CAD/CAE/CAPP/CAM
现代制造工程( Modern Mamufacturing Engineering)
2013年第7期
某特种
半挂车车架的静态特性研究
张润东,孙桓五,帝瑞静,齐东东,郑南豆
(太原理工大学车辆工程系,太原030024)
摘要:在调研某特种半挂车实际使用过程中常见故障的基础上,建立了以板壳单元为基本单元的车架有限元分析模型,
分析了该半挂车在弯曲工况、扭转工况、紧急制动工况和紧急转弯工况下的应力分布和变形情况,提出了优化改进方
法,并对改进后的模型进行了进一步的验算。
关键词:半挂车车架;有限元分析;静态分析
中图分类号:TP391.72文獻标志码:A文拿编号:1671-3133(2013)07-0038-05
Study on static characteristic for some special semi-trailer frame
Zhang Rundong, Sun Huanwu, Di Ruijing, @i Dongdong, Zheng Nandou
( Department of Vehicle Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan030024, China)
the research on common failures in the process of actual use. The stress distrbution and defrmation of the semi-trailer frame in
bending condit wi ng coni on, me eny aking co itio and mer ey m coni ion are analyzed. The construction is
updated according to the results, and the computations are cheeked
Key words: semi-trailer frame; finite element analysis; static analysis
空气悬架连接四个车桥,车架主要参数见表2。
0引穹
亵1车架材枓特性
国产某特种半挂车目前广泛应用于部队长途运
参数
参数值
输履带式重型装备中。这种运输履带车辆的半挂车弹性模量x10/(N?m-2
在高速公路及城市略段行驶时,可减少履带车辆对路泊松比
0.310
面造成的破坏。该车也经常越野行驶在路面状况较
密度x10-6/(g?m~3
屈服蛋度/(N?m-2)
差的路段,行驶工况变化较大。车架作为半挂车最主
要的承载部件,其性能的好坏是衡量半挂车质量的重
2车架主争数
要指标。本文结合故障车辆的频发问题,通过对车架
参数
參数值
进行静态特性分析,在了解该车特性的基础上,找出
故障发生的原因所在,并提出改进措施,从而为改进宽
1966
和提高产品的质量提供依据。
高/
轴距/mm
14D5
车架参数及常见故障
车架质量/kg
11400
载质量/g
38000
本文所研究半挂车属于超重型半挂车,其车架为
钢板弹刚度/(N?m)
78500
所承线坦克的单似带宽/m
鹅颈式车架,載质量为38t。该车架是由两根纵梁、若所系坦克的履带着地长/am
406
干根横梁、翼梁和边梁等焊接而成的框架结构。材料所承载坦克的履带中心距/mm
2700
选用低合金结构钢16Mnl,车架材料特性如表1所示。
该车架前部可通过牵引销连接牵引车,中前部可停放
该半挂车使用工况复杂,承受載荷较大,是一个
坦克,尾部可连接渡板,表面铺有承载板。下部通过复杂的多自由度振动系统,不仅要承受所承载装备的
2012年太原市大学生创新创业人才计划资助项目(120164078
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万方数据
张润东,等:某特种半挂车车架的静态特性研究
2013年第7期
重量,还要受到路面不平度的激励,会发生复杂的随形外,还存在中面的拉、压和剪切变形,更接近于车架
机振动。因此,车架的强度不仅关系到整车能否正常受力的真实状态,所以,本文选用壳单元进行网格划
行驶,还关系到整车的安全性和稳定性。笔者结合实分。具体采用的壳单元为SHEL3弹性板壳单元,该
际维修经验,对故障车辆进行统计,发现该车的频发单元为四边形4节点24自由度,既具有弯曲能力又具
问题主要集中在以下两个方面:一是鹅颈部位纵梁与有膜力,可以承受平面内载荷和法向载荷,具有大应
第二横梁焊接处容易产生裂纹;二是第一车桥悬架前变、大挠度、大转动的线性特性和弹性、应力刚化等特
支架与纵梁下翼板焊接处容易开裂。车架故障位置性,对车架进行有限元分析更加合理。有限元网格
示意图如图1所示。采用有限元法不仅可以分析车架划分局部示意图见图3,整个模型共有单元59205个,
的强度,并且可以图示化地显示出特定载荷作用下车节点58162个
架各处的应力、应变分布情况以及各处的变形方向,
找出发生问题的原因所在。本文将计算车架在最大
载荷作用下的应力与変形,以便进行强度与刚度的校
核,找出应力集中的部位,提出优化改进的措施
鹅颈部分
货台部分
纵梁
翼梁
边梁
横梁、
图3有限元网格划分局部示意图
故障1纵梁故障2
y3静态特性分析
下翼
板
悬架前支架第一车桥z,?
总体上分析,与整车强度相关的主要是弯曲工
图1车架故障位置示意图
况、扭转工况以及两者的组合变形。本文为全面分析
该型半挂车的强度和刚度情况,除弯曲和扭转工况
2有限元模型建立
外,还针对紧急制动和急转弯工况进行了分析。文中
坐标系的设定如图1所示,具体如下:车架的宽度方向
几何模型直接在 ANSYS/ Workbench软件中建立,为X方向;高度方向为Y方向;长度方向为Z方向。
对承载表面的防滑条及车架中的倒角和圆角等细节
沿着Z轴方向观察,Z轴正方向为前,负方向为后,X
特征进行简化,将各部件之间的焊接结构假设为等强轴正方向为左,负方向为右。
度焊接,其强度等于部件本身的强度。为提高运算速3.1弯曲工况
度,对建立好的几何模型应用 Workbench的中面提取
弯曲工况计算是指当半挂车在静止满载状态下,
功能,将实体车架模型转化为片体。由于车架上很多全部车轮与地面接触、牽引销支撑在牽引车鞍座上
接头连接的位置因抽取中面失去厚度而产生间隙,为时,对车架的强度和刚度进行的计算,模拟半挂车在
了能够建立完整的车架有限元模型,应对抽取中面后良好路面下匀速直线行驶时的应力分布和变形情况。
的模型进行修正。连接未连接的面,修剪多余的面。
载荷处理:车架自身重力采取密度和重力加速度
修改后的车架中面模型如图2所示。
的方式施加,在 Workbench处理过程中,软件会自行将
坦克履带
右侧边梁
结构重量计算进去。半挂车货台承受38t重的静载
作用位置右侧翼梁
荷,计算时在模型承载面左右两侧分别建立一个平面
右侧纵梁
承受均布載荷(如图2所示坦克履带作用位置),模拟
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