破碎站是矿山开采的关键设备。采场内移动式破碎站是露天开采发展的成果,它较其它类型的破碎站具有移动灵活、破碎比大、能耗少、产量高、节约运输成本等特点,特别是在深凹露天矿山开采中,它的优点更加凸显。现代矿山开采技术的迅速发展,对移动式破碎站在装备水平和系统布置等方面都提出了更高的要求,而我国在移动式破碎站的研发方面与世界先进水平还存在很大的差距。因此必须加强对移动式破碎站的研究和开发,以改变我国露天矿山,特别是深凹露天矿山开采的落后面貌。行走装置是移动式破碎站实现自行移动的关键部件,它主要有轨轮式、轮胎式、履带式、迈步式等几种结构形式。由于破碎站在野外露天作业,工作环境恶劣,且自身重量比较大,一般在几百吨甚至上千吨以上,而履带式行走机构结构坚固,对地面不平度的适应性强,对地压力低,因此自行式移动破碎站多采用履带式行走装置。平衡梁是履带式行走装置中重要的支撑部件,它对其上的受料斗、钢架、给料机、破碎机、卸料斗等部件起着支撑作用,平衡梁的工作性能直接影响到行走装置的工作性能,一旦平衡梁破坏或失效,将会对设备的正常运行产生严重影响,从而对矿山生产造成巨大的经济损失,因此在设计阶段就应该保证平衡梁结构的合理性,使其达到强度和刚度要求。有限元方法是一种经济有效的辅助设计方法,并且近年来它在各行业中的应用已逐渐趋于成熟。但在此类平衡梁设计中的应用,目前国内尚找不到相关资料。将有限元方法引入平衡梁的设计制造过程中,可以极大地减少资源投入、缩短设计周期、保证设计的准确性、有效地防止平衡梁在工作过程中的各种失效,从而有助于促进我国移动式破碎站总体研发水平的提高。本文以有限元理论为指导,对北方重工集团有限公司设计的1200T自行式破碎站的平衡梁部分做了详细深入的分析研究。充分了解破碎站的相关概况及移动式破碎站国内外发展状况与趋势。以有限单元法理论为基础深入研究ANSYS结构分析方法,初步确定平衡梁总体的分析方案。研究模型简化方法和模型数据传输方法,用CATIA建立平衡梁的三维实体模型。考虑到平衡梁的结构和计算机性能,在建立平衡梁总体有限元模型的时候,同时选用shell63和solid45单元,在Hyper mesh软件中对一、二级平衡梁进行网格划分,用梁单元简化第三级平衡梁,并用梁单元模拟各处销轴。根据平衡梁的受力特点,建立平衡梁的力学模型。研究重型机械双履带行走装置行驶力学。为了使平衡梁的强度和刚度满足履带行走装置总体的设计要求,充分考虑移动式破碎站的各种工作条件,确定平衡梁的五种分析工况;研究不同工况下平衡梁的受力特点,考虑破碎站总体重心位置的影响,计算各工况下平衡梁的外载荷,选择各工况下受力状况最为恶劣的平衡梁组进行分析计算。研究力的施加方法,在尽量还原结构在实际中的真实约束和受力情况的原则下,对平衡梁施加约束和载荷。计算得到五种工况下平衡梁的应力分布和变形情况,经分析发现二级平衡梁在各个工况下强度均满足要求,结构设计较为合理;而一级平衡梁在多个工况下均表现出强度不足,得到了一级平衡梁结构设计不合理的结论。根据应力分布特点和最大应力出现的位置,提出了一级平衡梁的结构改进方案,经有限元计算,一级平衡梁的最大应力降到了许用应力以下,收到了良好的效果。选择平衡梁受力状况最为恶劣的工况—转向工况,对三级平衡梁作非线性接触分析,充分考虑平衡梁主体和支重轮及挡圈的接触关系,建立三级平衡梁、支重轮及各挡圈的装配模型,定义了九个接触对,并在模型中使用耦合技术来实现各零件之间的相对运动自由度。经计算得到了三级平衡梁更加接近工程实际的应力分布。本文针对平衡梁的有限元分析方法,填补了国内相关领域的研究空白,证明了将有限元方法应用于平衡梁及破碎站设计的可行性与有效性。本文的研究内容使厂家了解了平衡梁在各工况下的应力分布和变形情况,得到了厂方的认可,为平衡梁的结构设计和改进提供了可靠的依据,有助于促进我国移动式破碎站总体设计水平的提高。把有限元非线性接触分析方法引入两轮平衡梁的结构分析中,增加了计算结果的真实性。