大型履帶行走裝置履帶架及門架多工況有限元分析

劉剛

摘 要：為了在設計階段保證大型履帶行走裝置履帶架強度，建立了大型履帶行走裝置履帶架多工況有限元模型，并針對各工況探討邊界條件。基于ANSYS軟件計算的各工況下履帶架典型的應力分布。結果表明轉向工況履帶架應力最大，設計時需注意。本文研究結果有助于大型履帶行走裝置設計。

關鍵詞：大型 履帶架 有限元

中圖分類號：TH212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0119-01

礦山機械，如破碎站、斗輪挖掘機、堆取料機等，工作于礦山環(huán)境，設備巨大，自重可達千噸以上。這類設備連續(xù)開采，一旦因故障停機，將會造成巨大的經(jīng)濟損失。

這類礦山重型機械大多采用大型履帶行走裝置、多履帶行走裝置，實現(xiàn)設備的移動。履帶行走裝置的工作可靠性嚴重影響著礦山的工作效率，間接影響著礦山經(jīng)濟效益。因此，在設計階段必須保證大型履帶行走裝置的強度。履帶架為大型履帶行走裝置的核心零件，其強度決定著整個履帶行走裝置，以至于整個礦山機械的工作可靠性，因此，必須在設計階段保證履帶架的強度。

關于履帶架的強度計算方法，公開發(fā)表的論文較多，這些論文大多針對小型履帶架進行研究，而大型履帶行走裝置具有其自身獨特工作工況，因此，有必要針對大型履帶行走裝置的核心零件——履帶架進行研究，從而為履帶架設計提供保證。本文應用ANSYS軟件針對大型履帶架建立了多工況有限元模型，研究其在不同工況下的應力分布特點。

1 建模

1.1 幾何模型

本文所研究的承重1200 t大型履帶行走裝置履帶架及門架三維模型如圖1所示，應用三維建模軟件solidworks建模。

1.2 有限元模型

由于履帶架主要由板件焊接而成，應用板殼單元分析，計算效率和結果準確度均能保證。因此，將模型導入專業(yè)網(wǎng)格劃分軟件hypermesh中，抽取中面并進行網(wǎng)格劃分。將網(wǎng)格模型但邊界條件施加及提交計算，導入ansys軟件后的網(wǎng)格模型如圖2所示。該模型采用整體結構劃分網(wǎng)格而成，單元類型shell63，線彈性材料彈性模量E=2.3e5（米制單位）、密度7.8e-3kg/mm3，共50萬個單元。針對該模型進行個網(wǎng)格尺寸研究，最終確定50萬個單元能保證工程上計算精度要求。

2 工況及邊界條件

大型履帶行走裝置工況主要有直行工況、轉向工況、空載爬坡工況，本文針對這些典型工況，應用履帶架網(wǎng)格模型，施加不同的邊界條件，模擬實際工作過程，研究履帶架應力分布特點。

2.1 直行工況

直行工況履帶架所受載荷及約束施加如圖3所示，上部載荷通過節(jié)點力直接分布施加于履帶架與上部結構連接處。通過梁單元模擬承重輪，承重輪處施加豎直方向位移約束，驅動輪處施加前后方向的位移約束，并在導向輪處施加行進阻力，以及將承重輪內摩擦阻力施加于相應位置節(jié)點處。

2.2 轉向工況

轉向工況約束載荷如圖4所示，施加履帶與地面之間的摩擦阻力矩，約束一側的驅動輪處行進方向自由度及承重輪處豎直方向自由度。

2.3 空載爬坡工況

空載爬坡工況邊界條件如圖5所示，及將直行工況中物料質量去除（空載），并將整體迫性調整一爬坡角度。約束條件同直行工況。

3 結語

計算結果如圖6所示，本文對各工況最大應力進行統(tǒng)計，如表1。

從表中可以看出：不同工況最大應力出現(xiàn)的位置也不同，其中應力最大值出現(xiàn)在轉向工況下，因此在設計時，針對轉向工況的強度計算要注意。

參考文獻

[1] 高一平，王欣，高順德，等.200噸履帶起重機履帶架結構設計與有限元分析[J].機械設計與制造，2004（5）：71-72.

[2] 成凱，王鋅，趙二飛.履帶起重機履帶架的非線性有限元分析[J].中國工程機械學報，2009（3）：68-72.

