重型礦用自卸車車斗關鍵技術研究及應用.pdf

1、礦用自卸車是在露天礦山為運輸巖石、礦石或煤炭等任務而使用的一種自卸車，其運程短、承載重，常用大型電鏟或液壓鏟進行裝載，往返于采掘點和卸料點。因其外形超寬，總質(zhì)量超量，不允許在公路上行駛，所以又稱非公路自卸車。目前國內(nèi)生產(chǎn)的主流車型多在載重百噸以下，隨著近年國內(nèi)千萬噸級以上大型露天礦山的擴建，使得大噸位和超大噸位礦用自卸車的需求量不斷增加。但是目前220t級以上的重型礦用自卸車市場一直被國外公司所占領，國內(nèi)市場嚴重依賴進口或合資生產(chǎn)。進口

2、設備昂貴的價格和漫長的交貨周期，嚴重影響了我國礦業(yè)的開采成本。車斗是重型礦用自卸車的關鍵部件，在目前國內(nèi)自卸車技術不成熟的特殊條件下，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自卸車車斗具有重要的理論意義和應用價值。
　　本研究依托青島沃克礦業(yè)裝備有限公司和澳大利亞XEMPLAR Mining ServicesPTY LTD合作項目“220t以上重型礦用自卸車車斗的研究”，在廣泛收集和分析國內(nèi)外重型礦用自卸車研究相關成果的基礎上，研究具有自重輕、載重

3、大、強度高、耐磨性強、壽命長、油耗低等特點的新型車斗，以此提高國產(chǎn)自卸車的市場競爭力。分析了目前國內(nèi)主流重型自卸車車斗存在的問題，針對車斗存在的問題，依據(jù)車斗的研究目標，結(jié)合仿生學設計理念，采用等應力設計理論、車身輕量化技術、尾氣余熱余能利用技術、有限元分析、顆粒流分析等方法對車斗的設計進行了深入的研究。車斗的整體結(jié)構(gòu)成流線型，將鯨魚骨骼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架機理應用于車斗整體框架設計中以提高車斗的強度和剛度;依據(jù)等應力設計理論，將車斗側(cè)板加強筋

4、采用U型鋼變截面結(jié)構(gòu)設計，實現(xiàn)輕量化;充分利用車輛發(fā)動機尾氣的余熱余能，解決了車斗凍粘現(xiàn)象，此方法既簡單又節(jié)能環(huán)保。結(jié)合車斗的加工工藝、焊接工藝，對車斗的理想縱橫截面構(gòu)形曲線進行了深入研究。基于顆粒流方法分別對底板尾部上翹角度為4°、6°和8°模擬車斗與物料的相互作用，通過速度和平均接觸力曲線分析確定出底板尾部上翹角度為6°時最理想?；谠囼灧椒ǎ治隽饲鞍迮c底板連接為直線、圓弧、三次曲線、仿生多項式曲線時車斗的卸載狀態(tài)，試驗以舉升特定

5、角度后車斗內(nèi)物料的剩余量作為分析指標，通過舉升角度與剩余量間的關系確定出過渡曲線為仿田鼠爪趾內(nèi)輪廓曲線卸載最理想。車斗橫向截面構(gòu)形主要設計依據(jù)為抗彎截面系數(shù)Wz與截面積的比值即Wz/S，確定出橫向截面為U型，其中過渡圓弧半徑為300～500mm。
　　本文針對目前車斗物料堆積外部輪廓計算方法存在的問題，提出運用逆向工程技術，結(jié)合三維激光掃描方法準確獲得車斗內(nèi)物料分布的三維模型。以建立的物料三維實體模型為參考依據(jù)，根據(jù)散狀物料對車斗

6、作用力的研究方法，提出基于薄層單元法的分析方法，得到了車斗前板、側(cè)板和底板的壓力公式。通過對薄層單元法和庫侖朗肯土壓力方法求得的車斗各板壓力結(jié)果分析可知，薄層單元法更符合實際。通過有限元分析方法，對新型自卸車車斗的受力和變形狀態(tài)進行研究。分析結(jié)果表明:在三種典型工況下車斗的最大應力集中在車斗框架底盤與車架鉸接位置，為后續(xù)車斗結(jié)構(gòu)改進提供了參考依據(jù)。通過對露天礦自卸車車斗現(xiàn)場調(diào)查分析，總結(jié)了車斗的主要失效形式和失效原因，并分別就結(jié)構(gòu)設計和

7、焊接工藝兩方面提出了相應的改進措施。依據(jù)改進后的焊接工藝對兩種車斗板材的焊接接頭進行了軸向拉伸試驗，分析了試驗結(jié)果。同時對改進的車斗結(jié)構(gòu)在靜載、轉(zhuǎn)彎和偏載進行有限元分析，并將應力和位移分析結(jié)果與改進前進行了對比分析。結(jié)合目前現(xiàn)有的車斗耐磨方法，提出了基于“rock-box-effect”耐磨理論和仿生學耐磨理論的凸包型硬質(zhì)合金芯耐磨柱（簡稱合金柱）離散布置的耐磨技術，并對其進行了深入研究。理論分析了合金柱參數(shù)與耐磨性及舉升角間的關系，設