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重型礦用自卸車車架強度有限元分析

發布于:2022-05-02 19:00
有限元分析

      220 t礦用電動輪自卸車是特大型礦用運輸車,是“十一五”國家發改委重點支持研發的大型礦山成套開采設備之一。它主要用于1000萬噸以上大型露天礦山的礦石及其它散料的運輸。車架作為整車的基體,不僅聯結、支撐其它各大零部件,而且承受著汽車本身和外界各種復雜的載荷,其在整車中的重要性不言而喻。為了確保車輛在復雜工況下的安全性和可靠性,須對車架結構進行強度有限元分析,以驗證研發設計的可行性,為后續改進或優化提供一定的參考依據。
      220 t礦用自卸車的車架及懸下結構是由各種板厚、形狀各異的鋼板和圓管組焊而成。車架采用邊梁式結構,由左右縱梁、前后牽引梁、保險杠、底梁、后橫梁及大小龍門梁焊接成堅實的構架;懸下結構包括A型架、前后橋及前后懸掛。根據板殼理論,將厚度小于30mm的板件做成面,而大于30mm的板件處理成實體,忽略焊接殘余應力,將焊縫搭接以及其它細節處理成母體結構,建立車架有限元模型,如圖1所示。
      約束與載荷:運用非線性彈簧耦合方法處理鉸接回轉副,如圖2所示;動力總成、各甲板、油箱、舉升桿等部件采用集中質量(mass點)的形式與加載面節點剛性耦合對整車施加載荷如圖3所示;采用質量塊替代貨物,使其重心與貨物重心重合,賦予一定的密度給車架加載。將路面視為剛體,約束其所有自由度。
      滿載靜止工況下的應力是分析車架應力的一個基準,只有確保該工況下車架應力分布的合理,才有可能說明車架整體設計的合理性。以下為滿載靜止工況的有限元分析結果,從Von Mises應力圖可以看出。(1)車架板單元應力最大出現在大龍門梁翼下支座處,大小為104MPa;(2)后牽引梁最大應力為84.7MPa,其位置是后牽引梁與牽引支座連接的角接焊處;(3)后牽引接頭應力最大為97.1MPa,前牽引接頭應力最大為17MPa。
      從應力云圖可以看出,在滿載靜止工況下,大龍門梁翼支座周圍都是應力集中區域,最大等效應力值e=104MPa,小于材料的許用應力e=500MPa。滿載靜止工況下,后牽引梁除牽引接頭焊接處應力較小外,其整體應力分布較為均勻,絕大部分區域的應力在50~65MPa左右,其中最大等效應力值e=84.7MPa,出現在六角邊緣處,符合簡支梁最大應力分布理論,也小于材料的許用應力[σ]。前后牽引接頭應力分布合理,如圖4,5所示。后牽引接頭的最大等效應力為97.1MPa。


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