1环形轨道结构及载荷计算
驾驶室环形轨道及吊板为主要承载结构，故均选用Q345B材质。根据驾驶室在铝电解多功能机组的工具小车上的动作过程，初步设计环形轨道及吊板结构见图1。其中以8个吊板底端与环形轨道焊接作为轨道的支撑结构，且吊板沿环状轨道两垂直中心线方向布置;为保证驾驶室行走轮支撑与吊板不发生干涉，按图1b结构设计吊板。驾驶室以三点式轮压施加载荷于环形轨道，其中轨道上表面承受1个驱动轮轮压载荷P，轨道下表面承受2个支撑轮轮压载荷P1，见图2。驾驶室及其驱动装置总重量为4t(即P=40000N)。将上述总重量移至驱动轮上，则同时产生一个使驾驶室翻转的转矩P×1600N·mm，该转矩由两个支撑轮平衡，即:P×1600=2×P1×1600!P1=20000N取动载荷系数1.5［2］，则环形轨道上施加的载荷分别为:驱动轮处F=P×1.5=60000N;从动轮处F1=P1×1.5=30000N。
2有限元试算
基于Ansys有限元分析软件，采用8节点六面体solid45实体单元建立环形轨道结构有限元网格模型。约束施加于吊板两螺栓孔面上，采用全约束方式。载荷施加分两种情况:(1)轨道上表面承受轮压位于吊板附近，见图3a;(2)轨道上表面承受轮压位于两吊板之间中部，见图3b。经计算，无论驱动轮在吊板附近还是两吊板之间，吊板承受的最大应力集中制均在圆角处单侧，见图4。长期单侧受力时，易在应力集中点发生冷作硬化，产生裂纹，从而影响吊板的使用寿命。此外，吊板结构相对复杂，增加了一定的加工成本。因此，有必要对该结构进行适当优化。
3结构优化
上述分析表明，最大应力位置在吊板圆角过渡处，且应力值在该处厚度上不等。因此，可通过旋转吊板的安装角度以使吊板沿厚度方向受力一致。当驱动轮位于吊板附近时，吊板应以整个圆角位置承载，受力效果更好，因此优化原设计思路，将吊板沿环形轨道轴对称布置，见图5a。同时，由于吊板沿环形轨道径向排列，驱动轮支撑对吊板的干涉消除，可简化吊板结构，见图5b。3.1静刚度校核提取Z方向的位移云图，见图6。当驱动轮位于两吊板之间中部时，模型具有最大变形，且最大变形位移分别为0.821mm。以两吊板之间轨道长度为跨度L，以L/1000为基准计算，模型受力后位移在允许范围内，故静刚度满足要求。3.2静强度校核提取有限元计算所得应力云图，见图7。图7a和图7b显示了两种载荷位置时吊板应力分布情况，最大应力分别为图7a191MPa和图7b135MPa，位于吊板过渡圆角处，且载荷在吊板附近时吊板圆角处沿厚度方向承受应力分布均匀，在远离吊板位置时最大应力虽在厚度方向上有偏转，但应力也得到减小。
4结论
在对铝电解多功能机组使用环境及驾驶室动作响应要求进行简单分析前提下，通过初步设计、验证、优化设计过程，对驾驶室环形轨道结构进行了仔细讨论，既提供了一种基于现代化手段的先进设计方法，也探讨了驾驶室环形轨道设计考虑的重点问题和思路。在当今节能环保要求日益严峻的趋势下，制造业应大力提倡现代化设计方法。
作者：常兴娥 单位：中国有色( 沈阳) 冶金机械有限公司 铝设备研究所
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