掘进机行走装置支重轮有限元分析

摘要： 260掘进机为全岩巷掘进机，工作环境恶劣，掘进过程中没有煤粉产生，对于掘进机行走机构起不到作用，因此决定采用增加支重轮设计，来改善掘进机行走机构的受力情况，利用有限元分析来计算掘进机在过载情况下，支重轮的受力以及变形是否符合设计要求，验证设计方案的可行性。

关键词： 掘进机；行走装置；支重轮；有限元

0引言

用高级有限元软件NX7.5对支重轮机构进行分析计算，计算支重轮在极限情况下，即行走机构中的其中一个支重轮承受整机50%重量的情况下，支重轮机构的受力情况与变形情况，检验其密封性能是否完好以及结构的强度是否有足够的安全系数，验证设计方案的可行性。

1模型准备

支重轮机构主要由一根转轮轴，两个转轮托架和一个转轮组成，转轮通过套与转轮轴配合实现行走，转轮托架与转轮轴用紧定螺钉连接在一起并通过螺栓连接在掘进机牵引部上，支重轮机构装配图如图1所示。

支重轮机构中的主要零件即一根转轮轴，两个转轮托架和一个转轮，按1:1的比例在3维软件NX7.5中建立3维模型，按照装配关系装配在一起。

2有限元模型

2.1 理想化几何模型设计模型不是分析所需要的模型，一些对结构强度几乎没有影响但是对网格精度以及有限元模型计算规模影响挺大的的装配孔、倒斜角、倒圆角简化掉。堵头、组合密封、耐磨套、套简化掉，各零件之间的连接关系用相应的有限元单元连接来模拟；

2.2 有限元模型分别对转轮轴、转轮以及转轮托架进行网格划分，然后将各零件的有限元模型装配在一起，有限元模型共有211387个单元，56072个节点，转轮和转轮轴在装套的部位通过1D单元（RB2单元）耦合在一起，转轮轴和转轮托架上的载荷通过1D单元连接来传递到转轮上，支重轮机构有限元模型如图2所示。

3边界条件及载荷

转轮托架和转轮轴通过glue技术将网格粘合在一起来模拟螺钉连接，转轮轴与转轮通过1D连接模拟套来传递载荷，转轮在履带板上滚动，转轮与履带板为线接触，通过全约束转轮与履带板接触线条上的节点自由度来模拟这两者之间的约束。

根据设计要求支重轮机构在极限情况下将承受不少于整机重量的50%，即40吨，平均分配到转轮轴和两边的转轮托架上，支重轮边界条件和载荷加载情况如图3所示。

4计算结果

4.1 位移计算结果计算结果显示，支重轮机构最大位移0.418mm，转轮托架装组合密封的位置的位移是我们关心的位置，该处位移量的大小关系到密封性能的好坏，在转轮托架安装L型组合密封的位置查看8个节点的位移大小，计算结果显示该处位移值范围在0.275mm-0.305mm，满足L型组合密封圈0.2-0.4mm的间隙要求，位移云图如图4所示。

4.2 应力计算结果计算结果支重轮机构转轮轴装套位置轴肩变截面处应力最大，最大应力值为732MPa，去除应力集中点，该处平均应力值范围在341.9-469.6MPa，平均应力值为406.1MPa，转轮与履带板支撑处应力也比较大，应力值范围105.5-442.3MPa，平均应力值为259.5MPa，强度安全系数由研究所设计人员根据计算结果选择材料，最终确定足够的安全系数，应力云图如图5所示。

5结语

计算结果显示我们关心的位置即转轮托架转轮托架装组合密封位置的位移量范围在0.275mm-0.305mm，满足L型组合密封圈0.2-0.4mm的间隙要求该装置的刚度可以满足要求。

支重轮机构转轮轴装套位置轴肩变截面处应力最大，最大应力值为732MPa，去除应力集中点，该处平均应力值范围在341.9-469.6MPa，平均应力值为406.1MPa，该处应力集中的主要原因是该处是变截面处且简化掉了该处的圆角过度，为了得到更高质量的网格单元，考虑该处的圆角过度以后应力值会有很大程度的减小，转轮与履带板支撑处应力也比较大，应力值范围105.5-442.3MPa,平均应力值为259.5MPa，强度安全系数由研究所设计人员根据计算结果选择材料，最终确定足够的安全系数。

用有限元计算的方法不仅可以直观的验证设计方案，可以为设计方案做定性的分析，为设计提供有价值的参考。

参考文献：

[1]张安宁，彭数权，梁超，尹中会.EBH-120掘进机铲板有限元分析[J].煤矿机械，2010，31（12）：13-17.