基于solidworks的重型掘进机关键结构件的分析

摘要： 本文是基于solidworks平台对重型掘进机机架在承载状况下关键连接部位结构强度进行应力分析，并对结构较弱部位进行改进，从而保证了机架的强度及稳定性。

Abstract： This article makes stress analysis of key connection portion of the rack of heavy roadheader when the loaded situation based on solidworks and improves the weaker parts of the structure， thus ensuring the strength and stability of the rack.

关键词： 重型掘进机；机架；回转台；耳架

Key words： heavy roadheader；rack；rotary table；rack ears

中图分类号：U455.3+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）19-0043-02

随着我国煤矿采煤技术的发展、煤炭产量的逐年增高，井下工作面也从单一的掘进机向“掘、锚、探、支、护”多种机械相互协作掘进的工作方式发展，同时掘进机逐步向大重型机型发展，截割功率由120KW发展至最大450KW，整机重量由50吨左右发展为120吨左右。

掘进机整机截割功率的的不断提升，整机重量的不断增加，对掘进机机架强度的要求也越来越高，下面我们以截割功率为450KW的掘进机为例，对机架进行分析：

450掘进机机架为分体式，由前机架、后机架、后配重等部分组成，质量约36355kg，外型尺寸：8590×3280×1790（mm）（如图1）。

对机架结构强度进行分析，主要是基于solidworks分析软件对应力集中部位，如前机架与回转台连接的回转台底座、机架与铲板油缸连接铰接部强度的分析。

回转台底座应力分析：

模拟掘进机工作时各部分受力情况：

截割头抬起时受外力：约44吨，距离回转支承中心5255mm；

截割头摆动时受横向力：17.5吨；

截割头扭矩：180000N.M；

截割部质量：28吨，重心距离回转支承中心4030mm；

回转台质量：14吨。

将以上数据输入solidworks计算分析得出，重要部位应力最大值为120MPa，平均值为：65MPa，应力正常，符合设计要求（如图2）。

机架与铲板油缸连接耳架受力计算（为方便计算，以铲板为研究对象），假设两种工况下对铰点受力进行分析：

①工况1：在铲板将机架撑起时，铲板油缸受力为被动力，液压锁定，此时铲板受力如图3。

以销轴绞点为研究对象，铲板上力矩平衡：

∑M=F■×1.828-2F■×sin27.72°×0.365-G■×0.822-2F■×cos27.72°×0.384=0

得出2F■=1989658N，F■=994829N

根据x方向及y方向力的平衡可得出：

F■=880654NF■=462746N

F■=880645N，方向与F■相反；F■=149263N，方向竖直向下；

根据计算结果对机架进行受力计算（如图4），机架与油缸连接耳架受力最大为104.4MPa，因受力部位耳架易断裂带，故应力偏大。

改进耳架结构，将耳架外侧支撑板加厚，改后受力改善明显，最大值为63MPa（如图5）。

②工况二：假设特定情况下铲板油缸压力达到最大时，则受力如图6（摩擦力忽略）。

F■=1362017NF■=715681N

F■=1362017N，方向与F■相反；F■=103672N，方向竖直向上。

如图7，机架与油缸连接耳架受力最大处为耳架销轴孔边沿170.6MPa，应力较大，耳架其他部位受力约在150MPa，可进一步改进耳架。

耳架结构改进后，受力情况改善，受力最大处仍为耳架销轴孔边沿，即166MPa，耳架其他部位受力约在115MPa（如图8）。

机架设计是掘进机设计的根本，其对于整机的重要性犹如人体骨骼对于人体，其结构设计是否合理，直接关系到整机总体布置空间的合理性及运行时稳定性。因此，掘进机在向重型化发展的同时，应兼顾其机架的强度及集成化。

参考文献：

[1]徐朗宁.机械装备金属结构设计.

[2]何煜琛，陈涉，陆利锋.Solidworks 2005中文版基础及应用教程[M].

[3]郝建生.掘进机纵轴式截割头截割效率的优化设计[J].煤炭科学技术，2007（02）.