矿洞用井下装载机矿用铲车

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矿井装载机工作装置的分析
   1.工作装置的结构 
工作装置由铲斗、动臂、横梁、支撑、摇臂、拉杆等组成。各构件之间由铰销联接，有相对转动。为了增强摇臂、支撑的刚度，在摇臂及支撑之间有筋板连接，在计算时，可以将其视为一体。动臂上铰点与矿井装载机前车架铰接，中部铰点与举臂油缸铰接；摇臂上铰点与翻斗油缸铰接。用MARC对其做有限元静力分析中，认为工作装置各铰接处没有相对转动。动臂是工作装置的主要受力部件，其截面形状为矩形；又因其长、宽方向远大于厚度方向，故可以用板壳元对动臂进行离散。横梁截面为箱形，为焊接结构。摇臂和支撑也是焊接结构，其焊接板的截面均为矩形。考虑各构件的厚度远小于其它两个方向的厚度，可以认为均为板类零件。 
   2.结构受力与破坏特征 
矿井装载机整体结构为对称结构。分析矿井装载机插入、铲起、举升、卸载等的作业过程可知，矿井装载机载初铲时，工作装置受力大。在整个工作过程中受到的外界载荷为不变载荷，主要是物料的重量以及机构自重。由于物料种类和作业的条件不同，矿井装载机工作时铲斗切削刃并非均匀受载，一般可以简化为两种极端情况：（1）认为载荷沿切削刃均匀分布，并以作用在铲斗切削刃中点的集中载荷来代替均布载荷，称其为对称受载情况；（2）非对称受载情况，由于铲斗偏铲、料堆密集情况不均，使载荷偏于铲斗一侧，通常将其简化为集中载荷作用在铲斗边缘的斗齿上。这两种处理方法都是偏于安全的。当结构受力超过其极限载荷，材料发生塑性变形直至开裂（焊接部位）或断裂。 
   3.有限元模型的建立及边界条件 
工作装置作为矿井装载机的主要工作部件，强度和刚度必须有充分的保证。根据工作装置的结构特征，建立起与其对应的有限元模型。 
   4.矿井装载机是工程机械的主要机种之一，广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。国外矿井装载机发展迅速，而我国矿井装载机在设计上存在很多问题，其中主要集中在可靠性、结构设计强度等方面[1,2]。由于采取“类比试凑”等设计方法在一定程度上存在盲目性，容易形成设计中的“人为”应力集中点，造成机构整体强度的削弱甚至破坏。按这种设计生产出的产品，外观上看上去很强壮、刚性很好，但却有内在的设计缺陷，使用过程中常因工作装置结构强度等原因，产生开焊、甚至断裂等破坏，致使工作装置报废，造成重大经济损失。 
本文将以矿井装载机为例，建立有限元模型，在典型工况下用MARC软件进行静态结构分析，获得工作装置整体的应力及变形分布。其结论对该种结构的优化设计有一定的指导意义。 
 矿井装载机由于新机器零部件加工、装配和调整等因素的影响，其摩擦表面粗糙，配合面接触面积小，表面的承压状况不均。机器在运行过程中，零件表面的凹凸部分相互嵌合摩擦，磨落下来的金属碎屑又作为磨料继续参与摩擦，更加速了零件配合表面的磨损。因此，磨合期内容易造成零部件的磨损，磨损速度快。这时，如果超负荷作业，则可能导致零部件的损坏，产生早期故障。

      磨合期是保证矿井装载机正常运转、降低故障率、延长其使用寿命的重要环节。但目前，部分用户由于缺乏矿井装载机使用常识或是因为工期紧、或是想尽快获得收益而忽视新机磨合期的特殊技术要求。有的用户甚至认为，反正厂家有包修期，机器坏了由厂家负责维修，于是机器在磨合期内就长时间超负荷使用，导致机器早期故障频繁发生，这不仅影响了机器的正常使用、缩短了机器的使用寿命，而且还因为机器损坏影响了工程进度。