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主副一体式自卸车车架动力学分析及优化

赵利杰  
【摘要】:车架是自卸车的主要承载基体。在自卸车行驶过程中,车架要承受路面和动力传动装置等的激励,当车架的固有频率与外部其他因素产生的激励频率传递至车架发生耦合时,车架就会发生共振,这不仅会影响车架使用性能,甚至会引起结构和零部件的破坏和疲劳失效;车架外部激励是车架动态特性分析的基本输入,因此如何经济、方便、准确地获得外部激励就成为车架动态特性分析的基本任务;此外,车架作为基础部件,其结构尺寸是否合理在很大程度上影响整车的重心和动态特性等性能参数。因此,本文以DT002主副一体式自卸车车架为研究对象,在对车架进行模态分析的基础上,对整车数值动力学模型、多体动力学模型和实车试验测得的车架动态载荷历程进行了对比,并以车架一阶模态和车架重量为目标,对其进行了尺寸优化设计,进一步实现了车架的低重心、轻量化设计。为了分析DT002车架的动态特性,本文首先利用六分力测量仪采集了实际路面载荷,经过分析处理得到了路面载荷的频域响应谱,由结果可知路面激励产生的车架动态响应频率大多在5Hz以下。其次建立了车架的有限元模型,对车架进行了计算模态和试验模态对比分析,获取其前十阶模态特性,分析表明,除了二阶与十阶外,各阶计算模态误差均小于5%,其低阶模态表现良好,避开了路面激励频率和发动机激励频率,验证了车架有限元模型的合理性;然后,为了得到在典型路面行驶状态下车架的路面激励,分别建立了整车动力学数学模型和多体动力学数字模型,进行了整车场地及道路试验,对模型的仿真结果进行了对比分析,为车架的动态特性分析提供了基本的输入;在上述分析的基础上,对整车多体动力学数字模型在C、D级典型路面工况下的运动进行仿真分析,得到车架的动态应力特性曲线,找出了车架最大应力点位置;最后,在保持车架原有结构形态的基础上,考虑到车架结构件板厚对其低阶模态频率和整车轻量化的影响,以板厚为设计变量,以整车质量和一阶模态频率为目标,对车架主要部件进行了灵敏度分析,以确定各部件板厚对车架整体性能的影响大小,而且对优化后车架的静态特性和模态进行了校核。本文较为系统地对DT002一体式专用自卸车车架动态特性进行了分析研究,为车架的下一步升级改进、优化设计提供了基础数据,另一方面也为企业储备了DT002车架的相关技术数据,为今后整车的量产提供了技术参考。


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