基于ANSYS的1t固定车箱式矿车轻型化研究

摘要

矿车属于标准窄轨车辆,主要用来装载煤炭(矿石)或矸石,以及其他散状物料,是矿山生产中必不可少的运输车辆。矿车本身属无动力车辆,在矿山所使用的矿车主要有两种方式,一种是用电机车牵引一组矿车在平巷轨道上运行,另一种是用绞车牵引一串矿车在倾斜的井筒中或巷道中的轨道上运行。由于绞车钢丝绳钩头能力以及电机车牵引力等的限制,所能牵引的矿车数量是有限的。因此,在矿车载重一定的前提下,矿车自重越大,所能牵引的矿车数量越少,机车或串车运输、提升能力越小,运输、提升效率越低。显然,对矿车进行轻型化研究具有重大的实用意义。
　　 本文以1t固定车箱式矿车为研究对象,通过对矿车自重及其重心位置对其运行特性的影响分析,提出了矿车轻型化方案。以轴的轻型化为研究内容,根据矿车典型运行工况轴的受力特征,运用ANSYS软件建立矿车车轴的三维有限元分析模型,分别进行了实心轴、整体空心轴和局部空心轴的应力和变形分析,在满足强度和刚度的前提下,给出了空心段轴的最佳内径,对轴的轻型化实用设计提供参考。以车箱的轻型化为研究内容,根据矿车典型运行工况车箱的受力特征,分别通过减小原车箱壁厚并进行局部加强和材料替换法来实现车箱的轻型化。运用ANSYS软件分别建立了原Q235材料和替换后的16Mn材料矿车车箱的三维有限元分析模型,分析了车箱的应力分布规律及变形情况,确定了16Mn材料矿车车箱的合理壁厚,以及减薄后Q235材料车箱强度和刚度的加强方式以及需要加强的部位,并对加强后的车箱进行了强度和刚度校核,为车箱的轻型化实用设计提供参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 矿车的用途及主要技术经济指标

1.2 矿车轻型化的意义

1.3 国内外高强轻质材料研究现状、水平和在矿山的应用

1.4 关于矿车的相关研究

1.5 研究内容、目的和意义

1.6 本章小结

第2章 1t固定车箱式矿车的结构及主要特征参数

2.1 1t固定车箱式矿车结构概述及基本部件

2.2 1t固定车箱式矿车的主要特征参数

2.2.1 矿车的主要参数

2.2.2 矿车的主要尺寸

2.2.3 1t固定车箱式矿车的主要特征参数及尺寸

2.3 本章小结

第3章 矿车运行状态及受力分析

3.1 电机车牵引矿车在平巷轨道上运行的工况及受力分析

3.1.1 启动加速状态

3.1.2 匀速运行状态

3.1.3 惯性减速或制动减速状态

3.2 绞车牵引串车沿斜井(或斜巷)轨道运行的工况及受力分析

3.2.1 纹车牵引重串车沿斜井(或斜巷)轨道上坡启动运行

3.2.2 绞车牵引重串车沿斜井(或斜巷)轨道匀速上提

3.2.3 绞车牵引重串车沿斜井(或斜巷)轨道减速上提

3.3 斜井(或斜巷)跑车受阻时矿车受力分析

3.4 几种工况矿车受力比较

3.5 本章小结

第4章 矿车质量及其质心位置对运行特性的影响分析

4.1 矿车质量对矿车使用经济性的影响分析

4.1.1 大巷电机车运输时车组中的矿车数

4.1.2 斜井(或斜巷)串车提升时车组中的矿车数

4.1.3 矿车质量对矿车使用经济性的影响分析

4.2 矿车质量对运行稳定性的影响分析

4.2.1 单车的横向稳定性

4.2.2 斜井(或斜巷)跑车受阻时矿车的纵向稳定性

4.2.3 绞车牵引矿车沿斜井(或斜巷)轨道上行纵向稳定性

4.2.4 矿车质量对运行稳定性的影响分析

4.3 矿车质量对几种工况下碰撞特性的影响分析

4.3.1 矿车质量对矿车之间碰撞力的影响分析

4.3.2 矿车质量对矿车与刚性车挡碰撞力与碰撞时间分析

4.4 矿车质量对车体振动特性的影响分析

4.5 固定车箱式矿车轻型化途径分析

4.6 本章小结

第5章 1t固定车箱式矿车车轴的轻型化研究

5.1 矿车轴常规设计理论

5.1.1 车轴受力分析

5.1.2 车轴受力叠加计算法

5.1.3 车轴受力当量负荷计算法

5.1.4 车轴计算方法的比较与选择

5.2 1t固定车箱式矿车车轴的减重方案

5.2.1 车轴的强度分析及减重方案

5.2.2 整体空心轴或局部空心轴内径的确定

5.3 基于ANSYS的矿车轴有限元模型的建立与分析

5.3.1 有限元法及ANSYS软件简介

5.3.2 实心轴有限元模型的建立及应力和变形求解

5.3.3 整体空心轴及局部空心轴有限元模型的建立及求解

5.3.4 实心轴、整体空心轴及局部空心轴强度刚度对比分析

5.3.5 动载荷对三种轴的强度和刚度的影响分析

5.3.6 整体空心轴、局部空心轴减重效果分析

5.4 车轴轻型化讨论

5.5 本章小结

第6章 1t固定车箱式矿车车箱的轻型化研究

6.1 1t固定车箱式矿车典型工况车箱受力计算

6.1.1 电机车牵引重车组上坡加速运行时车箱受力计算

6.1.2 电机车牵引重车组制动减速运行时车箱受力计算

6.1.3 绞车牵引重车组启动加速运行时车箱受力计算

6.2 Q235材料车箱有限元分析及减重方案

6.2.1 Q235材料车箱强度和刚度的有限元分析

6.2.2 Q235材料车箱减重方案

6.2.3 材料性能简介

6.3 1t固定车箱式矿车减重设计及有限元分析

6.3.1 Q235材料车箱减薄壁厚及局部加强有限元分析

6.3.2 16Mn材料车箱减薄壁厚及局部加强有限元分析

6.3.3 两种材料车箱的有限元结果比较分析

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

致谢

参考文献

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