混凝土搅拌车车架的静动态特性分析及改进
关丽坤#! 张!凯!
" $ 内蒙古科技大学!机械工程学院! 内蒙古!包头! #"" ! 太原钢铁集团五轧厂! 山西!太原! *"" # "%# & $ """ # ! 摘要" 为分析某型号# @ 混凝土搅拌运输车在短期使用即出现车架裂纹现象$借助 ' 0 0 软件建 ! * .= ! 立该搅拌车主副车架的实体模型$进行静态和谐响应分析$得到其应力#应变分布情况及振型特征%据此 对车架结构进行改进$并通过对改进后的车架进行实测$验证了改进方案的可行性% ! 关键词" 车架&静动态特性&有限元分析 ! ! 中图分类号") )) 文献标识码"*!! ! 文章编号" "#(% # # $ +"%" 7 % !! ! #"+( , ! "" "&+( " %
!( % * ,( - %((" -- . "& .%& -& '( & *+) ( 1."3D" * "" ( 11* 3% /#% # " ) ' / %*# &3C# # 3 (( - * A -( . & )% " ,)
/ ' ; 2 $F . 9 7 . < * ! < ) $车架模型采用 % * .# 弹簧阻尼单元来模拟各个支撑%车架 8& ( % 前端通过吊耳与钢板弹簧连接$后端置于钢板弹 簧上$牵引座和吊耳均通过钢板弹簧与轮胎连接% !
! 收稿日期" "" " ' ) !# ' # " ! 通讯地址"关丽坤! 包头市内蒙古科技大学机械工程学院
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!#$ % ! """ 上半月刊"
为使分析结果更接近实际$首先应计算悬架钢板 弹簧和轮胎的刚度$用等效刚度模拟支撑%后轮 钢板弹簧采用反吊装$弹簧中部与车架连接$弹 簧两端则分别与!根车轴连接%在每个车轴上共有 %个轮胎$车身每侧有!个%因此$每侧可以看作# 个板簧和%个并联轮胎 ! 弹性元件"串联$经计算 得后轮板簧支撑处的等效刚度为 !后 0!) . @ % #* ' @ 前轮钢板弹簧采用正吊装$弹簧中部和车轴连接$ 弹簧两端则分别和搅拌车架上的吊耳连接$同样可 计算得出前轮吊耳处的等效刚度为 !吊 0 ( . @ % *+ ' @ 最终的车架有限元模型共有节点数(,"个$单元 *& 数(%"个$其中板壳单元为(%+个$弹簧单元 *! *" 为# 个% !
个车轮驶上 & @@ 凸台$同时后桥另一侧的一个 " 车轮驶上 & @@ 凸台$其余车轮处于同一水平路 " 面上时车架的应力和变形情况% 66 各工况下的模拟结果分析 7! 各工况下车架的应力和变形图见图 !和图* %
6 车架的静力分析 !
64 作用在车架上的载荷及5种计算工况 7! 在分析车架应力时$施加在车架上的主要载 荷有,发动机总成 (" .#驾驶室及乘员 )" .# )" "" 满载的罐体约为* # (.$其中发动机总成和驾驶 /" 室的重力以均布载荷的形式加在车架纵梁的前端% 通过计算罐体在满载时的重心位置和前后支撑的 位置$可计算出在副车架的前后支撑位置上车架 所承受 的 作 用 力 为, 前 支 撑 对 车 架 的 作 用 力 为 !*" .&后支撑对车架的作用力为 #++ .$均 *"& ,,* 以均布载荷的形式施加于车架纵梁相应部位$分 别为#$ ( ' #) . @@ 和,, . @@$作用位置如图 # $( ' 所示 "## 处% 对车架进行静态分析$为了使数值解存在且 唯一$必须消除结构的刚体位移$以保证结构总 刚度矩阵非奇异%由于车架在正常工作时是由车 轮通过板簧和悬架支撑的$故进行计算时$将约 束点确定在悬架与车架连接处%在计算过程中将 约束点处在水平面上的!个自由度约束住$即使其 在水平面上两个方向不能运动$其它方向的自由 度全部释放$弹簧的另一端采用全约束% 根据车架实际使用情况$确定*种计算工况, !"车辆满载弯曲%此工况可以用来计算车 # 辆满载行驶时车架的应力分布情况& !"车辆紧急制动%用来模拟车辆在满载情 ! 况下制动的工况$制动加速度假设为% ' !& @M !"车辆满载弯扭%弯扭联合工况指前桥一 *
图6 车架应力图 !
车架在各工况下最大应力和最大变形列于表 #中%
表4 5种工况下车架的最大应力和变形 ! 工!!况 弯曲工况 制动工况 弯扭工况 最大应力 & 9 ' $ &$ % #!( #()% N #$ % & 9 !%** !$ , 最大变形 @@ ' !$ " ++% #$ + !"( & "
!#$ % ! """ 上半月刊"
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根据经验$钢结构阻尼比为 "" ! $ ) $ ! "" $取阻 尼比为"" 时进行分析后$得到系统的应力)频率 $% 响应曲线如图%所示%图(所示为副车架前端位置 处应力最大点的位移)频率响应曲线%谐响应曲线 上共有*个峰值$频率分别为&)& ! # !(" O $ (( O #$ ! ! 和%$ + O $其中以第#阶对应的峰值最大% (( !

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