支架搬运车是煤矿井下液压支架无轨运输的专用设备，具有结构紧凑，承载及爬坡能力大，机动灵活等特点，适合搬家倒面及工作面铺设时液压支架的长距离运输。重载支架搬运车的研制实现了大采高工作面液压支架的无拆解长距离无轨运输，大大缩短了综采工作面搬运周期。框架式支架搬运车主要由前机架、中央铰接及U形拖车组成。U形拖车为液压支架的承载部分。拖车与前机架由中央铰接链接，拖车两侧各有一个摆动梁结构，使得支架搬运能够平稳通过。支架搬运在凹凸不平的井下路面如图所示。拖车有挂链式和封底式，支架承载于拖车内。由于巷道起伏较大，路面凹凸不平，支架在拖车内易晃动，使摆动梁频繁受到冲击。车辆在紧急制动、转弯等也会对摆动梁造成较大的挤压、弯曲及扭转，甚至形成塑性变形，使摆动梁报废。因此，必须保证摆动梁有足够的结构强度及刚度。同时，为了压缩拖车宽度，提高整车对高巷道的适应性，必须要求摆动梁有较小的箱梁厚度。由于摆动梁结构复杂，传统的力学计算方法很难精确求解出其结构受力分布。本研究采用有限元分析方法，对摆动梁结构进行仿真分析计算，得出了重载时摆动梁应力分布情况，为摆动梁结构设计及强度分析提供了新的计算方法。
      摆动梁结构摆动梁主体为高强厚钢板焊接的箱梁结构，中央钢套内为铰接枢轴，枢轴两端由枢轴支架固定。摆动梁可围绕枢轴摆动。摆动梁两侧边缘贴有耐磨板，机架上限位槽对边缘处进行限位，防止摆动梁横向变形过大。轮边减速器安装在摆动梁两侧安装盘上，减速器上安装有实心轮胎。摆动梁在机架安装如图所示。摆动梁受力分析拖车的全部载荷、转向弯矩及倾覆力矩均由轮边减速器传至摆动梁。摆动梁受力情况如图所示。拖车自重约为22t，额定载荷50t，冲击系数按1.5倍计算。此时每个轮胎所受竖直方向的力F=20t，拖车在横向坡度时，轮胎所受横向力为Fz。根据拖车轮边马达输出扭矩可得轮胎最大驱动力F及Fz对摆动梁安装面的弯矩，Mz是力F3通过力臂L对摆动梁安装面的弯矩，轮边减速器给摆动梁安装面的最大驱动扭矩。
      建立三维模型通过SolidWorks软件建立摆动梁三维模型，处理焊缝及较小的边角特征，修补不影响分析的特征以提高分析效率。将处理后的模型导入有限元分析软件，对其进行网格划分和施加边界条件。对模型材料进行设置，其中主立板为Q690高强钢板，其余腹板及钢套材料均为Q345。网格划分用三角形网格对模型进行网格划分，最小网格尺寸设置为5 mm。根据摆动梁内外主立板为厚钢板的结构特点，对主立板进行扫掠，扫掠层数为3层。其余普通钢板和中央钢套为自由网格划分。对箱梁内薄肋板与主立板焊接处网格进行局部细化。划分后单元数为115542，节点总数为205068个。
      对模型进行边界约束和施加载荷，根据摆动梁实际的受力情况，将摆动梁中央钢套内圈施加固定约束，摆动梁两侧的耐磨板施加无摩擦约束。对各受力面施加载荷。通过有限元分析计算得出摆动梁应力云图如图所示。摆动梁最大应力处为主立板两侧的耐磨板根部，该处所受极限应力为465 MPa。减速器安装面、上下腹板及钢套周围应力蕊300 MPa，最大变形<1mm。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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