防汛搶險(xiǎn)裝袋機(jī)車(chē)架結(jié)構(gòu)受力分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉興燕 侯佼建 張一博

摘 要：作為汽車(chē)承載基體，車(chē)架在裝載、運(yùn)輸和卸載等過(guò)程中承擔(dān)主要載荷，車(chē)架的質(zhì)量對(duì)整車(chē)的使用壽命有著直接的影響。因此，車(chē)架必須具備足夠剛度，以確保在裝袋機(jī)行駛過(guò)程中各部件之間的相對(duì)位置保持不變，且盡量減少車(chē)身變形；同時(shí)，車(chē)架還應(yīng)具有足夠強(qiáng)度以確保其可靠性和使用壽命。采用有限元分析方法分析了車(chē)架受力情況，主要對(duì)車(chē)架在靜態(tài)彎曲、扭轉(zhuǎn)工況下進(jìn)行了研究，并對(duì)車(chē)架進(jìn)行動(dòng)態(tài)模態(tài)分析，從而校核計(jì)算車(chē)架的剛度、強(qiáng)度；最終建立了防汛搶險(xiǎn)裝袋機(jī)車(chē)架的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保機(jī)器在滿足使用需求的同時(shí)具有最佳的效率和性能。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在確保車(chē)架強(qiáng)度、剛度滿足要求的前提下，能夠有效地減少車(chē)架的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：裝袋機(jī)；車(chē)架；ＡＮＳＹＳ；靜態(tài)分析；模態(tài)分析；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＶ５３；ＴＶ８７７ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．００９

引用格式：劉興燕，侯佼建，張一博．防汛搶險(xiǎn)裝袋機(jī)車(chē)架結(jié)構(gòu)受力分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１２）：４７－５３．

０ 引言

沙袋在堤壩防洪和緊急救援中應(yīng)用廣泛。沙袋灌裝效率在防汛應(yīng)急救援中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，自動(dòng)裝填技術(shù)是提高沙袋灌裝效率的關(guān)鍵技術(shù)之一［１－２］ 。本文研究對(duì)象為防汛搶險(xiǎn)裝袋機(jī)，其在使用時(shí)主要用于車(chē)架上支撐傳送帶傳輸運(yùn)載物。車(chē)架作為承載基體，在裝載、運(yùn)輸和卸載等過(guò)程中承擔(dān)主要載荷，因此車(chē)架必須具備足夠的剛度和強(qiáng)度以確保整車(chē)的正常使用。此外，當(dāng)車(chē)輛通過(guò)凹凸不平的路面時(shí)，車(chē)架可能會(huì)發(fā)生振動(dòng)，并引發(fā)共振效應(yīng)，從而對(duì)車(chē)架造成結(jié)構(gòu)性破壞。因此，有必要對(duì)裝袋機(jī)車(chē)架進(jìn)行靜態(tài)、模態(tài)特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

有限元法是一種以計(jì)算機(jī)為手段，針對(duì)大型問(wèn)題進(jìn)行求解的方法，其未知數(shù)的個(gè)數(shù)可以成千上萬(wàn)，是解決復(fù)雜力學(xué)問(wèn)題的有效工具。目前，由于國(guó)內(nèi)外針對(duì)裝袋機(jī)車(chē)架進(jìn)行有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化的相關(guān)研究較少，因此仍有許多學(xué)者在其他車(chē)型車(chē)架的有限元分析方面進(jìn)行了大量深入的研究，這表明了有限元分析在車(chē)架設(shè)計(jì)中的重要性。國(guó)外學(xué)者從２０ 世紀(jì)６０ 年代中后期就開(kāi)始了對(duì)車(chē)架的有限元靜態(tài)分析，并且采用有限元法對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了輔助設(shè)計(jì)［３－７］ ； 同時(shí)Ｋｒａｗｃｚｕｋ 等［８］ 采用有限元法對(duì)貨車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)研究。目前，利用有限元法分析汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)在我國(guó)也已經(jīng)非常普遍［９－１３］ 。在動(dòng)態(tài)分析方面，鄭兆昌等［９］ 研究了貨車(chē)車(chē)架的動(dòng)態(tài)特性，采用車(chē)架模態(tài)分析方法，對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了直接評(píng)價(jià)。馬迅等［１０］ 將部分截面尺寸視作可優(yōu)化的變量，將車(chē)架變形及一階頻率視作約束，對(duì)彎曲工況和扭轉(zhuǎn)工況進(jìn)行分析，對(duì)某車(chē)架結(jié)構(gòu)取得了減重１３．３１％的效果。