鉸接式自卸汽車U形架有限元分析

1、第期（總第期）年月機(jī)械工程與自動(dòng)化文章編號：（）一鉸接式自卸汽車形架有限元分析楊茵，郜小民，郭志軍，李聯(lián)輝，宋艷芳（河南科技大學(xué)車輛與動(dòng)力工程學(xué)院，河南洛陽焦作交通技校，河南焦作）摘要：應(yīng)用軟件建立了自卸汽車形架有限元模型，根據(jù)懸架系統(tǒng)的裝配關(guān)系與形架的受力特征確定了形架的邊界約束條件。應(yīng)用有限元理論求解得到形架分別在整車急加速、急減速、正常行駛單側(cè)受力等極限工況時(shí)的應(yīng)力大小及分布規(guī)律。分析結(jié)果表明，最大應(yīng)力區(qū)域都在球鉸連接板和拉板處形架無明顯變形，驗(yàn)證了形架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，滿足使用要求。關(guān)鍵詞：鉸接武白卸汽車；有限元法形架中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：引言鉸接式自卸車（）主要使用在礦山作業(yè)區(qū)等非公路

2、地帶，承載能力在，最高車速接近，因具備良好的機(jī)動(dòng)性和廣泛的道路適應(yīng)性受到各國的重視。懸掛系統(tǒng)是的重要組成部分之一，其性能的好壞將直接影響車輛的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、車輛的使用率及維修成本等方面。由于自卸汽車負(fù)荷大，路面沖擊嚴(yán)重，車輛的起動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向非常頻繁，行駛方向的主要縱向承載件形架必須要具備足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的動(dòng)態(tài)特性。本文針對全自主開發(fā)的鉸接式自卸汽車懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形架，運(yùn)用有限元理論分析了前、中、后形架在（）前型架不同工況下的應(yīng)力分布，結(jié)果表明種形架均滿足實(shí)際使用要求。幾何模型形架幾何模型和有限元分析均由軟件完成，省去了與其他軟件配合模型轉(zhuǎn)換所帶來的麻煩。有限元模型要盡量保留原實(shí)

3、體結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，但為便于有限元計(jì)算要盡量減少模型節(jié)點(diǎn)數(shù)量，避免不必要的浪費(fèi)。簡化方法如下：忽略局部小圓角、小凸臺(tái)；以倒斜角取代倒圓角；忽略不重要區(qū)域的小孔及小尺寸細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。簡化后的前、中、后形架幾何模型如圖所示。 （）中型架（）后型架一形架球鉸連接板；一側(cè)梁；一拉板圖前、中、后形架幾何模型單元選擇與網(wǎng)格劃分形架的球鉸連接板為厚的鋼板，采用節(jié)點(diǎn)四面體（實(shí)體）單元模擬，形架的側(cè)梁采用節(jié)點(diǎn)四邊形（板殼）單元模擬。前、中、后河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（）收稿日期：；修回日期：作者簡介：楊菌（一），女，河南洛陽人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)檐囕v系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。年第期楊茵，等：鉸接式自卸汽車形架有限元分析形架劃分網(wǎng)

4、格后的有限元模型如圖所示。前形架模型中共有個(gè)節(jié)點(diǎn)，個(gè)單元；中形架模型中共有個(gè)節(jié)點(diǎn)，個(gè)單元；后形架模型中共有個(gè)節(jié)點(diǎn)，個(gè)單元。有限元分析時(shí)，形架的材料選為，勻質(zhì)材料且各向同性，該材料服從屈服準(zhǔn)則，彈性模量為，泊松比為，屈服極限為糾。 （）前型架（）中型架（）后型架圖前、中、后形架劃分網(wǎng)格后的有限元模型工況分析與約束條件模型約束條件在有限元計(jì)算中，實(shí)際工況下的強(qiáng)度計(jì)算處理邊界條件要考慮與形架相連接的車橋的受力。在計(jì)算中，橋殼須保持受力平衡，前形架和中形架的約束基本相同：對形架鉸接盤、方向施加移動(dòng)約束；形架與車橋通過螺栓裝配，在立板處施加、的移動(dòng)約束和、的轉(zhuǎn)動(dòng)約束。后形架的約束為：對形架鉸接盤、方向施

5、加移動(dòng)約束；形架與車橋通過螺栓裝配，在立板處施加、的移動(dòng)約束和、的轉(zhuǎn)動(dòng)約束。工況分析鉸接式自卸車在實(shí)際行駛中作業(yè)環(huán)境惡劣，工況極其復(fù)雜，選取起動(dòng)、單側(cè)車輪受力（路面不平）和制動(dòng)種工況分別對前、中、后形架進(jìn)行應(yīng)力分析。懸架系統(tǒng)中的形架主要傳遞縱向力及部分垂直力，因?yàn)樾渭芏际且糟q接的方式與車架連接，側(cè)向幾乎不受力。形架拉板與車橋?yàn)楣潭ㄟB接，起動(dòng)或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩通過車橋直接傳遞給車輪。起動(dòng)工況時(shí)，兩側(cè)車輪對前、中、后形架施加向前的驅(qū)動(dòng)力，其中前形架受拉力，中、后形架受推力；單側(cè)車輪受力的極限工況時(shí)，考慮右后方的車輪完全離地，前、中形架分別受到每側(cè)車輪施加的驅(qū)動(dòng)力，因右側(cè)車輪離開地面不受力，左側(cè)車輪承受全部

