寬體礦用自卸車(chē)前軸氣室支架有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

惠鵬，劉琪，劉喜生，曹艷子

（陜西漢德車(chē)橋有限公司，陜西 西安 710201）

1 重型礦用自卸車(chē)前軸的氣室支架概述

重型礦用自卸車(chē)目前廣泛應(yīng)用在各個(gè)礦區(qū)，其作業(yè)環(huán)境惡劣，工況差，不同于一般的載貨車(chē)和自卸車(chē)，其工況決定整車(chē)頻發(fā)制動(dòng)，并且前軸在制動(dòng)過(guò)程中，往往由于質(zhì)量轉(zhuǎn)移，負(fù)荷增大，所以對(duì)于整車(chē)來(lái)說(shuō)，前橋的制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性要求應(yīng)更高，而氣室支架作為制動(dòng)系統(tǒng)重要的承載件，對(duì)其強(qiáng)度和剛度有必要強(qiáng)化設(shè)計(jì)。

本文通過(guò)有限元分析，提出一種顯著減少氣室支架應(yīng)力以及增加氣室支架剛性的結(jié)構(gòu)方案：支撐面增加支撐筋，背部增加剛性筋。

2 氣室支架優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 建立三維模型

此氣室支架承受氣室反作用力時(shí)，氣室的安裝面與固定的安裝面間僅依靠材料本身厚度提供支撐(初步設(shè)計(jì))，所以在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，在固定的安裝面?zhèn)仍黾右惶幹谓?，同時(shí)為了提高支架的剛性，在背部增加一處剛性筋。有限元模型基于Creo 三維幾何模型建立，三維模型如下圖所示：

2.2 約束與載荷

圖2 氣室支架受力及建立有限元模型

約束在氣室支架與安裝面間的6 個(gè)螺栓過(guò)孔。

加載在氣室支架與氣室的緊固螺母安裝面上。（見(jiàn)圖2）

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F 選取氣室在0.8Mpa 壓力下，穩(wěn)定輸出推桿力。

F=17200N÷2=8600N

2.3 材料屬性

2.4 有限元模型建立

采用四面體單元?jiǎng)澐謱?shí)體網(wǎng)格，網(wǎng)格大小4mm，局部網(wǎng)格優(yōu)化（見(jiàn)圖2）。

2.5 結(jié)果分析

從模擬結(jié)果來(lái)看：

優(yōu)化后模型相對(duì)比優(yōu)化前，剛性上升2.87 倍。

優(yōu)化后模型最大拉應(yīng)力相對(duì)比原方案下降48.1%，安全系數(shù)上升1.93 倍。

從上述結(jié)果來(lái)看，優(yōu)化后氣室支架的可靠性顯著提升。

圖5 優(yōu)化前、后結(jié)果對(duì)比分析

3 結(jié)論

該優(yōu)化設(shè)計(jì)的氣室支架，自2018 年大批量裝配在重型礦用自卸車(chē)轉(zhuǎn)向軸上，截止目前無(wú)一起質(zhì)量問(wèn)題反饋，并且該結(jié)構(gòu)對(duì)鑄造工藝性等無(wú)特殊要求，氣室支架重量?jī)H稍有增加，其增加支撐筋和剛性筋的結(jié)構(gòu)可以顯著提升氣室支架的可靠性（剛性提升，應(yīng)力下降），其設(shè)計(jì)思路具有廣泛適用性，類(lèi)似結(jié)構(gòu)均可參照設(shè)計(jì)。