基于ANSYS Workbench的電機抗振性能仿真分析

湯劍 黃松海

摘要：為了進一步對礦用電動輪自卸車牽引電機進行優化設計，針對電動輪自卸車在礦山現場運行振動大這一現狀，而導致電動輪自卸車牽引電機振動大的問題。對某型號電動輪自卸車牽引電機進行了振動加速度數據采集和分析，并根據實際工況振動加速度建立仿真模型，對牽引電機的結構強度進行仿真分析驗證，得到了電動輪自卸車牽引電機的應力分布。最終確定了電機強度滿足使用要求。振動測試方法及仿真分析方法可為同類產品開發提供參考。

0引言

隨著大型露天礦山規模的不斷擴大，電動輪自卸車在礦山運輸過程中的作用越來越明顯，全世界范圍內，40%煤礦和%90%礦的開采運輸工作都是由電動輪自卸車完成的。由于礦區道路崎嶇，坑洼較多，且電動輪自卸車的體積、重量過于龐大，減振性能偏硬，使得車體振動比普通車輛更為惡劣，牽引電機作為礦車的核心動力部件，其耐振性能的好壞直接影響整車的運行穩定性和可靠性。對電動輪自卸車牽引電機進行設計時，需要以現場實際情況的振動數據為標準，對電機結構的強度、剛度進行仿真分析，保證電機強度滿足使用要求。

1振動加速度測試

為了解電動輪自卸車實際運行過程中的振動環境，需要測量不同運行工況下的加速度時間歷程數據，為后續的仿真分析提供數據支持。選取的測試對象是內蒙古某礦山某電動輪用自卸車（圖1），采集數據之前需考慮以下問題：（1）不同類型車輛的振動加速度型譜不同;（2）車輛空載、滿載時加速度型譜不同;（3）車輛行駛在不同路面上行駛的振動加速度不同;（4）測試點的位置不同也會影響振動加速度的型譜。

采用電容式三向加速度傳感器進行測量。電機安裝在電動輪車輪轂內，將加速度傳感器放置在電機上，則無法取出傳感器，還會影響到電動輪的正常運行，因此只能在主軸的前端面上安裝加速度傳感器，該測試位置靠近電機，故測量數據能真實反映電機振動情況。具體測點位置如圖所示。

礦車在滿載工況下進行測試，測試時間為1小時，礦車行駛路程約為25km，礦車在行駛過程中包含了加速、勻速、制動等工礦，路面存在著轉彎、爬坡、凹凸不平等一系列狀況。測得的振動加速度型譜如圖所示：

現場調研反映，振動加速度值較大點都出現在轉彎、爬坡、剎車、地面坑洼等工礦，對現場測得的振動加速度波形圖進行分析，得到振動加速度最大值時所對應的各項振動加速度值如下表：

2基于實際工礦振動加速度的電機強度仿真分析

電機采取了一系列措施來保證電機的整體機械結構強度，有效提高電機整體可靠性，使電機能承受大的沖擊。針對現場采集的振動加速度數據情況，通過ANSYS有限元仿真軟件對機座、端蓋的強度進行仿真分析，保證電機配套電動輪自卸車能長期工作在礦山等級道路以及碎石泥土混合、表面凹凸不平、多塵泥濘的非等級道路。

2.1模型簡化：

（1）將定子繞組、轉子用質量點代替;

（2）機座材料常數為，E=2.lell，密度為7850;（各向同性材料），屈服強度為≥345MPa。

2.2模型邊界條件

2.3仿真分析結果

對電機運行中的4種工況分別進行了計算。電機在受最大轉矩，同時受到垂向5g、軸向2.5g及橫向2.5g沖擊加速度時，機座最大應力為52.1MPa，最大變形量為0.126mm，應力值遠低于材料Q345E的屈服強度。電機強度滿足使用要求。

3結論

通過ANSYS Workbench有限元仿真，在模擬現場工況沖擊加速度的條件下，對電機的整體結構強度進行了仿真計算，計算結果能夠保證電機適應實際的沖擊振動的工作環境。