湯劍 黃松海

摘要：為了進(jìn)一步對(duì)礦用電動(dòng)輪自卸車牽引電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)電動(dòng)輪自卸車在礦山現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行振動(dòng)大這一現(xiàn)狀，而導(dǎo)致電動(dòng)輪自卸車牽引電機(jī)振動(dòng)大的問題。對(duì)某型號(hào)電動(dòng)輪自卸車牽引電機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)采集和分析，并根據(jù)實(shí)際工況振動(dòng)加速度建立仿真模型，對(duì)牽引電機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行仿真分析驗(yàn)證，得到了電動(dòng)輪自卸車牽引電機(jī)的應(yīng)力分布。最終確定了電機(jī)強(qiáng)度滿足使用要求。振動(dòng)測(cè)試方法及仿真分析方法可為同類產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

0引言

隨著大型露天礦山規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電動(dòng)輪自卸車在礦山運(yùn)輸過程中的作用越來越明顯，全世界范圍內(nèi)，40%煤礦和%90%礦的開采運(yùn)輸工作都是由電動(dòng)輪自卸車完成的。由于礦區(qū)道路崎嶇，坑洼較多，且電動(dòng)輪自卸車的體積、重量過于龐大，減振性能偏硬，使得車體振動(dòng)比普通車輛更為惡劣，牽引電機(jī)作為礦車的核心動(dòng)力部件，其耐振性能的好壞直接影響整車的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)電動(dòng)輪自卸車牽引電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的振動(dòng)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行仿真分析，保證電機(jī)強(qiáng)度滿足使用要求。

1振動(dòng)加速度測(cè)試

為了解電動(dòng)輪自卸車實(shí)際運(yùn)行過程中的振動(dòng)環(huán)境，需要測(cè)量不同運(yùn)行工況下的加速度時(shí)間歷程數(shù)據(jù)，為后續(xù)的仿真分析提供數(shù)據(jù)支持。選取的測(cè)試對(duì)象是內(nèi)蒙古某礦山某電動(dòng)輪用自卸車（圖1），采集數(shù)據(jù)之前需考慮以下問題：（1）不同類型車輛的振動(dòng)加速度型譜不同;（2）車輛空載、滿載時(shí)加速度型譜不同;（3）車輛行駛在不同路面上行駛的振動(dòng)加速度不同;（4）測(cè)試點(diǎn)的位置不同也會(huì)影響振動(dòng)加速度的型譜。

采用電容式三向加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量。電機(jī)安裝在電動(dòng)輪車輪轂內(nèi)，將加速度傳感器放置在電機(jī)上，則無法取出傳感器，還會(huì)影響到電動(dòng)輪的正常運(yùn)行，因此只能在主軸的前端面上安裝加速度傳感器，該測(cè)試位置靠近電機(jī)，故測(cè)量數(shù)據(jù)能真實(shí)反映電機(jī)振動(dòng)情況。具體測(cè)點(diǎn)位置如圖所示。

礦車在滿載工況下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為1小時(shí)，礦車行駛路程約為25km，礦車在行駛過程中包含了加速、勻速、制動(dòng)等工礦，路面存在著轉(zhuǎn)彎、爬坡、凹凸不平等一系列狀況。測(cè)得的振動(dòng)加速度型譜如圖所示：

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研反映，振動(dòng)加速度值較大點(diǎn)都出現(xiàn)在轉(zhuǎn)彎、爬坡、剎車、地面坑洼等工礦，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的振動(dòng)加速度波形圖進(jìn)行分析，得到振動(dòng)加速度最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)振動(dòng)加速度值如下表：

2基于實(shí)際工礦振動(dòng)加速度的電機(jī)強(qiáng)度仿真分析

電機(jī)采取了一系列措施來保證電機(jī)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有效提高電機(jī)整體可靠性，使電機(jī)能承受大的沖擊。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)情況，通過ANSYS有限元仿真軟件對(duì)機(jī)座、端蓋的強(qiáng)度進(jìn)行仿真分析，保證電機(jī)配套電動(dòng)輪自卸車能長(zhǎng)期工作在礦山等級(jí)道路以及碎石泥土混合、表面凹凸不平、多塵泥濘的非等級(jí)道路。

2.1模型簡(jiǎn)化：

（1）將定子繞組、轉(zhuǎn)子用質(zhì)量點(diǎn)代替;

（2）機(jī)座材料常數(shù)為，E=2.lell，密度為7850;（各向同性材料），屈服強(qiáng)度為≥345MPa。

2.2模型邊界條件

2.3仿真分析結(jié)果

對(duì)電機(jī)運(yùn)行中的4種工況分別進(jìn)行了計(jì)算。電機(jī)在受最大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)受到垂向5g、軸向2.5g及橫向2.5g沖擊加速度時(shí)，機(jī)座最大應(yīng)力為52.1MPa，最大變形量為0.126mm，應(yīng)力值遠(yuǎn)低于材料Q345E的屈服強(qiáng)度。電機(jī)強(qiáng)度滿足使用要求。

3結(jié)論

通過ANSYS Workbench有限元仿真，在模擬現(xiàn)場(chǎng)工況沖擊加速度的條件下，對(duì)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果能夠保證電機(jī)適應(yīng)實(shí)際的沖擊振動(dòng)的工作環(huán)境。