自卸車后橋殼優(yōu)化設(shè)計(jì)
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摘要：后橋殼作為自卸車一個(gè)部件，承擔(dān)整車牽引力傳遞及各個(gè)方向載荷，受力復(fù)雜，沖擊大，且后橋殼上必須留有檢修孔和接線孔，導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，因此有必要對(duì)礦卡常見(jiàn)幾種工況分析，然后在ANSYS中軟件中對(duì)后橋殼進(jìn)行靜強(qiáng)度和疲勞分析，為后續(xù)后橋殼設(shè)計(jì)提供一定理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：自卸車；后橋殼；有限元；靜強(qiáng)度
1后橋殼有限元模型建立
后橋殼總成由后殼體、牽引座、三角架、橫拉桿支座、后懸掛支座以及通風(fēng)孔等部分組成。殼體與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間采用螺栓連接，其中后橋殼內(nèi)有多根不同長(zhǎng)度的筋板，筋板和后橋殼內(nèi)圈上的通孔均勻分布。后懸掛座和橫拉桿座采用關(guān)節(jié)軸承分別與后懸掛連接、橫拉桿連接。后橋殼材料為HG70E高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，其中彈性模量E=206000N/mm2，泊松比μ=0.3，屈服強(qiáng)度=590MPa，密度為7860Kg/m3?；贖YPERMESH11.0和ANSYS12.1有限元分析軟件，建立了后橋殼的有限元計(jì)算模型。后橋殼采用四面體單元進(jìn)行離散，離散后有限元模型單元總數(shù)為373656，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為701976。
2載荷計(jì)算與工況設(shè)定
后橋殼強(qiáng)度計(jì)算的載荷參照礦山常見(jiàn)幾種工況，分別對(duì)后橋殼進(jìn)行超常載荷和運(yùn)營(yíng)載荷的計(jì)算，其中超常載荷用于評(píng)定后橋殼的靜強(qiáng)度，模擬運(yùn)營(yíng)載荷用于評(píng)價(jià)后橋殼的疲勞強(qiáng)度。在有限元計(jì)算模型中，約束條件采用彈性邊界。后橋殼牽引座與車架連接處施加垂向、縱向和橫向彈性邊界，后懸掛連接處施加垂向彈性邊界，車輪與地面接觸處施加橫向彈性邊界。載荷的加載位置按照載荷的實(shí)際作用位置以節(jié)點(diǎn)力方式進(jìn)行施加。模擬運(yùn)營(yíng)工況：垂向載荷為1.5倍后橋簧上載荷，橫向載荷為0.7倍后橋重量，縱向載荷為額定持續(xù)牽引力及轉(zhuǎn)矩；超常載荷工況：垂向載荷為3倍后橋簧上載荷，橫向載荷為1倍后橋重量，縱向載荷為超載持續(xù)牽引力及轉(zhuǎn)矩。
3后橋殼靜強(qiáng)度結(jié)果分析
將HYPERMESH處理完成的有限元模型導(dǎo)入ANSYS中計(jì)算，可得到運(yùn)營(yíng)載荷和超常載荷各個(gè)工況下的后橋殼上最大VonMises應(yīng)力，運(yùn)營(yíng)載荷工況最大應(yīng)力152MPa，安全系數(shù)3.9，最大變形0.12mm'。超極限超常載荷工況最大應(yīng)力500MPa，安全系數(shù)1.2，最大變形0.23mm，由于該極限工況非常少見(jiàn)，且在材料的許用應(yīng)力范圍內(nèi)，因此后橋殼靜強(qiáng)度滿足礦上工況運(yùn)營(yíng)要求。由于后橋殼極限工況安全系數(shù)較低，因此不建議對(duì)后橋殼再進(jìn)行減重設(shè)計(jì)，后橋殼目前鋼板厚度為12mm，與同規(guī)格國(guó)際上其他礦用車后橋殼板厚差不多，因此，該后橋殼結(jié)構(gòu)滿足要求。
4后橋殼疲勞強(qiáng)度分析
疲勞強(qiáng)度是指材料在無(wú)限多次交變載荷作用而不會(huì)產(chǎn)生破壞的最大應(yīng)力。參考德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN17100和焊縫標(biāo)準(zhǔn)DVS1612的規(guī)定，參考HG70E材料的Moore-Kommer-Japer形式疲勞曲線，對(duì)后橋殼其他結(jié)構(gòu)的母材及焊縫進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)價(jià)。在進(jìn)行疲勞評(píng)估時(shí)，選取后橋殼其他結(jié)構(gòu)中應(yīng)力較大點(diǎn)，將各節(jié)點(diǎn)應(yīng)力比及最大應(yīng)力值放入對(duì)應(yīng)材料的Moore-Kommer-Japer疲勞曲線圖中進(jìn)行比較，結(jié)果顯示所有點(diǎn)均在母材疲勞曲線之內(nèi)，表明后橋殼的母材疲勞強(qiáng)度均滿足要求。采用同樣的方法對(duì)后橋殼焊縫進(jìn)行疲勞評(píng)估，選取后橋殼所有焊縫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，將焊縫點(diǎn)應(yīng)力比及最大應(yīng)力值放入對(duì)應(yīng)材料的Moore-Kommer-Japer疲勞曲線圖中進(jìn)行比較，結(jié)果表明后橋殼焊縫的安全系數(shù)均大于1，滿足焊縫疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
5后橋殼模態(tài)分析
為了研究后橋殼構(gòu)動(dòng)力特性，對(duì)后橋殼進(jìn)行模態(tài)分析。后橋殼模態(tài)分析利用后橋殼靜強(qiáng)度分析模型，利用BlockLanczos法，消除后橋殼剛體位移，計(jì)算出后橋殼前3階模態(tài)，鑒于高階模態(tài)超過(guò)100Hz，已無(wú)實(shí)際工程意義，這里并不做計(jì)算。通過(guò)軟件結(jié)果顯示，后橋殼1階固有頻率為56.8Hz，2階固有頻率為79.4Hz，3階固有頻率為93.2Hz。
6結(jié)束語(yǔ)
本文利用HYPERMESH11.0和ANSYS12.1有限元分析軟件對(duì)電傳動(dòng)自卸車后橋殼進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度分析，計(jì)算結(jié)果表明：（1）在超常載荷的各種工況下，后橋殼應(yīng)力均小于對(duì)應(yīng)材料的屈服極限，滿足靜強(qiáng)度要求。（2）在模擬運(yùn)營(yíng)載荷作用下，通過(guò)對(duì)后橋殼母材和各焊縫進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析，后橋殼母材各節(jié)點(diǎn)的最大應(yīng)力均不超出對(duì)應(yīng)材料Moore-Kommer-Japer母材疲勞曲線，焊縫節(jié)點(diǎn)的最大值不超出相應(yīng)焊縫疲勞曲線，后橋殼結(jié)構(gòu)滿足疲勞強(qiáng)度要求。
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作者：羅朋 郭世均 王卓周 張麗敏 廖寶江 單位：廣州電力機(jī)車有限公司