前頂自卸車臺車底板結(jié)構(gòu)的有限元分析

前頂自卸車臺車底板結(jié)構(gòu)的有限元分析

通過對兩種典型多輛車頂板結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，以及對比較和經(jīng)濟(jì)分析，為優(yōu)化和設(shè)計(jì)多輛車的結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。1自卸車底板結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性分析隨著自卸車應(yīng)用的日趨廣泛,前頂自卸車因液壓系統(tǒng)故障率低、整車質(zhì)心點(diǎn)低而行車穩(wěn)定、車廂長度可制作到5.5m以上等特點(diǎn),正在逐漸大量替代腹舉自卸車(即中頂自卸車)而成為自卸車中的主導(dǎo)產(chǎn)品。由于前頂自卸車油缸安裝在車廂前端,在車廂底板設(shè)計(jì)時(shí),與腹舉自卸車的車廂底板相比有了很大的改進(jìn)空間。目前,前頂自卸車車廂底板的結(jié)構(gòu)形式逐漸多樣化,有2道縱梁結(jié)構(gòu)、4道縱梁結(jié)構(gòu)、多道橫梁結(jié)構(gòu)等。因此,很有必要對該類車型的幾種典型車廂底板結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析,并通過有限元的靜力分析、疲勞分析和車廂底板的自質(zhì)量計(jì)算,為車廂底板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。根據(jù)市場調(diào)研,目前采用4道縱梁結(jié)構(gòu)和多道橫梁結(jié)構(gòu)的較為普遍,故此對這2種車廂底板結(jié)構(gòu)的受力進(jìn)行分析,同時(shí)對提高車廂底板的經(jīng)濟(jì)性有一定的幫助。22縱梁結(jié)構(gòu)底板以6.2m前頂自卸車車廂為例,在前欄板和側(cè)欄板都相同的情況下,分別采用多道橫梁結(jié)構(gòu)底板和4道縱梁結(jié)構(gòu)底板的結(jié)構(gòu)形式。該2種車廂底板鋪板均為厚度10mm的Q235鋼板;而扣槽均采用Q345鋼板,其中多道橫梁結(jié)構(gòu)底板的扣槽厚度為5～6mm,4道縱梁結(jié)構(gòu)底板的縱梁扣槽厚度為6～8mm,其它扣槽厚度為4～6mm。采用SolidWorks進(jìn)行幾何建模,得到2種結(jié)構(gòu)底板如圖1、圖2所示。32對于不同的底板，有限分析運(yùn)用SolidWorks中COSMOSWorks進(jìn)行靜力分析和疲勞分析。3.1多道規(guī)劃結(jié)構(gòu)底板鋪板的應(yīng)力強(qiáng)度和變形位移為了更清晰地反映受力情形,簡化分析過程,考慮到車廂底板結(jié)構(gòu)的對稱性,對車廂進(jìn)行半廂分析。運(yùn)行COSMOSWorks,在算例中選擇靜力分析選項(xiàng)并對以上2種底板分別進(jìn)行,所定義內(nèi)容完全相同。材質(zhì)中假定底板全部為Q235并施加材料屬性,根據(jù)車廂的工作和受力特點(diǎn),對其進(jìn)行約束和加載:約束以油缸上支座孔和車廂翻轉(zhuǎn)座孔兩處定義為固定約束;加載以垂直于底板上表面均勻施加壓力。假定車廂內(nèi)貨物質(zhì)量為50t,經(jīng)計(jì)算,均勻壓力為35063N/m2。定義完成后,生成網(wǎng)格并運(yùn)行得到靜力分析結(jié)果,然后對靜力分析結(jié)果中的應(yīng)力強(qiáng)度數(shù)據(jù)和變形位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。