基于有限元的600t轉運小車仿真計算分析

陳 剛，黃玉麟

（江蘇省特檢院常州分院，江蘇常州 213016）

0 引言

600 t 轉運小車主要用于大中型變形器運轉，因為轉運場地工況復雜，需要結構緊湊、性能可靠、維修方便等特點。通過有限元來進行建模，加載，優化設計，主要計算最大工況的情況（加載660 t），對車架，均衡架，車輪進行有限元分析，比對設計許用應力值，優化設計。600t 轉運小車如圖1 所示。

圖1 600 t 轉運小車

1 600 t 轉運小車的建模技術

ANSYS 的Workben 是美國ANSYS 公司的專業化有限元計算軟件一種新組件，近幾年在結構力學方面越來越廣范。應用ANSYS 軟件進行有效建模、實體加載、受力約束，由于本次主要為非規則體的箱體結構，故在Workbench 軟件中用線體建模，并用實體建模的方法來計算。

2 車架體強度有限元計算分析

該車架體為焊接件，材料為Q345B。車架體1/2 有限元模型如圖2 所示。

圖2 車架體1/2 有限元模型

（1）計算工況：固定車架體底端，對車架體整個臺面均布加載660 t 壓力，然后進行靜力分析。

（2）材料屬性：彈性模量E=206 GPa，切向模量ET=79 GPa，屈服應力σ1=345 MPa，泊松比為0.28。

（3）靜力分析結果

車架體計算云圖如圖3 所示。

由圖3 可知應力主要集中在車架體中間橫梁上，其中最大應力集中在牽引孔處，為193.3 MPa。下中間板與兩側焊接處的應力最大。

由圖4 可知去掉牽引孔處應力的局部計算云圖中，車架體其他部分應力集中如圖中圓圈處所示。

3 均衡架強度有限元計算分析

均衡架為焊接件，材料為Q345B。均衡架有限元模型如圖5所示。

（1）計算工況：固定均衡架底端，對均衡架兩端每個孔面加載40 t 壓力，然后進行靜力分析。

（2）材料屬性：彈性模量E=206 GPa，切向模量ET=79 GPa，屈服應力σ1=345 MPa，泊松比為0.28。

（3）靜力分析結果

由圖6 和圖7 可知應力主要集中在均衡架兩端碟簧安裝孔端面附近以及底橫板與軸承座焊接處，其中孔端面下筋板與孔端面底部焊接處以及底橫板與軸承座焊接處的應力最大，為124.3 MPa。

4 輪軌接觸應力有限元計算

4.1 材料屬性（表1）

4.2 有限元模型（圖8）

4.3 靜力分析結果

輪軌接觸等效應力，輪軌接觸應力仿真數值如圖9 所示，載荷為78 t 時，Φ700/QU120 輪軌接觸等效應力最大為718 MPa。

車輪Von Mises 等效應力仿真數值如圖10所示，載荷為78 t 時，車輪Von Mises 等效應力最大為718 MPa。

鋼軌Von Mises 等效應力仿真數值如圖11所示，載荷為78 t 時，鋼軌Von Mises 等效應力最大為637 MPa。

圖3 車架體計算云圖

圖4 車架體局部計算云圖

圖5 均衡架有限元模型

圖6 均衡架計算云圖

圖7 均衡架1/2 計算云圖

表1 材料屬性

圖8 輪軌有限元模型

圖9 輪軌接觸Von Mises 等效應力

圖10 車輪Von Mises 等效應力

圖11 鋼軌Von Mises 等效應力

5 結束語

利用有限元的方法對車架進行結構分析，從分析結果來看，工況下的最大應力均滿足要求，該車的車架設計比較安全。從分析結果來看，孔端面下筋板與孔端面底部焊接處應力比較大，同時這里也是焊接件焊縫集中處，要盡量避免應力集中，做好焊后焊接應力消除。以防止車架變形或疲勞斷裂的現象。分析結果也可為車架的結構改進和優化提供理論依據。