[3] 胡方海，王智永.履帶架三維結構拓撲優(yōu)化及ANSYS實現(xiàn)[J].煤礦機械，2009（12）：74-77.endprint

摘 要：為了在設計階段保證大型履帶行走裝置履帶架強度，建立了大型履帶行走裝置履帶架多工況有限元模型，并針對各工況探討邊界條件。基于ANSYS軟件計算的各工況下履帶架典型的應力分布。結果表明轉向工況履帶架應力最大，設計時需注意。本文研究結果有助于大型履帶行走裝置設計。

關鍵詞：大型 履帶架 有限元

中圖分類號：TH212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0119-01

礦山機械，如破碎站、斗輪挖掘機、堆取料機等，工作于礦山環(huán)境，設備巨大，自重可達千噸以上。這類設備連續(xù)開采，一旦因故障停機，將會造成巨大的經(jīng)濟損失。

這類礦山重型機械大多采用大型履帶行走裝置、多履帶行走裝置，實現(xiàn)設備的移動。履帶行走裝置的工作可靠性嚴重影響著礦山的工作效率，間接影響著礦山經(jīng)濟效益。因此，在設計階段必須保證大型履帶行走裝置的強度。履帶架為大型履帶行走裝置的核心零件，其強度決定著整個履帶行走裝置，以至于整個礦山機械的工作可靠性，因此，必須在設計階段保證履帶架的強度。

關于履帶架的強度計算方法，公開發(fā)表的論文較多，這些論文大多針對小型履帶架進行研究，而大型履帶行走裝置具有其自身獨特工作工況，因此，有必要針對大型履帶行走裝置的核心零件——履帶架進行研究，從而為履帶架設計提供保證。本文應用ANSYS軟件針對大型履帶架建立了多工況有限元模型，研究其在不同工況下的應力分布特點。

1 建模

1.1 幾何模型

本文所研究的承重1200 t大型履帶行走裝置履帶架及門架三維模型如圖1所示，應用三維建模軟件solidworks建模。

1.2 有限元模型

由于履帶架主要由板件焊接而成，應用板殼單元分析，計算效率和結果準確度均能保證。因此，將模型導入專業(yè)網(wǎng)格劃分軟件hypermesh中，抽取中面并進行網(wǎng)格劃分。將網(wǎng)格模型但邊界條件施加及提交計算，導入ansys軟件后的網(wǎng)格模型如圖2所示。該模型采用整體結構劃分網(wǎng)格而成，單元類型shell63，線彈性材料彈性模量E=2.3e5（米制單位）、密度7.8e-3kg/mm3，共50萬個單元。針對該模型進行個網(wǎng)格尺寸研究，最終確定50萬個單元能保證工程上計算精度要求。

2 工況及邊界條件

大型履帶行走裝置工況主要有直行工況、轉向工況、空載爬坡工況，本文針對這些典型工況，應用履帶架網(wǎng)格模型，施加不同的邊界條件，模擬實際工作過程，研究履帶架應力分布特點。

2.1 直行工況

直行工況履帶架所受載荷及約束施加如圖3所示，上部載荷通過節(jié)點力直接分布施加于履帶架與上部結構連接處。通過梁單元模擬承重輪，承重輪處施加豎直方向位移約束，驅動輪處施加前后方向的位移約束，并在導向輪處施加行進阻力，以及將承重輪內摩擦阻力施加于相應位置節(jié)點處。

2.2 轉向工況

轉向工況約束載荷如圖4所示，施加履帶與地面之間的摩擦阻力矩，約束一側的驅動輪處行進方向自由度及承重輪處豎直方向自由度。

2.3 空載爬坡工況

空載爬坡工況邊界條件如圖5所示，及將直行工況中物料質量去除（空載），并將整體迫性調整一爬坡角度。約束條件同直行工況。

3 結語

計算結果如圖6所示，本文對各工況最大應力進行統(tǒng)計，如表1。

從表中可以看出：不同工況最大應力出現(xiàn)的位置也不同，其中應力最大值出現(xiàn)在轉向工況下，因此在設計時，針對轉向工況的強度計算要注意。

參考文獻

[1] 高一平，王欣，高順德，等.200噸履帶起重機履帶架結構設計與有限元分析[J].機械設計與制造，2004（5）：71-72.

[2] 成凱，王鋅，趙二飛.履帶起重機履帶架的非線性有限元分析[J].中國工程機械學報，2009（3）：68-72.

