（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110142）

大型履帶支重輪接觸應(yīng)力分析

張翼飛 刑 星

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110142）

本文結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究了支重輪設(shè)計(jì)參數(shù)及上部結(jié)構(gòu)載荷的分布情況，給出了支重輪的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)支重輪與履帶節(jié)的外形情況及Hertz理論公式提出了支重輪與履帶接觸應(yīng)力的簡(jiǎn)化計(jì)算公式，并通過對(duì)支重輪整體三維模型的有限元接觸應(yīng)力的計(jì)算分析，驗(yàn)證了Hertz簡(jiǎn)化公式的正確性。

支重輪；接觸應(yīng)力；Hertz公式

露天礦大型排土機(jī)、斗輪挖掘機(jī)整機(jī)重量大， 整機(jī)重量通過支重輪以接觸方式傳至履帶板，其設(shè)計(jì)直接關(guān)系著設(shè)備的安全。接觸應(yīng)力Hertz公式計(jì)算了最大接觸應(yīng)力，但是其許用值很難確定，本文結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中遇到的問題，給出了支重輪的設(shè)計(jì)方法和簡(jiǎn)化計(jì)算公式，并通過有限元接觸分析證實(shí)了其合理性和實(shí)用性。

1 支重輪與履帶節(jié)接觸Hertz應(yīng)力

支重輪通過一個(gè)固定的支重輪軸安裝在兩輪平衡梁上，支重輪在滑動(dòng)軸承上繞支重輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)見圖1。

支重輪和履帶節(jié)的接觸表面設(shè)計(jì)成弧面，相當(dāng)于增大了接觸長(zhǎng)度，假定履帶節(jié)與支重輪是線接觸，依據(jù)有效接觸長(zhǎng)度來進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)Hertz公式，則接觸面軸線上的接觸應(yīng)力為：

式中：Prmax=2Pr=562.5 kN；E-支重輪和履帶節(jié)材料彈性模量，206000Mpa；dr-支重輪直徑，560mm；br-支重輪輪緣有效寬度，100mm；（56mm跑和前接觸寬度）；σH-Hert應(yīng)力，1136Mpa。

2 支重輪和軸套有限元接觸分析

支重輪有限元計(jì)算模型及各部件名稱如圖2所示，支重輪、軸和軸套采用實(shí)體單元SOLID95；支重輪平衡梁采用板單元SHELL63，車架與軸之間采用桿單元LINK10（只承受壓力不承受拉力），鋼材的彈性模量，泊松比；軸套鑄鋁青銅的彈性模量，泊松比。輪和履帶、軸和軸套均建立接觸單元對(duì)其進(jìn)行進(jìn)行分析，接觸單元對(duì)分別由目標(biāo)單元TARGE170和接觸單元CONTA174組成。

圖1 支重輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 有限元計(jì)算模型

在垂直載荷Prmax=562.5kN作用下（力施加在平衡梁上），支重輪與履帶鏈接觸壓力和接觸區(qū)域如下圖3所示。接觸區(qū)域近似一個(gè)狹長(zhǎng)的矩形，和原來支重輪與履帶鏈之間是線接觸的假設(shè)吻合，在支重輪和履帶節(jié)初期未跑和狀態(tài)下有小接觸寬度為br=56mm。接觸應(yīng)力最大為1094MPa，Hertz應(yīng)力為1136MPa，二者相差小于5%，證明了Hertz簡(jiǎn)化公式的正確性。當(dāng)支重輪和履帶節(jié)運(yùn)行一段時(shí)間后經(jīng)過跑和磨損后其有效接觸區(qū)寬度按照br=100mm來計(jì)算。

3 結(jié)論

1）露天礦作業(yè)工作溫度隨季節(jié)的變化較大。運(yùn)行時(shí)支重輪承載整機(jī)重量，并與高錳鋼履帶節(jié)滾動(dòng)摩擦，工作條件極其苛刻。并且由于結(jié)構(gòu)限制很難更換。所以支重輪要求有良好的表面硬度和淬火深度，良好的基體強(qiáng)度、較好的綜合性能和良好的低溫韌性。由于鑄件的材料性質(zhì)不穩(wěn)定廢品率高，支重輪選擇34Cr2Ni2Mo鍛件材質(zhì)。

2）提出了支重輪與履帶線性接觸的假設(shè)，并對(duì)經(jīng)典Hertz公式進(jìn)行了修正簡(jiǎn)化，通過接觸分析驗(yàn)證了本文所提公式的合理性和實(shí)用性。

圖3 支重輪與履帶節(jié)接觸區(qū)域

[1][德]W.Durst，W.Vogt. 斗輪挖掘機(jī)（斗輪挖掘機(jī)翻譯組譯）[M].天津：天津科技翻譯出版公司，1992：177-198.

[2]Normenausschuss Bergbau （FABERG）im DIN. DIN 22261-2. Excavators，spreaders and auxiliary equipment in opencast lignite mines-Part 2∶ Calculation principles. Berlin∶ Alleinerkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH，2006∶1-43.

S219 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A