孟強

摘 要：在礦山建設工作中，其最為常用的運輸工具主要是重型礦用自卸車，然而由于該類運輸工具，其結構的復雜性，及對行駛公路有著嚴格的要求等因素，其在礦山建設中暴露的問題也越來越多，其極大的阻礙著礦山建設領域的健康長遠發(fā)展。本文將對重型礦用自卸車車斗的結構優(yōu)化設計進行詳細探討。

關鍵詞：重型礦用自卸車；車斗；結構；優(yōu)化設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.021

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，我國對各類資源的需求也在急劇的增加，各類型礦山作為我國資源的集中地，近年來其開發(fā)建設項目也越來越多，對礦山的開發(fā)建設工作，也成為了推動我國社會發(fā)展的重要手段。在礦山建設領域，其最常使用的運輸設備有重型礦用自卸車，其作為一種具有高負載能力運輸工具，在礦山的建設工作中，有著重要地位。然而由于重型礦用自卸車，其在結構上較為復雜，同時其對行駛公路也有較為苛刻的要求，加之其運輸過程中，具有較高的載荷量，因而其車輛在行駛過程中，經(jīng)常會發(fā)生車斗變形，及扭轉情況，其會加劇車輛的磨損情況，極大的縮短重型礦用自卸車的使用壽命，甚至會引發(fā)安全事故，因此加大對重型礦用自卸車車斗的結構優(yōu)化設計的研究，有著積極意義。

1 重型礦用自卸車車斗模型的建立

在重型曠工自卸車車斗模型的建立過程中，首先要對車斗進行簡化，然后再借助Pro/E建立礦用自卸車車斗的幾何模型，最后再通過ANSYS軟件構建車斗的有限元模型。具體來說，由于自卸車車斗，其在外形及結構方面，復雜度較高，加之其孔洞及溝槽也較多，因而在建立模型前，必須先對其結構進行適當?shù)暮喕?。在對車斗結構簡化后，再使用Pro/E軟件建立建立幾何模型，然而由于Pro/E，與ANSYS軟件之間沒有相應的接口，因此再將該模型導入進ANSYS軟件前，需要將模型的格式予以轉換，將其轉換為通用格式，由此才可以順利的將該格式的模型導入進去。再導入幾何模型后，就需要借助ANSYS軟件，構建有限元模型了，在構建有限元模型時，其主要步驟有以下幾個方面：一是合理選用材料，并對其相關參數(shù)予以明確。由于該軟件下，用戶需要自行輸入材料參數(shù)，并構建相應的存放空間，同時為了明確材料特點，還需要對該存放空間進行有效的編輯。本研究中，選用的材料為45鋼，其主要參數(shù)如下：密度為7750kg/m3，泊松比達到0.25；二是合理選取單元類型。該步驟對于有限元模型，其在精度方面，有著很大的決定作用，因此應盡可能的選擇那些頂護板，及兩側擋板均較厚的單元類型，如Solid45等；三是確定單元尺寸，劃分網(wǎng)格。由于單元尺寸，對車斗在結構簡化及精度方面，有著很大影響，因此應結合實際情況，同時借助ANSYS軟件精確計算其單元尺寸。此外，在選擇單元尺寸時，盡可能選取那些尺寸相對較大的[1]。

2 重型礦用自卸車車斗力學特性分析

再完成重型礦用自卸車車斗有限元模型的建立后，就需要借助ANSYS軟件，對其剎車、轉向，及舉升和物料沖擊等力學特性進行研究分析了，以保障車斗，其在剛度與強度等方面，能夠滿足礦山運輸作業(yè)的需求。其中在對車斗的力學特性分析時，最具有研究意義的就是車輛滿載狀況下，其行駛、舉升及裝料沖擊等性能。本研究中，該車斗其等效應力達到55MPa，同時其加強筋的應力值達到31.5MPa；在車斗滿載舉升方面，其加強筋的應力達到55.3MPa，其車斗等效應力達到123MPa，同時其車斗變形區(qū)域主要位于頂護板前端，其變形數(shù)值達到2.2毫米；在車斗滿載物料沖擊方面，在車斗底板，及物料撞擊區(qū)域，其加強筋的應力達到218MPa，同時其等效應力達到703MPa。由以上力學特性可知，該模型下的車斗其在強度及剛度方面，都符合相關標準，能夠有效的應用到礦山作業(yè)中[2]。

