ZL30裝載機前車架靜力學有限元分析

劉麗娟, 王占英, 梁建明, 劉春東, 王少雷，耿明超

(河北建筑工程學院機械工程學院，河北張家口，075000)

ZL30裝載機前車架靜力學有限元分析

劉麗娟, 王占英, 梁建明, 劉春東, 王少雷，耿明超

(河北建筑工程學院機械工程學院，河北張家口，075000)

以車裝載機前車架為研究對象，利用ANSYS軟件對裝載機前車架模型進行參數定義，對裝載機前車架進行了滿載工況、滿載偏斜工況的靜態分析，為裝載機安全與節能設計提供了理論支持。

有限元；ANSYS；靜態分析

0 前言

輪式裝載機是一種用途較廣的工程機械，主要對散料進行鏟裝，通常是在露天礦山或工程建設工地作業，工作環境惡劣、復雜，在作業過程中結構件容易發生破壞失效。前車架作為裝載機支撐工作裝置的基礎件，其鉸接點的布局是否合理，會影響到工作裝置的工作性能。在作業過程中前車架會承受工作裝置傳來的載荷，在顛簸的路面行駛或者作業時，還會受到劇烈的沖擊載荷,容易發生破壞失效。所以前車架進行靜力學仿真分析、詳細了解前車架在主要工況條件下的強度及變形顯得尤為重要。

1 裝載機前車架幾何模型及網格劃分

在Solidworks中建立前裝載機前車架幾何模型，忽略裝載機前車架結構中得一些配件安裝的輔助結構，例如吊耳等，既有利于簡化幾何建模，也有利于對幾何模型劃分網格，建立能夠求解的有限元模型。在建立幾何模型時，忽略對整體結構分析產生較小影響的局部特征，將一些過渡結構簡化為原來的結構形狀，同時將小孔以及倒角等特征簡化為原實體，避免分析時出現錯誤。前車架模型如圖1所示。

裝載機前車架的建模工作完成以后，將模型保存為ANSYS軟件可以識別的Model格式文件。選擇分析類型與單元類型，因為對裝載機前車架進行靜態與動態分析，所以選擇結構分析，同時選擇Solid中的20node 186，即SOLID186單元類型。確定材料參數，輸入彈性模量為2.05e5，泊松比為0.3，密度為7.85e-6。

采用智能分網，在對話框中，選擇Global，選擇Smart Size并調為5，選擇Volumes，其他選用默認選項，單擊Mesh，選擇所有實體結構，劃分網格自動開始，待網格劃分完成，得到裝載機前車架的有限元模型，共劃分網格單元336784個，節點690967個，網格劃分如圖2所示。

圖1 前車架幾何模型

圖2 前車架網格劃分

2 裝載機前車架有限元分析

2.1 滿載工況

利用ANSYS軟件對裝載機前車架施加作用力以及重力加速度，計算時約束右前輪UY、UZ，約束右后輪UY，約束左前輪UX、UY、UZ，約束左后輪UX、UY；釋放其他自由度（橫向：X，垂直：Y，縱向：Z）。進行求解，有限元模型求解完畢后，進行后處理查看模型求解結果，查看滿載應力如圖3所示。

由圖3可以看出裝載機前車架所受的應力比較均勻且比較小，遠遠滿足材料的強度要求，雖然在約束位置處產生最大應力，但也滿足材料的許用強度，所以裝載機前車架滿足在滿載工況下的要求，同時根據應力與位移圖綜合考慮，可以減少非薄弱位置的材料，減輕自重，減少能耗。

2.2 滿載偏斜工況

扭轉工況分析與滿載工況類似，只需添加自由度約束即可，利用ANSYS軟件計算得出滿載偏斜應力如圖4所示。由圖4可以看出，裝載機前車架整體應力變化較小，總體受力較均勻，但發動機的支撐點處，應力最大，但仍小于裝載機前車架的屈服強度，所以裝載機前車架在扭轉工況下滿足使用要求。

圖3 滿載工況應力圖

圖4 滿載偏斜工況應力圖

3 總結

本文對裝載機前車架進行了靜力學分析，根據分析結構找到了前車架在不同工況下的變形和應力分布情況，得到了其結構薄弱點，發現了工作過程中通常認為的危險區域卻不是最危險點，而容易被忽略的位置卻是需要在強度上加強的部位，為該類型裝載機前車架性能的改進和優化設計提供了參考資料。

[1]張明.輪式裝載機前車架的有限元分析. 陜西：西北農林科技大學，2013.

[2]牟昊.典型貨車車架結構有限元分析與優化設計研究. 湖北：武漢理工大學，2011.

[3]張紅松，胡仁喜等. ANSYS13.0有限元分析從入門到精通.北京：機械工業出版社，2011.

Analysis about the Front Frame of Carrier ZL30 with Finite Element Method

Liu Lijuan，Wang Zhanying，Liang Jianming，Liu Chundong，Wang Shaolei，Geng Mingchao
( School of Mechanical Engineering , Hebei Univercity of Architecture,Zhangjiakou Hebei, 075000)

The frame of a fuel tanker is studied. The parameter of the frame is defined by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving.

Finite element；ANSYS；Static analysis

張家口市科技計劃自籌經費項目（1521007B，1621009B），河北建筑工程學院博士科研啟動基金項目（B-201603）。

劉麗娟，女，1984年出生，河北張家口人，碩士，從事機械結構教學和研究工作。