新型煤矿单轨吊H型钢-轨道连接子结构受力性能研究

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煤矿单轨吊辅助运输是维护煤矿可持续发展及提高煤矿运输效率的重要机械设备。据不完全统计,我国煤矿每年需要运输物料以及设备近200亿吨,其中超过四分之一是由单轨吊辅助运输系统来完成的,然而单轨吊辅助运输每年都会发生多次悬挂顶板倾覆、悬挂点断裂等事故。因此,不断改进单轨吊轨道的悬挂方式,提高轨道安装质量,对煤矿单轨吊辅助运输的发展具有重要的意义。本文设计了一种新型煤矿单轨吊H型钢梁-轨道连接的悬挂方式,并建立节点子结构的实体单元有限元模型,研究静力荷载作用下节点的受力性能,通过分析节点的破坏模式、屈服荷载、极限荷载、抗力机制及节点端部弯矩传递百分比等,研究节点承载能力、受力过程以及受力机制的转换过程,并与传统单轨吊悬挂节点进行对比。然后对节点进行变参分析,研究T型件翼缘厚度、T型件腹板厚度和螺栓个数对节点受力性能的影响。进一步研究了该连接方式轨道体系的固有频率和模态振型,并通过已有实验数据验证了螺栓等效连接区域将非线性转化为线性算法的有效性。研究结果表明,T型件翼缘和腹板厚度对节点的破坏模式有一定的影响,增大其厚度可使破坏位置不处于节点核心区域;T型件腹板厚度和螺栓个数对节点的极限荷载和轨道竖向位移有较大的影响,在T型件腹板厚度小于20mm时,增大其厚度,可以使节点的极限荷载提高10%,并降低轨道挠度,而T型件翼缘厚度影响较小;节点前期主要是由弯曲机制提供竖向抗力;在弹性阶段,节点端部可以传递24%的弯矩值;然后对H型钢-轨道连接节点各项参数尺寸提出合理建议。与传统悬挂节点相比,本文提出的新型节点,达到了加强节点核心区域的目的,且承载力提升了2.7倍;轨道平面外刚度较小,宜发生平面外弯曲和扭转失稳;承载小车在轨道上运行产生的激振频率过小,一般不会引起轨道共振。
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