详情

原文传递重型矿用自卸车车斗关键技术研究及应用

论文题名：	重型矿用自卸车车斗关键技术研究及应用
关键词：	重型汽车;矿用自卸车;车斗结构;车辆设计
摘要：	矿用自卸车是在露天矿山为运输岩石、矿石或煤炭等任务而使用的一种自卸车，其运程短、承载重，常用大型电铲或液压铲进行装载，往返于采掘点和卸料点。因其外形超宽，总质量超量，不允许在公路上行驶，所以又称非公路自卸车。目前国内生产的主流车型多在载重百吨以下，随着近年国内千万吨级以上大型露天矿山的扩建，使得大吨位和超大吨位矿用自卸车的需求量不断增加。但是目前220t级以上的重型矿用自卸车市场一直被国外公司所占领，国内市场严重依赖进口或合资生产。进口设备昂贵的价格和漫长的交货周期，严重影响了我国矿业的开采成本。车斗是重型矿用自卸车的关键部件，在目前国内自卸车技术不成熟的特殊条件下，研发具有自主知识产权的自卸车车斗具有重要的理论意义和应用价值。　　本研究依托青岛沃克矿业装备有限公司和澳大利亚XEMPLAR Mining ServicesPTY LTD合作项目“220t以上重型矿用自卸车车斗的研究”，在广泛收集和分析国内外重型矿用自卸车研究相关成果的基础上，研究具有自重轻、载重大、强度高、耐磨性强、寿命长、油耗低等特点的新型车斗，以此提高国产自卸车的市场竞争力。分析了目前国内主流重型自卸车车斗存在的问题，针对车斗存在的问题，依据车斗的研究目标，结合仿生学设计理念，采用等应力设计理论、车身轻量化技术、尾气余热余能利用技术、有限元分析、颗粒流分析等方法对车斗的设计进行了深入的研究。车斗的整体结构成流线型，将鲸鱼骨骼系统结构框架机理应用于车斗整体框架设计中以提高车斗的强度和刚度;依据等应力设计理论，将车斗侧板加强筋采用U型钢变截面结构设计，实现轻量化;充分利用车辆发动机尾气的余热余能，解决了车斗冻粘现象，此方法既简单又节能环保。结合车斗的加工工艺、焊接工艺，对车斗的理想纵横截面构形曲线进行了深入研究。基于颗粒流方法分别对底板尾部上翘角度为4°、6°和8°模拟车斗与物料的相互作用，通过速度和平均接触力曲线分析确定出底板尾部上翘角度为6°时最理想。基于试验方法，分析了前板与底板连接为直线、圆弧、三次曲线、仿生多项式曲线时车斗的卸载状态，试验以举升特定角度后车斗内物料的剩余量作为分析指标，通过举升角度与剩余量间的关系确定出过渡曲线为仿田鼠爪趾内轮廓曲线卸载最理想。车斗横向截面构形主要设计依据为抗弯截面系数Wz与截面积的比值即Wz/S，确定出横向截面为U型，其中过渡圆弧半径为300～500mm。　　本文针对目前车斗物料堆积外部轮廓计算方法存在的问题，提出运用逆向工程技术，结合三维激光扫描方法准确获得车斗内物料分布的三维模型。以建立的物料三维实体模型为参考依据，根据散状物料对车斗作用力的研究方法，提出基于薄层单元法的分析方法，得到了车斗前板、侧板和底板的压力公式。通过对薄层单元法和库仑朗肯土压力方法求得的车斗各板压力结果分析可知，薄层单元法更符合实际。通过有限元分析方法，对新型自卸车车斗的受力和变形状态进行研究。分析结果表明:在三种典型工况下车斗的最大应力集中在车斗框架底盘与车架铰接位置，为后续车斗结构改进提供了参考依据。通过对露天矿自卸车车斗现场调查分析，总结了车斗的主要失效形式和失效原因，并分别就结构设计和焊接工艺两方面提出了相应的改进措施。依据改进后的焊接工艺对两种车斗板材的焊接接头进行了轴向拉伸试验，分析了试验结果。同时对改进的车斗结构在静载、转弯和偏载进行有限元分析，并将应力和位移分析结果与改进前进行了对比分析。结合目前现有的车斗耐磨方法，提出了基于“rock-box-effect”耐磨理论和仿生学耐磨理论的凸包型硬质合金芯耐磨柱（简称合金柱）离散布置的耐磨技术，并对其进行了深入研究。理论分析了合金柱参数与耐磨性及举升角间的关系，设计了合金柱试板磨料磨损试验。试验采用三因素三水平正交设计，实验结果表明合金柱间距越小，耐磨性就越高;芯部硬质合金的直径越大，耐磨性越高。最后基于遗传算法对自卸车车斗的轻量化问题进行了研究，建立了车斗优化问题的数学模型，并同强度等代理论方法设计的车斗尺寸进行了对比分析。
作者：	郝妮妮
专业：	机械电子工程
导师：	于岩
授予学位：	博士
授予学位单位：	山东科技大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文