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        寬體礦用自卸車前軸氣室支架有限元分析及優(yōu)化設(shè)計

        2019-08-15 16:03:00惠鵬劉琪劉喜生曹艷子
        汽車實用技術(shù) 2019年15期
        關(guān)鍵詞:前軸自卸車氣室

        惠鵬,劉琪,劉喜生,曹艷子

        (陜西漢德車橋有限公司,陜西 西安 710201)

        1 重型礦用自卸車前軸的氣室支架概述

        重型礦用自卸車目前廣泛應(yīng)用在各個礦區(qū),其作業(yè)環(huán)境惡劣,工況差,不同于一般的載貨車和自卸車,其工況決定整車頻發(fā)制動,并且前軸在制動過程中,往往由于質(zhì)量轉(zhuǎn)移,負(fù)荷增大,所以對于整車來說,前橋的制動系統(tǒng)的可靠性要求應(yīng)更高,而氣室支架作為制動系統(tǒng)重要的承載件,對其強度和剛度有必要強化設(shè)計。

        本文通過有限元分析,提出一種顯著減少氣室支架應(yīng)力以及增加氣室支架剛性的結(jié)構(gòu)方案:支撐面增加支撐筋,背部增加剛性筋。

        2 氣室支架優(yōu)化設(shè)計

        2.1 建立三維模型

        此氣室支架承受氣室反作用力時,氣室的安裝面與固定的安裝面間僅依靠材料本身厚度提供支撐(初步設(shè)計),所以在優(yōu)化設(shè)計時,在固定的安裝面?zhèn)仍黾右惶幹谓?,同時為了提高支架的剛性,在背部增加一處剛性筋。有限元模型基于Creo 三維幾何模型建立,三維模型如下圖所示:

        2.2 約束與載荷

        圖2 氣室支架受力及建立有限元模型

        約束在氣室支架與安裝面間的6 個螺栓過孔。

        加載在氣室支架與氣室的緊固螺母安裝面上。(見圖2)

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        F 選取氣室在0.8Mpa 壓力下,穩(wěn)定輸出推桿力。

        F=17200N÷2=8600N

        2.3 材料屬性

        2.4 有限元模型建立

        采用四面體單元劃分實體網(wǎng)格,網(wǎng)格大小4mm,局部網(wǎng)格優(yōu)化(見圖2)。

        2.5 結(jié)果分析

        從模擬結(jié)果來看:

        優(yōu)化后模型相對比優(yōu)化前,剛性上升2.87 倍。

        優(yōu)化后模型最大拉應(yīng)力相對比原方案下降48.1%,安全系數(shù)上升1.93 倍。

        從上述結(jié)果來看,優(yōu)化后氣室支架的可靠性顯著提升。

        圖5 優(yōu)化前、后結(jié)果對比分析

        3 結(jié)論

        該優(yōu)化設(shè)計的氣室支架,自2018 年大批量裝配在重型礦用自卸車轉(zhuǎn)向軸上,截止目前無一起質(zhì)量問題反饋,并且該結(jié)構(gòu)對鑄造工藝性等無特殊要求,氣室支架重量僅稍有增加,其增加支撐筋和剛性筋的結(jié)構(gòu)可以顯著提升氣室支架的可靠性(剛性提升,應(yīng)力下降),其設(shè)計思路具有廣泛適用性,類似結(jié)構(gòu)均可參照設(shè)計。

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