新型矿车减速器壳体有限元分析及测试验证

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摘要：矿车减速器壳体为整车车重的承力部件，其强度关系到整车的安全可靠性。笔者针对某型矿车减速器壳体进行了有限元分析，并在实际工况中进行了应力测试。结果表明，应力有限元分析结果为72.465 MPa，应力测试结果为75.64 MPa，有限元分析与实际测试结果相差仅为4.2%，有限元分析可以作为矿车强度校核的可靠工具。

关键词：减速器壳体有限元分析应力测试

中图分类号：TB663 文献标识码：A

0引言

矿车作为连采机的主要后配套运输设备，具有十分重要的地位。其减速器具有传动、转向和支撑三种功能，结构紧凑、工艺复杂、制造难度大。减速器壳体为整车车重的承力部件，其强度关系到整车的能否安全运行，对生产有着重要的影响[1]。

随着现代的信息技术的快速发展，有限元分析越来越广泛的应用，但正确的应用有限元分析软件并能够得到正确分析结果，现今依然是广大技术人员需要严肃认真对待的课题。传统的测试方法恰恰能够检验有限元分析结果，提高有限元分析的可信度，反过来，有限元分析能够大大减少测试次数，避免大量的人力和物力的消耗，通过有限元分析和测试的有机结合能够为工程设计提供强有力的支持。现对减速器壳体有限元分析和应力测试，为其提供结构强度校核提供用依据。

1减速器壳体有限元分析

1.1减速器壳体模型与网格划分

减速器壳体采用铸钢材料，屈服极限为310MPa[2]，弹性模量：2e11，泊松比：0.3；采用以六面体为主的网格单元，网格大小为0.01m，单元类型：Solid。网格划分如图1所示；

1.2边界条件

正常的工况下每个轮减速器壳体承担为90000N的整车重力，在最恶劣的工况下，按照1.5倍的冲击载荷计算每个减速器壳体承担为135000N的冲击载荷加载在耳子孔B处，同时上耳子C处受到向内的压力为48561N，同时下耳子D处受到向外的拉力为48561N，在止口A处施加固定约束，减速器壳体边界条件如图2：

1.3计算结果

轮边减速器壳体受力时应力分布云图3所示：

仿真结果分析：实际最大值出现在上臂与主壳体的连接处，应力测量点处的应力为72.465 MPa。

2减速器壳体应力测试

2.1测试方案

应力测试系统图如下；

如图5所示在减速器耳子边缘采用三片应变花进行测量，分别测量0度；45度；90度三个方向的应变信号[3]，三个角度的定义： 0度定义为车长度方向；90度定义为测量平面内和0度垂直的方向；45度定义为在0度和90度的等分线方向。典型的应变片电阻值为120Ω、350Ω和1000Ω[4]，本实验选用电阻值在120±2Ω范围内的应变片，实验中要测定试件的中心点的轴向应变，为达到上述要求，对于钢构件，要在试件上用钢板尺和划针画一个十字线(一根长，一根短)，十字线的交叉点对准测点位置，较长的一根线要与应变测量方向一致。将应变片粘贴好并把导线固定好后，用兆欧表(测量大电阻的专用仪器)检查应变片与试件之间的绝缘电阻，最后，用白乳胶做好防潮处理（见照片）。在测试应变信号的时候，将应变片的引出导线与MDR连接。并进行相关参数的设置。

2.2应变测量

对于复杂应力状态下，需要进行应变花分析计算[5]。对于直角形应变花，其计算方法如下：

其中， 分别表示0度，45度和90度三个方向上的应变；分别表示最大最小主应力；表示最大剪应力； 表示最大主应力与 之间的夹角。

测试的后处理软件采用公式1的计算方法，提供了应变化计算应力的功能。通过输入应变化对应传感器的应变值，就可以求出最大最小应力，最大剪应力，以及最大主应力与粘贴的0度应变片之间的夹角。表1表达了在不同工况下减速器壳体应力测试的结果。

3.结论

应力测试中减速器壳体连接孔附近的测点值为75.64 MPa与有限元分析的72.465MPa相差4.2%，由此可以看出实际测试与计算相差不大，有限元分析前的假设可以认为是正确的，分析的结果是可信的，因此认有限元分析可以为矿车的强度校核提供了可靠的工具。

参考文献

[1]Bayer, A.K.; Nienhaus, K. and Dangela, M.; Business as usual? Results of Global Continuous Miner & Bolter Miner Census 2008[J]. Glückauf,2009,145(7/8)：390-395

[2]康鹏 新型矿车转向机构受力分析与改进[J]．煤矿机械，2011，32（5）：168-169

[3] 温洁明；陈家权；沈炜良 水轮发电机转子支架有限元分析及应力试验[J]．机械工程师，2007，（3）：61-63

[4]Ernest O. Doebeion Measurement system application and design[M]．beijing：Publishing House of Electronics Industry，2007

[5]刘迎春；叶湘滨 传感器原理设计与应用[M]．长沙：国防科技大学出版社，2004