轴重对异型轨的力学特性研究分析

孙传旗 桑根洪

(山东能源肥城矿业集团白庄煤矿,山东肥城 271623)

轴重对异型轨的力学特性研究分析

孙传旗 桑根洪

(山东能源肥城矿业集团白庄煤矿,山东肥城 271623)

作为高效的辅助运输设备,异型轨卡轨车在矿井辅助运输中得到了广泛的应用。由于综采设备趋向大型化,对异型轨提出了更高的要求。本文针对异型轨进行分析,重点研究了轴重对异型轨的力学特性,为异型轨性能的改善提供理论支持。

异型轨 力学特性 研究分析 轴重

在矿井运输中，卡轨车以其显著的优点而广泛应用，但是当巷道条件多变时，其卡轨效果并不理想，甚至存在脱轨的安全隐患，难以适应更多的条件，限制了其广泛应用。

为了解决普通卡轨车脱轨的问题，异型轨卡轨车应运而生。异型轨卡轨车能够解决普通卡轨车脱轨的问题，使卡轨车能够适用于更多条件。但是由于国内对异型轨的力学研究不多，限制了异型轨卡轨车的广泛发展。因此本文主要研究轴重对异型轨的力学特性，为异型轨的广泛应用提供理论指导。

1 异型轨力学分析模型的建立

为了能够对异型轨的力学特性进行研究，需要根据实际工况建立异型轨受力的分析模型。分析模型的建模原则是在保证仿真结果正确的前提下，仿真模型尽可能的简单。根据SMJ160异型轨的实际尺寸建立有限元分析模型，模型采用四面体单元网格，由于轮轨接触的分析精度较高，运算量大，为了节省计算机资源，对模型的划分整体采取比较粗的网格，而可能接触的部分采用比较细密的网格。最终生成的有限元模型中有单元245738个，节点414928个，建立的有限元模型如图1所示。

图1 有限元模型

2 轴重对异型轨结构的静力学特性研究

卡轨车在异型轨轨道上运行时，接触应力会不断的发生变化，通过研究发现，影响接触应力的因素有很多，最主要的是轴重因素，通过对SMJ160异型轨进行静力分析，研究轴重变化对异型轨结构性能的静力学影响。

由于卡轨车轴重的变化能够显著影响异型轨接触应力的大小，轮径的大小影响接触区域的大小。为了简化分析，对于建立的有限元模型，在不同的轴重下对其进行静力学分析，得出其静力学特性。

建立的模型采用45kg/m SMJ160异型轨，轮径采用300mm，轴重从25t到45t，通过对有限元模型进行分析，研究轴重的变化对异型轨的静力学特性，讨论对比的指标主要包括：最大等效应力、最大摩擦应力等。最大等效应力和最大摩擦应力随轴重的变化，如图2和图3所示。

图2 最大等效应力随轴重的变化

图3 最大摩擦应力随轴重的变化

从图2和图3，不难看出，最大等效应力和最大摩擦应力都随轴重的变大逐渐变大，当轴重是42.8t时，最大等效应力最大，其值是364.62MPa;当轴重是45t时，最大摩擦应力最大，其值是281.42MPa。

3 轴重对异型轨结构动力学性能的影响

轴重是影响轮轨接触状况的一个非常重要的因素，轴重的提高对轨道结构的动力学作用影响显著，增加轴重就会增加轮轨之间的接触力，使其摩擦加剧，因此非常有必要研究轴重对异型轨的动力学性能的影响。

模拟实际工况，对35吨轴重时的模型施加动力荷载，计算结果如图4和图5所示。

由图4和图5可以看到，在轴重的影响下，轨道顶部的等效应力随时间出现振荡变化，并同时引起加速度的振荡，使轨道振动加剧。

图4 轨道顶部的等效应力随时间的变化

图5 轨道垂向加速度随时间的变化

4 结语

本文以SMJ160异型轨为研究对象，根据其应用条件，建立了有限元分析模型，研究了异型轨在轴重影响下的力学特性分析，得到了最大等效应力和最大摩擦应力随轴重变化的曲线图，以及轨道顶部的等效应力和轨道垂向加速度随时间变化的受力图，分析了轴重对异型轨的受力影响，为异型轨的优化分析和性能改善提供了理论支持。

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As an efficient auxiliary transportation equipment, special shaped rail and trapped rail car is widely used in the mine auxiliary transportation.Along with the mining equipment becoming larger and larger, they have the higher requirements to the special shaped rail. This paper aims at analyzing the special shaped rail, and the emphasis is mechanical property of the special shaped rail when loading on axle, providing theoretical support for the improvement of the special shaped rail.

Special shaped rail Mechanical property Research and analysis Loading on axle

孙传旗(1988-),男,汉族,山东泰安人,山东能源肥城矿业集团白庄煤矿掘进一区机电技术员,助理工程师,主要方向是煤矿机电设备管理和机械设计分析。