某自卸車下兜梁分析及改進(jìn)

王玉帥，李康

(中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，山西太原 030051)

某自卸車下兜梁分析及改進(jìn)

王玉帥，李康

(中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，山西太原 030051)

針對(duì)實(shí)際中某型自卸車兜梁故障率比較高的情況，將兜梁放入到整車環(huán)境中進(jìn)行彎扭工況的有限元分析，并對(duì)兜梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。對(duì)比改進(jìn)前后的分析結(jié)果可知，改進(jìn)后的兜梁明顯優(yōu)于原兜梁，改進(jìn)方案是合理有效的。

兜梁；結(jié)構(gòu)改進(jìn)；有限元分析

Abstract:Aiming at the high failure rate of sub frame of a dump truck,the finite element method was used to analyze the sub frame in whole vehicle environment.The sub frame structure was redesigned.Meanwhile the analyses were done for the frame before and after improvement.Analysis results show that the improved frame is certainly better than frame unimproved and improvement measures are reasonable.

Keywords:Sub frame； Structure improvement；Finite element method

0 引言

載貨汽車的大梁承擔(dān)發(fā)動(dòng)機(jī)、車身、底盤、貨物和乘客等質(zhì)量，而且還承受汽車行駛時(shí)所產(chǎn)生的各種力和力矩。在汽車設(shè)計(jì)中，為了增加車架的剛度，除了需要將車架上的左右縱梁通過(guò)橫梁連接外，還要通過(guò)增加車架下兜梁來(lái)進(jìn)一步加大車架的連接剛度。目前改裝載貨汽車的大梁可靠性是人們?cè)谄囓嚰茉O(shè)計(jì)中的研究重點(diǎn)，但是自卸車車架的兜梁在實(shí)際中故障率較高的問(wèn)題(如圖1)卻少有人研究[1-3]。文中針對(duì)某自卸車下兜梁側(cè)板易斷裂的問(wèn)題進(jìn)行有限元分析，并提出改進(jìn)方案，優(yōu)化零部件，以降低市場(chǎng)上該部件的故障率，降低售后成本。

1 模型的建立及分析

根據(jù)兜梁實(shí)物，測(cè)量其各個(gè)位置的尺寸，采用三維軟件建立兜梁的幾何模型(圖2)。將幾何模型導(dǎo)入到Hypermesh軟件中進(jìn)行有限元分析。

由于自卸車工作環(huán)境多位于道路極其不平的山路，汽車的大梁和兜梁受到來(lái)自車身的復(fù)雜載荷的影響以及道路不平所產(chǎn)生的彎扭變形[4-5]，故將兜梁放入整車環(huán)境中進(jìn)行有限元分析，將車架輪胎對(duì)角抬高175 mm。兜梁的材料屬性如表1所示。

表1 兜梁的材料屬性

經(jīng)過(guò)分析,兜梁局部應(yīng)力圖如圖3所示，可以看出:原兜梁的側(cè)板邊緣處最大應(yīng)力達(dá)到780 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了材料的屈服強(qiáng)度。在實(shí)際工作過(guò)程中，兜梁的損壞處與最大應(yīng)力位置相同，因此應(yīng)該改進(jìn)該結(jié)構(gòu)。

2 改進(jìn)方案分析

2.1 模型改進(jìn)方案

在不改變材料的情況下，將原來(lái)的焊接總成改為3個(gè)零件使用螺栓連接結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)如圖4所示。側(cè)板改為四邊形，側(cè)邊加寬10 mm，并且向上翻出10 mm左右的翻邊，在下面增加2個(gè)螺栓孔；加強(qiáng)筋增加往外的折彎，并且增加6個(gè)螺栓孔；槽型梁除了增加相應(yīng)的安裝孔外不做改變。

2.2 改進(jìn)后分析結(jié)果

將改進(jìn)后的模型放到相同的條件下分析，改進(jìn)后局部應(yīng)力如圖5所示。由分析結(jié)果可知：兜梁易壞處的應(yīng)力有明顯減小，由原來(lái)的780 MPa減小到497 MPa，改善效果達(dá)到36%。

3 結(jié)論

原兜梁損壞的主要原因是側(cè)板的強(qiáng)度不足，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中極易損壞。對(duì)兜梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)后，翻邊處應(yīng)力在497 MPa左右，而改進(jìn)前邊緣處的應(yīng)力高達(dá)780 MPa，在邊緣處改善效果達(dá)到36%。改進(jìn)后的模型預(yù)計(jì)可以大幅降低市場(chǎng)上的故障率，而且改進(jìn)后模型假設(shè)損壞后只需要將其中一個(gè)零件拆除后更換即可，不需要全部報(bào)廢，可以有效控制售后維護(hù)費(fèi)用。從分析中可以看出原兜梁應(yīng)力最大點(diǎn)處就是實(shí)際斷裂處，說(shuō)明分析再現(xiàn)了兜梁損壞的主要工況模式，分析結(jié)果可靠。

【1】 林紹義,林可春,鄧輝明,等.一種改裝載貨汽車大梁建模與分析[J].機(jī)電技術(shù)，2010,33(2):11-13.

【2】 廖日東,王健,左正興,等.有限元技術(shù)在載貨車輛車架分析中的應(yīng)用[J].車輛與動(dòng)力技術(shù),2006 (2):54-59.

【3】 東風(fēng)汽車有限公司.一種車架下兜梁:中國(guó),201020039541.2[P].2010-09-15.

【4】 方其讓,蘇嘉理,劉詩(shī)云.某微型客車后懸架橫拉桿支架斷裂分析及改進(jìn)[J].汽車技術(shù),2006 (12):24-26.

【5】 林紹義,林可春,鄧輝明,等.一種改裝載貨汽車大梁有限元分析[J].機(jī)電技術(shù),2011(2):58-59.

AnalysisandStructureImprovementofSubFrameofaDumpTruck

WANG Yushuai，LI Kang

(College of Mechanical & Power Engineering，The North University of China，Taiyuan Shanxi 030051，China)

2014-09-11

王玉帥(1988—)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)檐囕v振動(dòng)與噪聲。E-mail：776592578@qq.com。