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铰接式自卸车车架的结构分析及疲劳强度的研究

王秀枝  
【摘要】:铰接式自卸车是在欧洲20世纪60年代发展起来的一种工程车辆,一般来说具有悬挂装置、制动系统、举升和倾斜系统、车架和转向系统,目前在采矿业、铁路工程和水电工程中广泛应用。由于常年在矿砂石路面运行,工作环境复杂,自卸车在行驶过程中要受到地面不平度引起的垂直方向的载荷、转向或侧向风引起的侧向载荷和因加速和制动引起的纵向载荷,车架会有明显的振动和冲击现象,致使车架在使用时产生变形或者断裂。为进一步改善自卸车的产品质量,很有必要对车架进行结构分析和疲劳强度研究。 本文以某设计院设计的铰接式自卸车车架为研究对象,结合车架在实际使用过程中出现的破坏等现象,以计算机辅助设计、有限元法和多体动力学分析等CAE仿真技术为平台,采用疲劳分析软件ANSYS/FE-SAFE对车架的疲劳寿命进行了预测研究。本文所做的主要工作如下: 首先应用三维建模软件SolidWorks建立铰接式自卸车车架及其附件的实体模型,并进行模型简化。利用有限元分析软件ANSYS对车架进行静应力分析。根据实际工作环境分六种工况进行研究,依次为满载静止工况、满载弯扭工况、满载启动工况、满载制动工况、满载转弯工况和满载12°爬坡工况。 然后将自卸车整车实体模型导入多体动力学分析软件ADAMS中,将车架承受的实际载荷等效到车架上。结合自卸车的实际工作环境,分八种不同工况对其进行多体系统动力学仿真,分别为平路满载工况、三角凸台路面工况、V形坑路面工况、矩形坑路面工况、正弦路面工况、左正弦右余弦路面工况、满载下12°斜坡工况和满载上120斜坡工况,得出疲劳分析所需要的车架各处的动载荷。 最后选取了该车架材料的S-N曲线,结合前面得到的静应力分析结果和载荷谱,采用ANSYS/FE-SAFE软件对其进行疲劳寿命分析,获得该车架的疲劳寿命指数和疲劳安全系数。 分析结果表明,该自卸车车架的使用寿命与实际较为吻合。车架疲劳寿命分析方法使得设计人员可以较早地预测车架等部件的产品质量和疲劳寿命,为车架结构的优化设计和进一步改进提供了参考依据。这样可以使企业缩短产品开发周期,降低生产成本,提高产品市场竞争力。


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