3 重型礦用自卸車車斗模態(tài)與動態(tài)研究

再完成對車斗簡化模型結構的力學特性分析研究后，就要對車斗處于自由狀態(tài)下，其模態(tài)及動態(tài)特性的研究分析了，然后再從理論角度，對其模態(tài)予以驗證，以推測車斗在運行過程中，其是否會因為共振而引發(fā)動態(tài)破壞。對車斗的模態(tài)進行分析，需要從以下幾個方面著手：一是確定約束條件；二是選取合適的模態(tài)提取方法；三是準確計算車斗模態(tài)參數(shù)動向。在對車斗的動態(tài)特性進行分析時，需要從以下幾個方面著手：一是分析其路面激勵影響；二是發(fā)動機激振的影響分析；三是對其分析結果予以理論驗證。本研究結果表明，車斗的2階及3階模態(tài)，其在頻率方面，與路面激振的頻率相類似，因為為了提升車斗的使用壽命，提高其承載能力，需要對其結構予以適當改變，并增加其車斗模態(tài)頻率。

4 重型礦用自卸車車斗的結構優(yōu)化設計

在完成以上三步后，最后就是對重型礦用自卸車車斗的結構進行優(yōu)化設計了，再進行結構優(yōu)化設計之前，首先要對其模態(tài)的靈敏度，予以有效的分析研究，以獲得其模態(tài)靈敏度的準確部位，最后為了延長車斗的使用壽命，就需要對其結構實施優(yōu)化設計了。本研究采用結構力學修改方法，對車斗模態(tài)靈敏度進行分析，由此獲得相應的結構參數(shù)，及對其敏感的零件部位等，其分析的理論依據(jù)主要是振動方程，本研究結果顯示，為了有效提升2階和3階彎曲頻率，可通過增加車斗的底板厚度的方式實現(xiàn)，同時車斗的兩側擋板，以及底板也是受外界激振影響最大的區(qū)域。在車斗結構優(yōu)化設計方面，首先要對車斗的主要部位，如底板及兩側擋板等，其厚度的尺寸予以有效優(yōu)化，以提升其2階和3階的彎曲頻率，防止車斗在運行過程中，由于路面激振，而引發(fā)共振導致破壞。然后再對車斗的尺寸予以合理優(yōu)化，將其2階彎曲頻率增加到30.5HZ，3階彎曲頻率增加到31.8HZ，以提升其動態(tài)性能，由此不僅車斗的總質(zhì)量得到一定的下降，其車斗各區(qū)域的厚度，也能呈現(xiàn)出合理的分布[3]。

5 結語

由以上可以看出，重型礦用自卸車車斗的結構優(yōu)化，對于提升自卸車的工作效率，保障其安全穩(wěn)定的運行，有著重要作用，因此加大對重型礦用自卸車車斗的結構優(yōu)化設計的相關研究，有著深遠意義。

參考文獻：

[1]袁夏麗，唐華平，譚永青，姜永正，賀翔，梁曉波.重型礦用自卸車車架的模態(tài)分析和結構優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學學報（自然科學版），2014（12）：1424-1429.

[2]趙宇楠，司景萍，王二毛，萬方軍.基于ANSYS的礦用自卸車車架結構優(yōu)化設計[J].煤礦機械，2014（03）：18-21.

[3]譚永青，唐華平，呂斌，黃小青，李平，申愛玲.某重型礦用自卸車駕駛室的模態(tài)分析和結構優(yōu)化[J].機械科學與技術，2014，（05）：751-753.

青島港灣職業(yè)技術學院科技計劃項目，項目編號：QDGW2014Z07