大型静定履带行走装置履带架强度有限元分析研究

随着我国经济发展,生产规模不断扩大,在矿山、大坝、电厂、公路和铁路建设以及建筑等行业的生产作业中,移动式破碎站、斗轮挖掘机、起重机及排土机等重型机械有着广泛的应用,随着规模的扩大,这些机械小到几百吨,大到数千吨,乃至于上万吨,为了满足发展的需要,保持其稳定性及承载能力,一般采用大型履带行走装置。 履带行走装置是整个履带机械的支承部分,它承受着机械的自重及工作时受到的外力,保证履带车辆能够稳定的在地面上行走及作业。其中履带架是履带行走机构的主要组成部件,底座将受到的重力载荷和力矩传递到履带架上,因此其结构的强度直接影响履带机械的工作性能。由于履带车辆的应用越来越广泛及其需求的扩大,所以深入研究履带架结构是目前我国各大企业在工程机械设计制造工作中所面临的重要课题。 使用现代设计方法——有限单元法进行研究分析设计是我国各研究生产企业自主创新设计的一种有效方法。本文以有限单元法为基本分析方法,以大型静定履带行走装置履带架为主要研究对象,分析了大型静定履带行走装置的工作原理,并结合某公司履带式移动破碎站匀速直线行驶、爬坡行驶及转弯行驶三种工况,对大型静定履带行走装置履带架的受力特点、载荷计算及结构强度进行了分析研究。本文研究的主要工作内容如下: (1)在国内外相关参考文献基础上,介绍大型履带行走装置在国内外履带机械车辆中的应用现状及发展趋势,履带架的研究现状及研究方法,有限元理论方法在履带行走装置设计中的应用,我国在履带架结构设计中遇到的一些问题及解决方法。 (2)研究履带行走装置工作原理,讨论分析大型静定履带行走装置与其他类型履带行走装置的不同结构特点,并针对大型静定履带行走装置进行载荷分析及部分载荷的计算,在此基础上,结合履带式移动破碎站履带行走装置二维图纸,使用Solidworks三维建模软件,建立履带架三维模型。 (3)在不影响整体结构强度的情况下,对履带架模型简化处理后导入有限元分析软件ANSYS,在ANSYS中采用弹性壳单元SHELL 63对履带架箱体结构划分单元网格,并对履带架与驱动轮、导向轮及底座的连接等边界进行处理,从而得到履带架有限元分析模型。 (4)根据履带式移动破碎站工作特点,讨论危险工况,选定匀速直线行驶、爬坡行驶及单边制动转弯行驶三种工况,在不同的上部车重重心位置下对满载状态重1200吨的移动破碎站履带架进行载荷计算及有限元强度分析,分析各工况下履带架的变形情况、应力分布及大小,研究履带架各工况下结构强度问题,并根据有限元分析结果,对履带架提出了一些结构改进意见。 (5)对履带架进行动力学自由模态分析,提取其前十阶固有频率及振型,分析可能引起履带架产生共振的激振源,并对比判断是否会发生共振现象,对履带架结构改进及设计具有一定的指导意义。 本文使用有限元理论方法对大型静定履带行走装置履带架进行分析研究,有助于了解履带架各部分变形及应力大小,解决履带架结构设计强度的不足等问题。在实际工作中,本文所用方法及研究内容也有利于提高产品开发效率,缩短产品设计周期,提高产品的性能及可靠程度,从而降低成本,提高效益。