防爆铲运车用柴油机前后支承的有限元分析与优化设计

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煤 炭 工 程 2013年第9期doi： 10．11799／ce2013O9O43防爆铲运车用柴油机前后支承的有限元分析与优化设计王 晓(中国煤炭科工集团 太原研究院，山西 太原 030006)摘 要：针对矿用防爆铲运车在煤矿井下工作时出现的防爆柴油机安装支承断裂现象，文章采用有限元分析软件 ANSYS结合防爆柴油机支承的结构特点与承栽特点进行建模，并对模型进行计算仿真得出防爆柴油机支承振动模态和各工况下的应力云图。并以此为据对防爆柴油机支承进行优化改进。同时也为其它的同类运输设备问题的解决和设计改进提供有益的参考。

关键词：防爆铲运车；防爆柴油机；有限元分析；模态；优化设计中图分类号：TH133．33 文献标识码：B 文章编号：1671—0959(2013)09-128-2防爆柴油机是防爆铲运车的 “心脏”，因此防爆柴油机的布置对防爆铲运车的性能和可靠性有很大的影响。为了能够充分利用防爆柴油机本身的自重，增加防爆铲运车铲斗的插入力和整机的稳定性 ，通常将防爆柴油机布置在防爆铲运车的后机架上 ，并且用防爆柴油机前后支承固定。

由于防爆铲运车井下工作环境非常恶劣 ，因此防爆柴油机前后支承的强度和刚度需要有较高的安全系数，避免防爆铲运车工作时，整机的频繁颠簸与冲击使防爆柴油机惯性力很大，从而导致防爆柴油机前后支承发生变形和断裂。

近几年，各煤矿陆续反映国产防爆铲运车防爆柴油机前后安装支承发生突然断裂的现象，从而导致防爆柴油机损坏，甚至发生拉坏后机架导致整机停机的现象 ，严重影响了煤矿的正常生产。此现象引起 了煤矿和生产厂家高度重视。因此，各公司都在积极的组织研发人员进行分析研究，寻求彻底解决此现象的方案。

1 防爆柴油机前后支承载荷分析当防爆铲运车在井下工作时 ，由于井下路面非常恶劣，使得铲运机经常需要刹车，此时防爆柴油机的前后支承承受着很大的惯性力。因为防爆柴油机在铲运车上采用四点支承，且前后左右对称 ，所以假设前后支承承载相同，由此得出前后支承惯性力为 ：F： mn (1)式中 m——防爆柴油机总质量，kg；Ⅱ——惯性加速度，m／s 。

防爆铲运车工作时，舒适性非常差，这是由于防爆铲运车整机的振动造成的，而防爆柴油机对整机的激励是振动的主要原因之一。而由此造成的疲劳损坏也是导致后机架破坏的原因之一，这就需要研究前后支承的振动特性，进行动力学分析。

2 有限元模型的建立本文首先用三维建模软件 Solidwo~s建立如图 1和图 2所示的防爆柴油机前、后支承三维实体模型。然后另存为X
— t格式的中间体文件导入有限元分析软件 ANSYS中进行网格划分，生成如图 3和图 4所示的前、后支承有限元模型图。最后进行约束加载，对前、后支承底板下部加全约束 ，对侧面的4个孔施加相应的载荷。

■图 1 前支承实体模型图 图2 后支承实体模型图3 防爆柴油机前后支承模态分析防爆柴油机前、后支承的模态分析主要是为了计算出支承本身的固有频率和振型。对上述所生成的前、后支承有限元模型进行仿真计算得出防爆柴油机前、后支承的前 6阶固有频率 (见表 1)。从表 1中可知第 6阶固有频 率为119．6Hz，远远低于防爆柴油机的工件频率 260～340Hz(由防爆柴油机生产厂家提供)，因此不会产生共振现象，所以收稿日期：2012—12—26作者简介：王 晓(1981一)，山西潞城人，工程师，硕士毕业于中北大学动力机械及工程专业 ，现在中国煤炭科工集团太原研究院从事煤矿井下无轨辅助运输设备的研究与设计工作。

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