[3] 胡方海，王智永.履帶架三維結構拓撲優(yōu)化及ANSYS實現(xiàn)[J].煤礦機械，2009（12）：74-77.endprint

摘 要：為了在設計階段保證大型履帶行走裝置履帶架強度，建立了大型履帶行走裝置履帶架多工況有限元模型，并針對各工況探討邊界條件。基于ANSYS軟件計算的各工況下履帶架典型的應力分布。結果表明轉向工況履帶架應力最大，設計時需注意。本文研究結果有助于大型履帶行走裝置設計。

關鍵詞：大型 履帶架 有限元

中圖分類號：TH212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0119-01

礦山機械，如破碎站、斗輪挖掘機、堆取料機等，工作于礦山環(huán)境，設備巨大，自重可達千噸以上。這類設備連續(xù)開采，一旦因故障停機，將會造成巨大的經(jīng)濟損失。

這類礦山重型機械大多采用大型履帶行走裝置、多履帶行走裝置，實現(xiàn)設備的移動。履帶行走裝置的工作可靠性嚴重影響著礦山的工作效率，間接影響著礦山經(jīng)濟效益。因此，在設計階段必須保證大型履帶行走裝置的強度。履帶架為大型履帶行走裝置的核心零件，其強度決定著整個履帶行走裝置，以至于整個礦山機械的工作可靠性，因此，必須在設計階段保證履帶架的強度。

關于履帶架的強度計算方法，公開發(fā)表的論文較多，這些論文大多針對小型履帶架進行研究，而大型履帶行走裝置具有其自身獨特工作工況，因此，有必要針對大型履帶行走裝置的核心零件——履帶架進行研究，從而為履帶架設計提供保證。本文應用ANSYS軟件針對大型履帶架建立了多工況有限元模型，研究其在不同工況下的應力分布特點。

1 建模

1.1 幾何模型

本文所研究的承重1200 t大型履帶行走裝置履帶架及門架三維模型如圖1所示，應用三維建模軟件solidworks建模。

1.2 有限元模型

由于履帶架主要由板件焊接而成，應用板殼單元分析，計算效率和結果準確度均能保證。因此，將模型導入專業(yè)網(wǎng)格劃分軟件hypermesh中，抽取中面并進行網(wǎng)格劃分。將網(wǎng)格模型但邊界條件施加及提交計算，導入ansys軟件后的網(wǎng)格模型如圖2所示。該模型采用整體結構劃分網(wǎng)格而成，單元類型shell63，線彈性材料彈性模量E=2.3e5（米制單位）、密度7.8e-3kg/mm3，共50萬個單元。針對該模型進行個網(wǎng)格尺寸研究，最終確定50萬個單元能保證工程上計算精度要求。

2 工況及邊界條件

大型履帶行走裝置工況主要有直行工況、轉向工況、空載爬坡工況，本文針對這些典型工況，應用履帶架網(wǎng)格模型，施加不同的邊界條件，模擬實際工作過程，研究履帶架應力分布特點。

2.1 直行工況

直行工況履帶架所受載荷及約束施加如圖3所示，上部載荷通過節(jié)點力直接分布施加于履帶架與上部結構連接處。通過梁單元模擬承重輪，承重輪處施加豎直方向位移約束，驅動輪處施加前后方向的位移約束，并在導向輪處施加行進阻力，以及將承重輪內摩擦阻力施加于相應位置節(jié)點處。

2.2 轉向工況

轉向工況約束載荷如圖4所示，施加履帶與地面之間的摩擦阻力矩，約束一側的驅動輪處行進方向自由度及承重輪處豎直方向自由度。

2.3 空載爬坡工況

空載爬坡工況邊界條件如圖5所示，及將直行工況中物料質量去除（空載），并將整體迫性調整一爬坡角度。約束條件同直行工況。

3 結語

計算結果如圖6所示，本文對各工況最大應力進行統(tǒng)計，如表1。

從表中可以看出：不同工況最大應力出現(xiàn)的位置也不同，其中應力最大值出現(xiàn)在轉向工況下，因此在設計時，針對轉向工況的強度計算要注意。

參考文獻

[1] 高一平，王欣，高順德，等.200噸履帶起重機履帶架結構設計與有限元分析[J].機械設計與制造，2004（5）：71-72.

[2] 成凱，王鋅，趙二飛.履帶起重機履帶架的非線性有限元分析[J].中國工程機械學報，2009（3）：68-72.

[3] 胡方海，王智永.履帶架三維結構拓撲優(yōu)化及ANSYS實現(xiàn)[J].煤礦機械，2009（12）：74-77.endprint