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重型矿用自卸车车架强度有限元分析

发布于:2022-05-02 19:00
有限元分析

      220 t矿用电动轮自卸车是特大型矿用运输车,是“十一五”国家发改委重点支持研发的大型矿山成套开采设备之一。它主要用于1000万吨以上大型露天矿山的矿石及其它散料的运输。车架作为整车的基体,不仅联结、支撑其它各大零部件,而且承受着汽车本身和外界各种复杂的载荷,其在整车中的重要性不言而喻。为了确保车辆在复杂工况下的安全性和可靠性,须对车架结构进行强度有限元分析,以验证研发设计的可行性,为后续改进或优化提供一定的参考依据。
      220 t矿用自卸车的车架及悬下结构是由各种板厚、形状各异的钢板和圆管组焊而成。车架采用边梁式结构,由左右纵梁、前后牵引梁、保险杠、底梁、后横梁及大小龙门梁焊接成坚实的构架;悬下结构包括A型架、前后桥及前后悬挂。根据板壳理论,将厚度小于30mm的板件做成面,而大于30mm的板件处理成实体,忽略焊接残余应力,将焊缝搭接以及其它细节处理成母体结构,建立车架有限元模型,如图1所示。
      约束与载荷:运用非线性弹簧耦合方法处理铰接回转副,如图2所示;动力总成、各甲板、油箱、举升杆等部件采用集中质量(mass点)的形式与加载面节点刚性耦合对整车施加载荷如图3所示;采用质量块替代货物,使其重心与货物重心重合,赋予一定的密度给车架加载。将路面视为刚体,约束其所有自由度。
      满载静止工况下的应力是分析车架应力的一个基准,只有确保该工况下车架应力分布的合理,才有可能说明车架整体设计的合理性。以下为满载静止工况的有限元分析结果,从Von Mises应力图可以看出。(1)车架板单元应力最大出现在大龙门梁翼下支座处,大小为104MPa;(2)后牵引梁最大应力为84.7MPa,其位置是后牵引梁与牵引支座连接的角接焊处;(3)后牵引接头应力最大为97.1MPa,前牵引接头应力最大为17MPa。
      从应力云图可以看出,在满载静止工况下,大龙门梁翼支座周围都是应力集中区域,最大等效应力值e=104MPa,小于材料的许用应力e=500MPa。满载静止工况下,后牵引梁除牵引接头焊接处应力较小外,其整体应力分布较为均匀,绝大部分区域的应力在50~65MPa左右,其中最大等效应力值e=84.7MPa,出现在六角边缘处,符合简支梁最大应力分布理论,也小于材料的许用应力[σ]。前后牵引接头应力分布合理,如图4,5所示。后牵引接头的最大等效应力为97.1MPa。


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