支架搬運車是煤礦井下液壓支架無軌運輸的專用設備，具有結構緊湊，承載及爬坡能力大，機動靈活等特點，適合搬家倒面及工作面鋪設時液壓支架的長距離運輸。重載支架搬運車的研制實現了大采高工作面液壓支架的無拆解長距離無軌運輸，大大縮短了綜采工作面搬運周期。框架式支架搬運車主要由前機架、中央鉸接及U形拖車組成。U形拖車為液壓支架的承載部分。拖車與前機架由中央鉸接鏈接，拖車兩側各有一個擺動梁結構，使得支架搬運能夠平穩通過。支架搬運在凹凸不平的井下路面如圖所示。拖車有掛鏈式和封底式，支架承載于拖車內。由于巷道起伏較大，路面凹凸不平，支架在拖車內易晃動，使擺動梁頻繁受到沖擊。車輛在緊急制動、轉彎等也會對擺動梁造成較大的擠壓、彎曲及扭轉，甚至形成塑性變形，使擺動梁報廢。因此，必須保證擺動梁有足夠的結構強度及剛度。同時，為了壓縮拖車寬度，提高整車對高巷道的適應性，必須要求擺動梁有較小的箱梁厚度。由于擺動梁結構復雜，傳統的力學計算方法很難精確求解出其結構受力分布。本研究采用有限元分析方法，對擺動梁結構進行仿真分析計算，得出了重載時擺動梁應力分布情況，為擺動梁結構設計及強度分析提供了新的計算方法。
      擺動梁結構擺動梁主體為高強厚鋼板焊接的箱梁結構，中央鋼套內為鉸接樞軸，樞軸兩端由樞軸支架固定。擺動梁可圍繞樞軸擺動。擺動梁兩側邊緣貼有耐磨板，機架上限位槽對邊緣處進行限位，防止擺動梁橫向變形過大。輪邊減速器安裝在擺動梁兩側安裝盤上，減速器上安裝有實心輪胎。擺動梁在機架安裝如圖所示。擺動梁受力分析拖車的全部載荷、轉向彎矩及傾覆力矩均由輪邊減速器傳至擺動梁。擺動梁受力情況如圖所示。拖車自重約為22t，額定載荷50t，沖擊系數按1.5倍計算。此時每個輪胎所受豎直方向的力F=20t，拖車在橫向坡度時，輪胎所受橫向力為Fz。根據拖車輪邊馬達輸出扭矩可得輪胎最大驅動力F及Fz對擺動梁安裝面的彎矩，Mz是力F3通過力臂L對擺動梁安裝面的彎矩，輪邊減速器給擺動梁安裝面的最大驅動扭矩。
      建立三維模型通過SolidWorks軟件建立擺動梁三維模型，處理焊縫及較小的邊角特征，修補不影響分析的特征以提高分析效率。將處理后的模型導入有限元分析軟件，對其進行網格劃分和施加邊界條件。對模型材料進行設置，其中主立板為Q690高強鋼板，其余腹板及鋼套材料均為Q345。網格劃分用三角形網格對模型進行網格劃分，最小網格尺寸設置為5 mm。根據擺動梁內外主立板為厚鋼板的結構特點，對主立板進行掃掠，掃掠層數為3層。其余普通鋼板和中央鋼套為自由網格劃分。對箱梁內薄肋板與主立板焊接處網格進行局部細化。劃分后單元數為115542，節點總數為205068個。
      對模型進行邊界約束和施加載荷，根據擺動梁實際的受力情況，將擺動梁中央鋼套內圈施加固定約束，擺動梁兩側的耐磨板施加無摩擦約束。對各受力面施加載荷。通過有限元分析計算得出擺動梁應力云圖如圖所示。擺動梁最大應力處為主立板兩側的耐磨板根部，該處所受極限應力為465 MPa。減速器安裝面、上下腹板及鋼套周圍應力蕊300 MPa，最大變形<1mm。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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