防爆膠輪車車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

防爆膠輪車車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

0細分析計算時仔細分析海防膠輪車是用于接收和運輸貨物的特殊運輸設(shè)備。它可以雙向行駛，操作方便。然而，這種膠輪車通常工作在惡劣環(huán)境中，因此有必要仔細分析和計算結(jié)構(gòu)。在膠輪車的總體結(jié)構(gòu)中，由于車架應(yīng)承受油罐、冷凍裝置、電機和貨物的重量，因此無論膠輪車如何在惡劣道路上行駛，都應(yīng)注意駕駛員負荷的影響。有時，動力值大于靜力值，這可能會導(dǎo)致主要部件結(jié)構(gòu)的失敗。因此，對膠輪車進行動態(tài)模擬分析，優(yōu)化膠輪車車架，局部改善現(xiàn)有車架結(jié)構(gòu)，緩解疲勞。1比較與模仿(1)膠輪車動力學(xué)模型對于防爆無軌膠輪車,應(yīng)構(gòu)建動力學(xué)模型進行分析。膠輪車的動力學(xué)模型包括:車架、車架上的變速箱、駕駛操縱、所載貨物和氣電液系統(tǒng)等,以及相應(yīng)路面建模,在ADAMS中所建立的整車模型如圖1所示。(2)u3000血清中的峰值力建立與膠輪車實際運行時相仿的搓板路面的路譜文件,路譜主要參數(shù)設(shè)定如下:該路譜由“平路1—正弦路1—平路2—正弦路2—平路3”組成。其中平路1長50m;正弦路1波長314mm,振幅10mm,長10m;平路2長10m;正弦路2波長1256mm,振幅40mm,長10m;平路3長10m。完成整車模型的建立與相應(yīng)的搓板路面建模后,進行仿真,提取車架與各連接部件在通過搓板路面時的峰值力,如表1所示;動態(tài)過程峰值力與Y向的峰值力之間的數(shù)值十分接近,表明峰值力主要受豎直方向力的影響,因此在對車架進行動態(tài)應(yīng)力分析的邊界設(shè)置中,可以用峰值力近似地代替豎直方向的峰值力進行加載。2前車架動態(tài)應(yīng)力場分析把建立的ADAMS模型導(dǎo)入ANSYS軟件中進行動態(tài)應(yīng)力分析。首先預(yù)設(shè)好相關(guān)的參數(shù)值、求解、進行后處理,按照這些步驟進行應(yīng)力分析,所得車架局部的應(yīng)力分布如圖2所示。經(jīng)過動態(tài)應(yīng)力分析可知:前車架在滿載通過搓板路面時產(chǎn)生的最大動應(yīng)力為305MPa,最大動應(yīng)力出現(xiàn)在上銷軸鉸接下板的圓孔內(nèi)表面,后機架的最大動應(yīng)力為170MPa,出現(xiàn)在下銷軸鉸接板的圓孔內(nèi)表面,從時間上計算,發(fā)生在第2段搓板路面階段。車架在加載所有峰值力時的最大應(yīng)力為305MPa,且最大應(yīng)力發(fā)生在鉸接位置,此處材料一般選用20Cr,而車架其余部位的應(yīng)力均遠小于車架材料的許用應(yīng)力值410MPa,因此可以減輕車架質(zhì)量,對車架進行優(yōu)化設(shè)計。3優(yōu)化車架結(jié)構(gòu)(1)優(yōu)化分析過程在作車架的尺寸優(yōu)化過程中,以車架的板厚作為設(shè)計變量,車架鋼板的應(yīng)力強度作為約束函數(shù),以車架鋼板的總體體積(總體質(zhì)量)作為目標(biāo)函數(shù),進行膠輪車車架的輕量化分析。進行優(yōu)化時,因為質(zhì)量單元的質(zhì)量、殼單元的厚度、梁單元的橫截面屬性以及彈簧單元的剛度等都不是設(shè)計變量,因此它們的屬性可以定義為設(shè)計變量函數(shù)式中p———優(yōu)化的屬性;C0———常量;DVi———設(shè)計變量;Ci———與設(shè)計變量相關(guān)的線性因子。在優(yōu)化時重點分析前車架與后車架的板厚度,在達到安全系數(shù)的前提下,最大程度上降低車架鋼板厚度,達到減重的目的。具體過程如下:首先在HyperWorks軟件中導(dǎo)入車架的實體模型,進行中面抽取,接著劃分網(wǎng)格,對各個優(yōu)化區(qū)域進行定義,分析時,最大應(yīng)力約束從180MPa開始,每次增加10MPa,增加到350MPa為止,依據(jù)分析數(shù)據(jù)結(jié)果,以限定應(yīng)力為橫軸,縱軸分別為前車架側(cè)板、后車架主梁和冷卻器前臉板得到圖形如圖3。由圖3能夠看出:隨限定應(yīng)力值的不斷增加,前車架側(cè)板及冷卻器前臉板厚逐漸降低,而后車架主梁鋼板厚度在限定應(yīng)力為220MPa時,不但沒有降低反而有所升高;還可知限定應(yīng)力條件之下,車架鋼板的厚度整體是下降的。所以在實際設(shè)計過程中,在保證膠輪車車架應(yīng)力安全的前提下,可以適量降低鋼板厚度。4車架結(jié)構(gòu)參數(shù)分析根據(jù)之前進行的優(yōu)化結(jié)果,前車架側(cè)板厚度由原來的12mm減到9mm,后車架側(cè)板板厚減薄4mm,按照新尺寸重新建立車架模型。新車架模型的尺寸為:前車架兩側(cè)板板厚為9mm;后車架主梁鋼板的板厚為8mm。對膠輪車的車架進行尺寸優(yōu)化后,車架的質(zhì)量變?yōu)?856kg;相比較原來機架的質(zhì)量2112kg,車架減輕了12%。車架優(yōu)化后,針對搓板路面工況,對新建立的模型進行應(yīng)力強度分析,所得到的相應(yīng)分析結(jié)果如圖4所示。由圖4可知:膠輪車車架整體剛度有所下降,但對應(yīng)的應(yīng)力在同樣的載荷下是處于升高狀態(tài)的,雖然應(yīng)變會有較大的增加,但是仍然可以能夠達到要求。5車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計以防爆無軌膠輪車為研究對象,仿真模擬無軌膠輪車在搓板形路面路況下行駛時的真實情況,在ANSYS軟件中,對車架進行動態(tài)應(yīng)力分析,得到了相應(yīng)應(yīng)力的分布情況,依據(jù)動態(tài)應(yīng)力分析結(jié)果,在HyperWorks軟件