液壓支架用50 t 重型平板車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王寧寧，石 倩，楊加斌

（1.平?jīng)鲂畔⒐こ虒W(xué)校，甘肅 平?jīng)?744000；2.華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司硯北煤礦，甘肅 平?jīng)?744000）

重型平板車主要用于將大噸位液壓支架由地面運(yùn)送至工作面，使用條件受到巷道及提升容器的限制。普通通用型平板車由于存在盤面過高、裝載量小的特點(diǎn)，無法用于大噸位液壓支架的運(yùn)輸。目前我國對(duì)重型平板車的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)僅對(duì)10、15、20、25、30 t 平板車進(jìn)行了規(guī)定，為滿足崔木煤礦大型液壓支架的運(yùn)輸要求，在30 t 平板車設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)50 t 大裝載量平板車進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，目前已在煤礦中投入使用。

1 平板車技術(shù)參數(shù)

2 平板車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

采用開式輪軸結(jié)構(gòu)，便于輪軸拆卸及軸承游隙調(diào)整。軸承選用承載能力大、壽命長的圓錐滾子軸承，軸承內(nèi)蓋內(nèi)嵌，軸承外蓋凸出部分圓弧過渡，與車輪螺栓連接。

為保證車架具有足夠的強(qiáng)度，車架整體采用閉口焊接，50 t 平板車將原30 t 平板車中所使用的槽鋼框架結(jié)構(gòu)改進(jìn)為12#礦用工字鋼結(jié)構(gòu)，如圖1 所示，通過增加截面系數(shù)起到改善平板車高度的要求。另外在軸支座橫梁處增設(shè)8 個(gè)筋板，提高平板車強(qiáng)度。在固定支架的螺栓孔處鑲套，并與面板、橫梁環(huán)焊來對(duì)螺栓進(jìn)行定位。

圖1 平板車結(jié)構(gòu)圖

3 主要部件校核計(jì)算

3.1 輪壓計(jì)算

輪徑選擇與載荷系數(shù)、圓周速度、受載情況等因素有關(guān)。初定車輪直徑400 mm 進(jìn)行校核輪壓，因鋼軌頂部為弧形，故車輪接觸壓應(yīng)力按點(diǎn)接觸計(jì)算

式中：α 為系數(shù)，鋼制車輪α=4 000；Ν 為單個(gè)車輪上的承壓重量，Ν=130 217 N；Κm為動(dòng)載系數(shù)，Km=1+0.2V=1.2，V 為車輪的速度，取V=1 m/s；D 為車輪踏面直徑，D=400 mm；R 為鋼軌頂圓孤半徑，R=300 mm。

[σΤ]為許用接觸應(yīng)力，ZG 材料為ZG35SiMn 材料，車輪表面淬火硬度為HRC40-45，由于[σΤ]=1 217 MPa>σ，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 軸承強(qiáng)度校核

選用軸承型號(hào)30321，按額定動(dòng)載荷[C]=432 kN 進(jìn)行計(jì)算，考慮3 個(gè)車輪受力，每個(gè)軸承承受的最大徑向載荷

計(jì)算額定動(dòng)載荷C=（fhfp/fufT）Pm=341 778 N<[C]，因此軸承強(qiáng)度足夠。式中：fh為壽命系數(shù)按5 000 小時(shí)計(jì)算時(shí)取1.23；fp為負(fù)荷系數(shù)按中等沖擊時(shí)為1.6；fu為速度系數(shù)按n=230 r/min=230 時(shí)取0.56；fT為溫度系數(shù)按T<100℃時(shí)取1。

按額定靜載荷計(jì)算時(shí)當(dāng)量動(dòng)載荷按下列兩式計(jì)算取較大值：

P0=Fr=101 612 N，

P0=X0Fr+Y0Fa=0.5Fr+1.4Fa=103 788.6 N。

因此安全系數(shù)n0取2 時(shí)C0=n0P0=207 577<562 000，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 軸強(qiáng)度校核

45 鋼正火處理后σ=355 MPa，安全系數(shù)為1.5，[σ-1]=σs/n=236.7 MPa，選用D=135 mm，d=105 mm，均大于計(jì)算值，滿足強(qiáng)度要求。

3.4 軸有限元分析

軸在集中力作用下發(fā)生彎曲變形，為確保軸對(duì)塑性變形具有足夠抵抗能力，利用ANSYS Workbench對(duì)軸進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，同時(shí)軸支座中間部分的梁承受剪力，進(jìn)行了剪力校核。軸材料設(shè)置為45優(yōu)質(zhì)鋼，彈性模量E=2.09e11，泊松比v=0.28，密度ρ=7.89e3kg/m3，梁單元選用BEAM188。在DM 窗口構(gòu)造節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建幾何模型，網(wǎng)格劃分采用默認(rèn)網(wǎng)格，對(duì)圖1、圖2 中的D 點(diǎn)、E 點(diǎn)分別施加垂直集中載荷P=341 226 N，輪軸的組合應(yīng)力云圖、剪力云圖如圖3、圖4所示。

圖2 輪軸受力模型

根據(jù)數(shù)值模擬分析結(jié)果，軸最大組合應(yīng)力發(fā)生在集中力施加位置，由于軸不受軸向力，則最大彎曲應(yīng)力即為最大組合應(yīng)力2.17×108Pa，2.17×108Pa<2.36×108Pa，符合強(qiáng)度要求。

軸最大剪力在最小截面處，軸許用剪切應(yīng)力[τ]=（0.6～0.8）[σ]=142～188 MPa，軸剪切應(yīng)力τ=39.42 MPa<[τ]，符合剪力強(qiáng)度要求。

4 結(jié)束語

綜采設(shè)備生產(chǎn)能力的提高促進(jìn)了重型液壓支架的廣泛使用，必須保證液壓支架運(yùn)輸?shù)陌踩⒎奖恪Ｒ簤褐Ъ苡?0 t 重型平板車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，盤面低，滿足井下運(yùn)輸條件。50 t 重型平板車通過在崔木煤礦的投入使用，目前運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好能滿足使用要求，具有廣闊使用前景。