現(xiàn)出上升趨勢;除此之外,當處于限定動態(tài)應(yīng)力情況下,從總體上講,車架鋼板的厚度呈現(xiàn)出降低趨勢。因此,在設(shè)計實踐當中,在確保礦用防爆膠輪車車架應(yīng)力符合安全標準的基礎(chǔ)之上,是允許對車架鋼板的厚度進行一定程度的調(diào)整的,換句話說,適當?shù)貙④嚰茕摪搴穸日{(diào)低并不會造成不利影響。(2)驗證分析以礦用防爆膠輪車車架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計所得到的結(jié)果為主要依據(jù),結(jié)合實際情況對防爆膠輪車前車架側(cè)板以及后車架側(cè)板的厚度均進行適當?shù)恼{(diào)整,即從之前的12mm調(diào)整為9mm,同時將后車架側(cè)板厚度減少4mm,并以調(diào)整后的前后車架側(cè)板厚度尺寸為依據(jù)構(gòu)建防爆膠輪車車架模型,所構(gòu)建的新的車架模型的具體尺寸為:前車架兩側(cè)板的厚度以及后車架主梁鋼板的厚度分別為9mm和8mm;膠輪車車架尺寸經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計之后,車架質(zhì)量為1856kg,與未經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的防爆膠輪車車架質(zhì)量相比,總質(zhì)量降低了12%,效果十分顯著。在對礦用防爆膠輪車車架進行優(yōu)化設(shè)計之后,對新的車架模型進行搓板路面工況的應(yīng)力強度試驗分析,所得結(jié)果如圖3所示。根據(jù)上述新建防爆膠輪車車架模型減薄鋼板厚度搓板路面工況應(yīng)力分析示意圖不難得出,從整體上分析,防爆膠輪車車架的剛度出現(xiàn)了一定程度的降低,然而在荷載不變的情況下,所對應(yīng)的應(yīng)力卻呈現(xiàn)出上升趨勢,盡管應(yīng)變會出現(xiàn)一定程度的上升,但依然符合相關(guān)標準。3基于優(yōu)化結(jié)果的分析經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計,防爆膠輪車車架的整體質(zhì)量