基于ANSYS的耙装机工作装置仿真分析

[摘 要]通过在ANSYS软件中对耙装机工作装置进行仿真分析，模拟耙装机2种典型工况下的动作过程，通过静力学分析，得到不同工况下工作装置的应力云图，为工作装置的优化提供了理论依据.

[关键词]耙装机；典型工况分析；ANSYS；仿真分析

中图分类号：TP391. 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0196-01

1 前言

耙装机是煤矿井下巷道掘进作业的重要装载设备。工作装置作为耙装机的主要组成部件，其性能优劣决定了整机装载能力的高低。在工作中，其运动与受力情况都比较复杂。采用传统的图解法对耙装机的工作装置进行机构分析，计算比较复杂，难以分析每个工况下的工作性能及载荷变化。本文通过在三维软件Pro/Engineer中建立耙装机工作装置的三维实体模型，将其导入静力学分析软件ANSYS中，设置相关的参数，分别对几种工况进行静力学仿真分析，得出耙装机工作装置的几种工况下的应力云图，确定不同工况下发生应力集中区域及危险断面，为耙装机的改进提供理论参考。

2 耙装机工作装置结构及工作原理

耙装机工作装置主要由大臂、小臂、铲斗及相应驱动油缸组成，杆件及油缸之间全部采用铰链连接。按照优化后的工作装置结构参数，采用Pro/Engineer软件建立大臂、小臂、铲斗及连杆的三维几何模型，并按照装配图要求进行装配，如图1所示。在建模过程中，忽略了不影响计算结果的倒角、缓冲橡胶底座等要素。在实体模型中均焊缝处均按照连续角焊缝处理，其材料性质按照与母材相同处理。这样可以在保证ANSYS求解精度的同时，提高其求解速度，提高效率。

3 工况确定

将耙装机工作装置Pro-E模型导入有限元分析软件ANSYS中，并对其进行网格划分。参照GB/T 9141-88《液压挖掘机结构强度试验方法》和JB/T5503-2004《立爪挖掘装载机》，并结合现场实践经验，提出2种工况进行有限元分析，各工况下工作装置的位姿描述及载荷施加情况，如表1所示。

图1 耙装机工作装置结构图

4 仿真分析

按表1对耙装机工作装置施加载荷与约束，进行整体有限元结构静力分析，得到了2种工况下工作装置整体结构有限元应力云图。

（1）工况1分析计算

在工况1条件下，工作装置主要受切向力和

自身重力作用，表2分别表示在工况1情况下，各个组焊件危险截面的位置及应力值。图2为结构有限元分析应力云图。

工况1是工作装置的小臂液压缸作用力臂最大，铲斗液压缸以最大当量力臂工作的位姿。经过计算与分析可知，该受力情况下在铲斗斗齿尖处出现的最大变形为30.585mm，在大臂油缸耳板根部出现的最大应力为214.21MPa，远小于使用材质的许用应力。同时，在工况1的受力情况下，最危险截面出现在大臂油缸耳板根部。工况2分析计算，在工况2条件下，工作装置主要受切向力和自身重力作用，表3分别表示在工况2情况下，各个组焊件危险截面的位置及应力值。

工况2是大臂抬起，小臂油缸伸长，带动铲斗旋转，使铲斗底板垂线方向与运输部耐磨板平行的位姿。经过计算与分析可知，该受力情况下在铲斗斗齿尖处出现的最大变形为18.641mm，在大臂油缸耳板根部出现的最大应力为99.394MPa，远小于使用材质的许用应力。

5 结论

通过Pro/Engineer软件对耙装机工作装置进行了三维建模，并利用ANSYS软件对其几种特定工况进行了静力学分析，得到了耙装机工作装置的应力云图，即该工况下的应力集中区域、危险截面发生区域和变形量最大的区域。对于改进工作装置局部结构和改善工作装置整体受力情况，提供了重要的参考依据。

参考文献

[1] 王子雷. 侧卸装岩机工作机构运动仿真及优化设计[D]. 煤炭科学研究总院，2006.6.

[2] 刘俊奇.基于Pro/E与ANSYS的挖掘装载机工作装置的设计与分析[J]. 佳木斯大学学报2008（7）：456-458.

作者简介

都世锋，男，汉族，1978年出生，河南郑州人，毕业于河南理工大学，国投煤炭郑州能源开发有限公司从事机电管理工作，研究领域：矿山机械