摘 要

结合纯电动井下指挥车的工作环境与使用需求，本文设计出一款具备良好承载能力和安全可靠的纯电动井下指挥车车架。

本文首先根据车架设计的要求，结合纯电动井下指挥车的实际参数，对车架进行选型以及结构设计。然后，再对车架纵梁的主要截面进行强度和刚度校核，从而初步确定车架的参数。

基于车架的参数，本文使用CATIA软件建立纯电动井下指挥车车架的三维模型并将其导入到Hypermesh软件利用它的网格划分功能建立车架的有限元模型。在此基础上，利用CAE分析技术对纯电动井下指挥车车架在弯曲、制动和扭转工况下的强度和刚度进行计算，分析车架在这几种工况下应力和变形的最大值及其出现的位置。最后，根据分析的结果对纯电动井下指挥车车架设计不合理的地方进行优化。

关键词：纯电动井下指挥车；车架设计；CAE分析

Abstract

Combined with the working environment and application demand of the pure electric underground command vehicle,this paper designs a pure electric underground command vehicle frame with good carrying capacity,safety and reliability.

According to the requirements of frame design and actual parameters of pure electric underground command vehicle,this paper selects and designs frame structure.Then checking the strength and rigidity of the main section of the longeron,so as to initially determine the parameters of the pure electric underground command vehicle frame.

Based on the parameters of the frame,this paper uses CATIA software to establish three-dimensional pure electric underground command vehicle frame model and imports it to Hypermesh software to use its meshing function to build the finite element model of the frame.On this basis,the CAE analysis technique is used to calculate the strength and rigidity of the pure electric underground command vehicle frame under bending,braking and torsion conditions.Then analyze the maximum value of the stress and deformation of the frame under these conditions and its position.Finally,according to the results of the analysis of pure electric underground command vehicle frame,this paper optimizes the unreasonable design.

Key words: pure electric underground command vehicle;framedesign;the CAE analysis technique

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景、目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3课题研究内容和预期目标 2

第2章 纯电动井下指挥车车架设计 4

2.1 纯电动井下指挥车整车参数 4

2.2车架形式的选择 4

2.2.1车架形式的介绍 4

2.2.2纯电动井下指挥车车架形式的选择 5

2.3 车架的结构设计 6

2.3.1车架宽度的确定 6

2.3.2车架纵梁形式的确定 6

2.3.3 车架横梁形式的确定 7

2.3.4车架纵梁与横梁连接形式的确定 7

2.4 各部件支架及支架与纵梁连接的确定 8

2.5车架材料的选择 9

2.6 车架强度的初步校核 9

2.6.1 受力分析 9

2.6.2纵梁的弯矩计算 10

2.6.3纵梁截面特性计算 11

2.6.4弯曲应力的计算 11

2.7 车架刚度的初步校核 12

2.7.1 车架纵梁抗弯刚度的校核 12

2.7.2 车架的扭转刚度 12

2.8本章小结 12

第3章 纯电动井下指挥车车架三维模型与有限元模型的建立 13

3.1 车架三维建模 13

3.2车架有限元建模 13

3.2.1有限元模型的前处理 14

3.2.2网格划分 15

3.2.3网格质量检查 16

3.2.4模拟连接 16

3.2.5材料特性 16

3.3本章小结 17

第4章 纯电动井下指挥车车架有限元分析及优化设计 18

4.1车架有限元模型载荷分配和重心情况 18

4.2加载处理 18

4.3悬架模拟 18

4.4车架满载弯曲工况分析 19

4.4.1边界约束与加载 19

4.4.2满载弯曲工况结果分析 19

4.5车架满载制动工况分析 21

4.5.1边界约束与加载 21

4.5.2满载制动工况结果分析 21

4.6车架满载扭转工况分析 23

4.6.1边界约束与加载 23

4.6.2满载扭转工况结果分析 23

4.7纯电动井下指挥车车架优化设计 25

4.8本章小结 28

第5章 结论 29

5.1全文总结 29

5.2展望 29

致谢 30

参考文献 31

第1章 绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

目前，由于政府对于井下运输的投入的增加及其自身受关注度的提高，无轨辅助运输得到了迅速的发展^[1]。然而当前的无轨辅助运输工艺体系内缺少一种用于井下工作指导、领导视察和紧急救援的井下指挥车^[2]。同时，煤矿人员对于井下指挥车的要求也越来越高。现有的井下指挥车大多采用防爆柴油机驱动，尽管它具有灵活的机动性、运行速度快、续航时间长等优点，但在实际的使用过程中也有许多缺点存在^[3]。首先，发动机以柴油为燃料会造成的能源消耗；其次，在狭窄又难以通风的井下，柴油发动机排放的有害气体会对井下人员的健康造成威胁；另外，柴油发动机的噪声也会对井下人员的工作产生不利影响。而以蓄电池为动力的纯电动井下指挥车能够节约能源同时还能基本实现零污染、零噪声。因此，为了改善井下人员的工作环境，实现节能减排，需要不断加大对纯电动井下指挥车的研发设计工作^[3]。对于纯电动井下指挥车而言，其车架不仅是电机、电池组和电控箱等部件的装配基体，还要承受各种载荷，所以车架设计是纯电动井下指挥车的研发设计工作中的重要一环^[4]。

本课题就是根据如上所述的背景提出来的，目的是按照车架设计的基本步骤和要求，设计出具备足够强度和刚度，同时能够保证车辆通过性的纯电动井下指挥车车架^[4]。然后，运用CAE分析技术作为车架设计的辅助工具对纯电动井下指挥车车架进行校核，以便及时对设计不合理的地方进行修改。从而缩短车架设计的时间并且使得车架结构更为合理，使强度设计更为准确、可靠^[5]。