6、載荷，全部的縱向載荷施加在后形架左側(cè)拉板；制動(dòng)工況時(shí)，每側(cè)車輪對三形架有向后的拉力，各形架受力方向與起動(dòng)工況時(shí)相反。根據(jù)上述種工況，計(jì)算得到的各載荷見表。結(jié)果分析前形架模型在種工況下的應(yīng)力和變形圖為前形架在種工況下的等效應(yīng)力云圖。在起動(dòng)極限工況下的最大應(yīng)力為，前形架的主要截面應(yīng)力為，最大位移為。單側(cè)車輪受力工況下，最大應(yīng)力，主要截面應(yīng)力為，最大位移。制動(dòng)極限工況下，最大應(yīng)力，主要截面應(yīng)力為之間，最大位移。從種工況應(yīng)力云圖得到，危險(xiǎn)截面在前形架球鉸連接板及與形架上、下焊接處。表前、中、后形架在種工況下的載荷起動(dòng)單側(cè)車輪受力制動(dòng)垂直前形架縱向側(cè)向垂直中形架縱向側(cè)向垂直后形架縱向側(cè)向中形架模型在種工

7、況下的應(yīng)力和變形圖為中形架在種工況下等效應(yīng)力云圖。在起動(dòng)極限工況下的最大應(yīng)力，中形架的主要截面應(yīng)力為，最大位移為。單側(cè)車輪受力工況下，最大應(yīng)力，主要截面應(yīng)力為，最大位移。制動(dòng)極限工況時(shí)最大應(yīng)力，主要截面應(yīng)力為，最大位移。從種工況應(yīng)力云圖得到，危險(xiǎn)截面在中形架球鉸連接板與拉板處。后形架模型在種工況下的應(yīng)力和變形圖為后形架在種工況下的等效應(yīng)力云圖。在起動(dòng)極限工況下的最大應(yīng)力，后形架的主要截面應(yīng)力為，最大位移為。單側(cè)車輪受力工況下，最大應(yīng)力。主要截面應(yīng)力為，最大位移為。制動(dòng)極限工況時(shí)最大應(yīng)力，主要截面應(yīng)力為，最大位移為機(jī)械工程與自動(dòng)化年第期。從種工況應(yīng)力云圖得到，危險(xiǎn)截面在后形架球鉸連接板與拉板處。

8、 （）起動(dòng)極限工況（）起動(dòng)極限工況）起動(dòng)極限工況（）單側(cè)車輪受力極限工況（）制動(dòng)極限工況圖前形架在種工況下等效應(yīng)力云圖（）單側(cè)車輪受力極限工況（）制動(dòng)極限工況圖中形架在種工況下等效應(yīng)力云圖 （）單側(cè)車輪受力極限上況【）制動(dòng)極限工況圖后形架在種工況下等效應(yīng)力云圖結(jié)論根據(jù)對前、中、后形架種工況的應(yīng)力分析，得出在各個(gè)工況下，最大應(yīng)力區(qū)域都在形架球鉸連接板和拉板處。形架無明顯變形，在排除有限元模型中邊界條件簡化和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)簡化等因素的情況下，最大應(yīng)力值和最大應(yīng)力位置合理。計(jì)算結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)鉸接式自卸汽車懸架前、中、后形架的強(qiáng)度和剛度較好，完全滿足使用要求，可以進(jìn)一步對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在應(yīng)力允許

9、的范圍內(nèi)優(yōu)化形架構(gòu)件的厚度，實(shí)現(xiàn)其輕量化。參考文獻(xiàn)：葛恒安國內(nèi)外鉸接式自卸車的發(fā)展概況建筑機(jī)械，（）：郭志軍，閔海濤，范東林，等一種鉸接式自卸汽車底盤：中國，陳煥明劉大維，嚴(yán)天一后懸架拖拽開裂有限元分析現(xiàn)代技術(shù)與裝備。（）：潘孝勇柴國鐘，劉飛，等懸置支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)與疲勞壽命分析汽車工程，（）：王繼新，赫萬軍楊芙蓉，等礦用自卸車形架有限元分析口礦山機(jī)械，（）：范東林，郭志軍，田朝陽等鉸接式車架的動(dòng)態(tài)特性分析口河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），（）：，（，。，；，）：，。：； 鉸接式自卸汽車U形架有限元分析作者：楊茵， 郜小民， 郭志軍， 李聯(lián)輝， 宋艷芳， YANG Yin， GAO Xiao-m

10、in， GUO Zhi-jun， Li Lian-hui， Song yan-fang作者單位：楊茵,郭志軍,李聯(lián)輝,宋艷芳,YANG Yin,GUO Zhi-jun,Li Lian-hui,Song yan-fang(河南科技大學(xué),車輛與動(dòng)力工程學(xué)院,河南,洛陽,471003， 郜小民,GAO Xiao-min(焦作交通技校,河南,焦作,454000刊名：機(jī)械工程與自動(dòng)化英文刊名：MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION年，卷(期：2010(4參考文獻(xiàn)(6條1. 郭志軍;閔海濤;范東林 一種鉸接式自卸汽車底盤 20082. 葛恒安 國內(nèi)外鉸接式自卸車的發(fā)展概況期刊論文-建筑機(jī)械 2003(043. 范東林;郭志軍;田朝陽 鉸接式車架的動(dòng)