基于CAE軟件對某非公路寬體礦用自卸車車架斷裂故障的仿真分析

胡玉龍 倪亮軍 徐國坤 楊志杰 李哲

摘 要：某公司新款非公路寬體礦用自卸車在礦山使用不到1年，便發(fā)生多個礦區(qū)車架總成批量斷裂故障，且故障高度統(tǒng)一。為解決車架斷裂故障問題，現(xiàn)應(yīng)用CAE有限元分析軟件，建立仿真模型，結(jié)合典型工況特征，對故障車架進行強度分析，確定車架斷裂的根本原因，并為車架的改進提供相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：非公路寬體礦用自卸車;車架總成;有限元分析

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）19-174-02

Simulation Analysis of Fracture Failure of a Off-Road Wide-body Dump Truck

Frame Based on CAE

Hu Yulong， Ni Liangjun， Xu Guokun， Yang Zhijie， Li Zhe

（Shaanxi HanDe Axle Co.， Ltd， Shaanxi Xi'an 710200）

Abstract： A company's new Off-Road wide-body mining dump truck has been used in the mine for less than one year， and multiple fractures of the frame assembly in the mining area occurred in batches， and the failures were highly uniform， In order to solve the problem of frame fracture failure， CAE finite element analysis software is now used to establish a simulation model， combined with the characteristics of typical working conditions， to analyze the strength of the failed frame ， and determine the root cause of the frame fracture. Improve and provide relevant suggestions.

Keywords： Off-Road wide-body mining dump truck; Frame assembly; Finite element analysis

CLC NO.： U467 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-174-02

前言

車架不僅是寬體車的裝配基體，還承受著來自裝載沖擊、路面顛簸等各種載荷，因此，寬體車車架必須有足夠的強度和剛度以承受各種載荷，本文利用CAE分析軟件，通過建立車架仿真模型，結(jié)合典型工況，對故障車架進行CAE強度分析，確定車架斷裂的根本原因，并為車架的改進提供相關(guān)建議。

1 分析模型及參數(shù)

1.1 幾何模型的建立

用三維軟件建立完整的車架模型，模型包括車架所有主要部件（車架縱梁、橫梁、連接板等）及所有集中質(zhì)量安裝部件（駕駛室支架、發(fā)動機及變速箱懸置等），如圖1所示。

1.2 相關(guān)參數(shù)的確定

集中質(zhì)量相關(guān)參數(shù)如表1所示。

材料相關(guān)參數(shù)如表2所示。

1.3 有限元模型的建立

1）由于計算機硬件設(shè)備的限制，以及計算結(jié)果的影響較小等因素，車架某些結(jié)構(gòu)可以適當(dāng)進行簡化處理。

2）懸架及輪胎的模擬：輪胎剛度忽略。

3）集中質(zhì)量的模擬：駕駛室、右翼板、動力總成、電瓶箱、油箱用位于質(zhì)心位置的集中質(zhì)量點來模擬。

4）最后建立的有限元模型如下圖2所示。

2 分析工況描述

由于礦上的工況計較復(fù)雜，且多變，現(xiàn)結(jié)合多工地工況，共模擬3種典型工況，分析車架在多種工況下的受力情況，來判斷車架的抗彎、抗扭強度是否滿足工況的要求，同時確定車架不同位置斷裂的根本原因。工況明細如表3所示。

3 數(shù)據(jù)提取分析

3.1 彎曲工況

模擬整車滿載路跑時車架應(yīng)力，最大應(yīng)力在右縱梁在三橫下連接板連接孔處，應(yīng)力值432.2MPa>350MPa，應(yīng)力值偏高且最大應(yīng)力區(qū)域正好與礦區(qū)斷裂故障一致，如圖3所示。

3.2 扭轉(zhuǎn)工況

模擬滿載時左前輪滾上凸臺，同時，右前輪滾到坑里，該狀態(tài)屬于較惡劣工況，加強管粱左側(cè)連接板與橫梁處230.6Mp>172MPa，大應(yīng)力區(qū)域與故障點一致，如圖4所示。

3.3 制動工況

模擬重載下坡制動工況，坡度20%，加左縱梁下翼面前簧后架后端處441Mp>350MPa，大應(yīng)力區(qū)域與故障點一致，如圖5所示。

4 總結(jié)

在非公路礦體礦用自卸車車架CAE分析計算中，可以看出以下幾點：

1）在滿載路跑彎曲工況下，車架縱梁的最大應(yīng)力達到432Mp，應(yīng)力值已超縱梁材料許用值350MPa，可以看出車架的彎曲剛度不足，建議優(yōu)化車架彎曲剛度;

2）在扭轉(zhuǎn)兩工況，加強管粱的應(yīng)力達到230Mp，應(yīng)力值已超橫梁材料的許用值172MPa，可以看出車架的扭轉(zhuǎn)剛度不足，建議優(yōu)化車架扭轉(zhuǎn)剛度;

3）在制動工況下，縱梁前簧后支架處，應(yīng)力值達到441MPa，應(yīng)力值已超縱梁許用值350MPa建議對車架局部強度加強。

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