自卸车(8×4)稳定板优化设计

luodayou5560

自卸车(8×4)采用前顶式举升机构。由于该车载重量大，箱体长(7000 mm)，为确保举升过程中平稳，根据结构及举升过程分析，在距离后翻转支撑2400 mm处设计稳定板机构。在自卸车举升卸货的过程中，车箱质量中心的变化是由于汽车侧应力的变化引起的。分析稳定板在汽车侧应力作用下各部件的应力的变化情况，可以判断受力构件在何位置、何方向最危险，从而为稳定板的结构设计提供帮助。

    1  建立力学模型

    从稳定板的工作结构看，是空间立体结构，从稳定板的受力情况看，是空间力系，必须进行三维应力分析，需采用至少4个角点的立体单元，这与通常的二维应力分析相比，节点的网格数目非常庞大，联立方程总数可达100000以上。为得到较精确数据，必须通过计算机计算，并要求计算机具备一定的存储量。分析采用Pro/E有限元应力分析软件。

    1.1  稳定板受扭力时

    稳定板在实际举升过程中，由于质心偏移受扭矩Mn，根据对举升机构的位置关系求解，运用平面汇交力系分别对举升机构的关键部件取矩后，得到稳定板由该扭矩产生所受的两个力F1、F2。F1、F2为垂直车箱的两个不同方向的力，L为稳定板宽度，G为车箱质量和装载质量(如图1所示)。

    假设G＝200000 N，Mn＝(F1+F2)L，F1=F2＝10000 N。已知举升角α＝48°，α＝2400mm，b＝1500 mm，稳定板的两板间的夹角：

    稳定板与副车架之间的夹角：

    根据稳定板建模，X、Y、Z坐标，有：

    1.2 稳定板受剪力时

    假设自卸车在实际举升时，汽车侧倾角α≤6°，车箱重量对稳定板产生一侧向力Q1(如图示2)，即稳定板受剪力。G＝Q，Q1＝Qsinα＝20000 N。

    根据稳定板建模，X、y、Z坐标，有Fx＝Q1＝20000 N，Fy＝0，F2＝0。

    将以上各力输入程序，给稳定板加材料等限制其自由度，划分元素单元、定义网格、积分阶次等求解应力所要求的各项条件，计算机便开始执行一个完整的数值计算过程。该过程包括单元矩阵的建立、求算单元矩阵的数值积分，把各单元矩阵合成相应于有限元系统的矩阵，并求系统平衡方程的数值解。

    在计算分析的过程中出现了两个主要问题：一是计算的结果不能保证收敛；二是计算机没有足够的内存和硬盘空间。解决第一个问题的办法是调整积分阶次。有限元计算中，要保证收敛性必须有一个最小积分阶次，即将积分阶次调整为保证收敛的最小值。解决第二个问题的办法是：将稳定板的模型尽量简化，计算中将稳定板与车箱纵梁连接支架和与副车架连接支架等零件省略；压缩不影响应力分析的图形特征；减少有限元元素的数量等。

    2  改进前后PRO/E中的零件有限元模型强度分析

    2.1  改进前

    在PRO/E中应用零件标准模块依据机构的尺寸参数来创建特征。在PRO/E软件中采用实体建模，用推生、减材料等基于特征造型的方法实现该装置的三维造型。稳定板经PRO/E软件测量模块测量，质量为205 kg。

    用PRO/E中的仿真分析功能MECHANICA模块进行分析时：对稳定板加载F1、F2，经MECHANICA计算的应力最大值为1567 N/mm2，如图3。

    2.2  改进后

    由于该零件结构特点，不能采用目标函数等数学方法来进行自动优化计算。故此，以应力最小为目标作为判断，通过改动零件的截面和修正零件局部来降低应力反复分析计算，来达到要求。通常经过多次的计算，基本可以达到理想的结果。

    此时，稳定板经PRO/E软件测量后为164kg，其强度应力云图如图4所示。经MECHANICA计算的应力最大值为334 N/mm2。


    改进后，稳定板的重量减轻了41 kg，稳定板的应力值也有所降低。由于软件的求解器问题，在PRO/E中应力值普遍偏大，但也能反映应力分布情况和变化趋势。稳定板所用材料的许用应力σb为373～461N/mm2。

    3  结论

    在上述两种假定受力情况下，最大应力值不超过稳定板所用材料Q235的最大抗拉强度。

    通过多次反复计算，对稳定板进行多次结构上的修改，使应力分布情况有所改变，降低了最大应力，稳定板的结构更合理。用有限元分析可以大大节省时间和物力，提高效率、降低开发成本。

manlian1997

转载专用车杂志上的。不过还是要顶！

qixiaojun

有图就好了，不过还是要谢谢斑竹

wjian

对8乘4的自卸车其横向稳定板是非常重要的.

萧俊宇逸

学习下，好东西，谢谢楼主分享