重型礦用自卸車車斗關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、礦用自卸車是在露天礦山為運(yùn)輸巖石、礦石或煤炭等任務(wù)而使用的一種自卸車，其運(yùn)程短、承載重，常用大型電鏟或液壓鏟進(jìn)行裝載，往返于采掘點(diǎn)和卸料點(diǎn)。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(jí)以上大型露天礦山的擴(kuò)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(jí)以上的重型礦用自卸車市場(chǎng)一直被國外公司所占領(lǐng)，國內(nèi)市場(chǎng)嚴(yán)重依賴進(jìn)口或合資生產(chǎn)。進(jìn)口

2、設(shè)備昂貴的價(jià)格和漫長的交貨周期，嚴(yán)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(guān)鍵部件，在目前國內(nèi)自卸車技術(shù)不成熟的特殊條件下，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自卸車車斗具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)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(xiàng)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(guān)成果的基礎(chǔ)上，研究具有自重輕、載重

3、大、強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)、壽命長、油耗低等特點(diǎn)的新型車斗，以此提高國產(chǎn)自卸車的市場(chǎng)競(jìng)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(duì)車斗存在的問題，依據(jù)車斗的研究目標(biāo)，結(jié)合仿生學(xué)設(shè)計(jì)理念，采用等應(yīng)力設(shè)計(jì)理論、車身輕量化技術(shù)、尾氣余熱余能利用技術(shù)、有限元分析、顆粒流分析等方法對(duì)車斗的設(shè)計(jì)進(jìn)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(jī)理應(yīng)用于車斗整體框架設(shè)計(jì)中以提高車斗的強(qiáng)度和剛度;依據(jù)等應(yīng)力設(shè)計(jì)理論，將車斗側(cè)板加強(qiáng)筋

4、采用U型鋼變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)輕量化;充分利用車輛發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)車斗的理想縱橫截面構(gòu)形曲線進(jìn)行了深入研究?；陬w粒流方法分別對(duì)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(shí)最理想。基于試驗(yàn)方法，分析了前板與底板連接為直線、圓弧、三次曲線、仿生多項(xiàng)式曲線時(shí)車斗的卸載狀態(tài)，試驗(yàn)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(biāo)，通過舉升角度與剩余量間的關(guān)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(shè)計(jì)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(duì)目前車斗物料堆積外部輪廓計(jì)算方法存在的問題，提出運(yùn)用逆向工程技術(shù)，結(jié)合三維激光掃描方法準(zhǔn)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(shí)體模型為參考依據(jù)，根據(jù)散狀物料對(duì)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(duì)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(shí)際。通過有限元分析方法，對(duì)新型自卸車車斗的受力和變形狀態(tài)進(jìn)行研究。分析結(jié)果表明:在三種典型工況下車斗的最大應(yīng)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(jìn)提供了參考依據(jù)。通過對(duì)露天礦自卸車車斗現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)和

7、焊接工藝兩方面提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。依據(jù)改進(jìn)后的焊接工藝對(duì)兩種車斗板材的焊接接頭進(jìn)行了軸向拉伸試驗(yàn)，分析了試驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)對(duì)改進(jìn)的車斗結(jié)構(gòu)在靜載、轉(zhuǎn)彎和偏載進(jìn)行有限元分析，并將應(yīng)力和位移分析結(jié)果與改進(jìn)前進(jìn)行了對(duì)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(xué)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(shù)，并對(duì)其進(jìn)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(guān)系，設(shè)