混凝土搅拌车车架的静动态特性分析及改进

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1、万方数据74混凝土搅拌车车架的静动态特性分析及改进关丽坤1，张凯2(1．内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010；2．太原钢铁集团五轧厂，山西太原030000)[摘要]为分析某型号12m3混凝土搅拌运输车在短期使用即出现车架裂纹现象，借助ANSYS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]TU646[文献标识码]B

2、[文章编号]1001—554X(2010}04-0074—05StaticanddynamiccharacteristicsoftheconcretemixerframeanalysisandoptimizationGUANLi-kun．ZHANGKai我国某汽车制造厂生产的12m3混凝土搅拌运输车，在正常使用6个月左右车架便出现裂纹，甚至发生车架直接断裂现象，严重影响了整车的使用寿命和驾驶人员的安全。为了对该车架进行刚度、强度分析，找出破坏原因，进而提出改进方案，本文利用ANSYS有限元分析软件对该车

3、架进行静态和谐响应分析。1有限元模型的建立混凝土搅拌车的车架包括主、副车架两部分，两者通过铆接和焊接连接在一起，主要由纵梁、横梁、斜梁以及加强梁组成。副车架的作用是将专用装置与底盘连接在一起，同时在使用过程中随同主车架承受弯曲和扭转的作用力。副车架同底盘采用止推板连接，同时在其前端采用U形螺栓与主车架连接在一起，止推板可以约束副车架在主车架上的水平位移，U形螺栓可以约束副车架在垂直方向的位移。主车架和副车架的主要尺寸及连接方式如图1所示。主车架纵梁为槽钢，5根横梁为工字钢，副梁为钢板焊接的箱形结构；横梁

4、、斜梁的材料为Q235一A，车架纵梁及其加强梁材料为16Mn钢。材料的弹性模量为2．06×105MPa，泊松比为0．3，密度为7．859／era3。为了便于求解，本文把主副车架简化为一体后进行分析。在建立模型时忽略其些细节如塞焊孔、连接b副车架主要尺寸c副车架和主车架的连接方式图1主车架和副车架的主要尺寸及连接方式板、焊接小件等，不影响整体刚度和强度。由于车架均是由一系列薄壁件组成的结构，且形状复杂，宜离散为板壳单元SHELL63，车架模型采用COMBIN14弹簧阻尼单元来模拟各个支撑。车架前端通过吊耳

5、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]2010—01—06[通讯地址]关丽坤，包头市内蒙古科技大学机械工程学院建筑札钱2010．04(上半月刊)万方数据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2根车轴连接。在每个车轴上共有4个轮胎，车身每侧有2个。因此，每侧可以看作1个板簧和4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C后=2163N／m

6、m。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C吊=358N／l'nlTl。最终的车架有限元模型共有节点数53970个，单元数53420个，其中板壳单元为53408个，弹簧单元为12个。2车架的静力分析2．1作用在车架上的载荷及3种计算工况在分析车架应力时，施加在车架上的主要载荷有：发动机总成5600N、驾驶室及乘员6000N、满载的罐体约为3X105N，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

7、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233007N；后支撑对车架的作用力为198983N，均以均布载荷的形式施加于车架纵梁相应部位，分别为11．65N／mm和9．95N／mm，作用位置如图1所示A、B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

8、2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3种计算工况：(1)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；(2)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4m／s2；(3)车辆满载弯扭。弯扭联合工况指前桥一个车轮驶上70mm凸台，同时后桥另一侧的一个车轮驶上70mm凸台，其余车轮处于同一水平路面上时车架的应力和