經(jīng)圖3的顯示數(shù)據(jù)結(jié)合圖4的探測結(jié)果得出多道橫梁結(jié)構(gòu)底板應(yīng)力結(jié)果在8～225MPa的區(qū)間范圍;經(jīng)圖5的顯示數(shù)據(jù)結(jié)合圖6的探測結(jié)果得出4道縱梁結(jié)構(gòu)底板的應(yīng)力結(jié)果在10～255MPa的區(qū)間范圍,根據(jù)強(qiáng)度理論可知:σ≤[σ],[σ]=σs/n,式中:[σ]為材料的許用應(yīng)力;σs為材料的屈服極限;n為安全系數(shù),一般n=1.2。由于底板鋪板多為Q235鋼板,而底板扣槽為Q345鋼板,所以σs分別取235、345MPa,計(jì)算可得[σ]=195、287MPa。經(jīng)進(jìn)一步分析,圖3、圖5中底板鋪板云圖顏色與強(qiáng)度數(shù)值云圖顏色相對照,可得出多道橫梁結(jié)構(gòu)底板鋪板應(yīng)力強(qiáng)度在142MPa以下,4道縱梁結(jié)構(gòu)底板鋪板應(yīng)力強(qiáng)度在173MPa以下,2種底板鋪板和扣槽均工作在彈性工作區(qū)內(nèi)。由圖7的顯示數(shù)據(jù)分析及隨機(jī)探測的結(jié)果顯示,多道橫梁結(jié)構(gòu)底板變形位移在1～30mm范圍;由圖8的顯示數(shù)據(jù)分析及隨機(jī)探測的結(jié)果顯示,4道縱梁結(jié)構(gòu)底板的變形位移在1～38mm范圍。通過靜力分析,得出多道橫梁結(jié)構(gòu)底板比4道縱梁結(jié)構(gòu)底板的應(yīng)力強(qiáng)度和變形位移數(shù)值要小。3.2底板安全系數(shù)及使用循環(huán)周期次數(shù)分析運(yùn)行COSMOSWorks,在算例中選擇疲勞分析選項(xiàng)并對所述的2種底板分別進(jìn)行分析,根據(jù)相關(guān)的材料手冊,在實(shí)體應(yīng)用材料中定義相對應(yīng)的S-N曲線,其它項(xiàng)定義內(nèi)容完全相同。由圖9、圖10底板安全系數(shù)圖解的分析可得出,多道橫梁結(jié)構(gòu)底板受力最大處(安全性能最薄弱處)的安全系數(shù)為2.2;而4道縱梁結(jié)構(gòu)底板受力最大處的安全系數(shù)為1.7。由圖11、圖12底板生命總數(shù)圖解即車廂的使用循環(huán)周期次數(shù)的分析,可得出2種結(jié)構(gòu)底板的使用次數(shù)均在83.5萬次左右。由圖13、圖14底板損壞數(shù)值圖解的分析,可得出多道橫梁結(jié)構(gòu)底板損壞數(shù)值為8‰,4道縱梁結(jié)構(gòu)底板損壞數(shù)值為24‰,多道橫梁結(jié)構(gòu)底板損壞數(shù)值僅為4道縱梁結(jié)構(gòu)底板損壞數(shù)值的1/3。4多道規(guī)劃底板的經(jīng)濟(jì)性通過對多道橫梁結(jié)構(gòu)車廂底板和4道縱梁結(jié)構(gòu)車廂底板的有限元的靜力和疲勞分析,可以得出:疲勞分析中的生命總數(shù)圖解的數(shù)值接近相同,2種結(jié)構(gòu)底板的使用次數(shù)均在83.5萬次左右。根據(jù)自卸車一般的使用工況,假定每天裝卸次數(shù)為30次,每年300天,經(jīng)計(jì)算完全滿足自卸車使用年限為5年的要求;此外,多道橫梁結(jié)構(gòu)車廂底板的性能也優(yōu)于4道縱梁結(jié)構(gòu)車廂底板;經(jīng)計(jì)算多道橫梁結(jié)構(gòu)車廂底板比4道縱梁結(jié)構(gòu)車廂底板的重量至少要輕120kg。多道橫梁結(jié)構(gòu)車廂底板的