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随着煤炭工业的高速发展，煤炭开采及辅助设备的设计与生产水平得到了快速的提高。煤矿井下铲运机是专门为煤矿井下搬运作业设计的一种矮车身、中央铰接前端装载，集铲装、运输及卸载等联合作业于一体的设备，它是我国煤矿井下辅助运输设备的重要组成部分。因此，铲运机的有限元分析，改进创新，提高其可靠性，对提高我国煤矿开采水平、推进煤炭现代化建设有着重大的意义。
前车架是铲运机直接用来支撑其工作机构的部件，承受外载荷最复杂，其结构设计的合理性对整车系统的重要性是不言而喻的。如图所示，井下铲运机一般没有悬架装置，在水、泥、坡、凹坑等条件很差的路面下，铲运机运行时振动往往较大，加上所铲装的大都为重载物件，车架受到的冲击负荷相对较大，严重时就会导致车架发生开焊、变形、甚至断裂的事故，这就要求铲运机车架零部件具有足够的强度和刚度，以适应煤矿井下恶劣的工作环境，提高铲运机的工作可靠性。为保证前车架具有足够的强度，使其具备足够长的寿命和较高的可靠性，采用动态载荷提取法，对前车架进行了强度分析。计算机硬件和计算技术的发展，使得有限元方法成为静力学、动力学性能数值分析的重要工具�；谟邢拊治銎教�，利用有限元分析理论和方法，完成了对某铲运机前车架的动态有限元分析计算，以vonMises应力作为前车架结构强度校核的参考值，准确得出了前车架的危险受力区域，之后完成车架结构的再设计，实现优化，为后续设计提供了有力的理论依据。
对前车架进行了有限元分析，首先要建立其三维几何模型。采用大型CAD软件SolidWorks完成了前车架的三维实体设计，所建几何模型如图所示。车架几何模型是否合理直接影响到有限元分析计算结果的准确性，此次建模略去了车架局部非承载件，对某些作用相同的零件适当合并，合理地对车架进行了简化。该车架采用薄壁箱型的焊接结构，由2块等厚框形立板、底板、前板及多块筋板焊接为一左右对称的整体结构，加上驱动桥固定板、工作装置油缸固定耳板及转向铰接耳板共同组成了整个车架;由于该结构具有质量小、制造工艺易于掌握、抗弯及抗扭强度大等特点，加之随着有限元优化技术以及电子计算机技术的发展，能够比较真实地模拟实际结构的形状和边界受载状况，反映出结构应力与变形情淘。因而得到广汗梁用。如图所示，铲运机在行驶过程中，前车架主要受到与大臂铰接处的水平方向力(X向)和垂直方向力(Y向)、举升油缸铰接处的水平方向力和垂直方向力、倾翻油缸铰接处的水平方向力和垂直方向力、转向铰接处的水平方向力和垂直方向力以及车架自身的重力。在利用传统方法校核车架结构强度和刚度时，往往采用动载静力化法，车架承受的重力和载荷要乘以一定的动荷系数来等效实际受力，这样，在实际计算时，就不能保证车架受力的准确性。鉴于此，首先在铲运机满载、全速、鹅卵石路面等恶劣工况下，对整车进行了多刚体动力学分析研究，从中提取了车架所承受的动态载荷，其中包含了惯性力等动态特征载荷，逼真地反映了实际情况，很大程度上提高了车架受力的准确性，载荷数据见表。
有限元分析很重要的一步就是有限元网格划分。网络划分时既要力求准确反映原结构几何和力学性能，又要尽量减少单元节点的数量，单元数量过多则导致计算量增加。但在应力较大的危险区域，如各构件的焊缝处，应适当细化网络。在具体实施过程中，首先要确定单元类型，四面体4节点实体单元，每个节点具有6个自由度，分别为yx、yz线位移自由度和绕yx、yz轴的转动自由度，该单元具有应力强化与大变形性能，符合车架的实际工况，故确定车架有限元模型单元类型为四面体单元。通过设置单元尺寸(C30mm)来设定单元公差C1.Smm}然后对模型划分网络，模型中共包括单元66720个，节点总数达到114981个。根据铲运机工况及各处结构，前车架与动臂、油缸通过销轴连接，该处的几何约束为铰链转动约束，车架与驱动桥为固定约束。车架材料初步选择Q345，材料的弹性模量为206GPa，泊松比为0.3，密度为7.86g/mm3，抗拉强度为660MPa。
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