混凝土攪拌半掛運輸車前支撐開裂分析及優化

陳鋼　梁鵬　吳紅儒

摘 要：某型攪拌半掛車在行駛23000km時，車架前支撐發現多處開裂的現象。使用UG軟件建立車架前支撐三維模型，通過仿真分析確定原結構的應力分布及應力最大值區域。通過結構優化創建多種車架前支撐結構，通過靜止、加速、制動三個工況下的有限元分析對比，尋找最優方案并驗證其可行性。

關鍵詞：攪拌半掛車 車架 前支撐開裂 結構優化

Cracking Analysis and Optimization of Front Support of Concrete Mixing Semi-trailer Truck

Chen Gang，Liang Peng，Wu Hongru

Abstract：Several cracks were found in the front support of the frame of a type of mixing semi-trailer when driving 23000 km. The three-dimensional model of frame front support is established by UG software， and the stress distribution and maximum stress area of the original structure are determined through simulation analysis. Through structural optimization， a variety of frame front support structures are created. Through finite element analysis and comparison under static， acceleration and braking conditions， the optimal scheme is found and its feasibility is verified.

Key words：a semi-trailer truck for concrete mixing， frame， cracking of front support of a frame， structure optimizatoon

1 引言

隨著國民經濟的發展以及國家對環境保護的日益重視，混凝土的生產及運輸也越來越受到重視。近年來，全國各地因為攪拌車超載導致的交通事故層出不窮。各地也加大了限重治超力度，市場上原有的三橋12方和四橋16/18方甚至20方攪拌車已慢慢退出市場。大方量攪拌車不允許上牌，各大攪拌車改裝廠均在尋找提升攪拌車運輸裝載量的方案。

混凝土攪拌半掛車此時成為各個廠商的應對方案，市場上也開始出現不同結構形式的半掛攪拌車。因此攪拌半掛車的結構可靠性已成為整車能否運行正常運行和整車安全性的關鍵指標。某型號混凝土攪拌半掛車在行駛23000km時，車架前支撐發現多處開裂的現象如圖1所示。針對此開裂情況，我們三維建模后進行有限元分析，分析其開裂的原因及對策，避免以后再次出現類似情況。

2 開裂現象原因分析

對該型號攪拌半掛車的車架及上裝建立三維模型如圖2所示，對車架前支撐模型結構及其受力情況分析可知，攪拌筒及其筒內混凝土在攪拌半掛車靜止、加速和制動時對車架前支撐實施壓力和拉力是造成開裂的主要原因。開裂部位和有限元分析應力情況如圖3所示。

3 結構優化及對比

根據上述模型分析結構和實際開裂位置對比可知，最危險的兩處位置均存在開裂情況。在此分析基礎上，通過結構優化提出3種方案，如圖4所示：

方案一：前支撐前板延展至側板外，后板向兩側延展后采用包邊結構焊接在橫梁上;

方案二：在方案一基礎上，前后板去除中間部位，在側板外側增加筋板加強整體機構剛性;

方案三：前支撐前板延展，后板延展后包邊，兩側板延展至縱梁上。

前支撐材料為Q345B，底部支撐板全約束，力加載點在頂板中心位置上方262mm處。原方案和三個新方案采用相同參數、約束方法和分析工況，得出結果如下。

通過三種方案與原方案的對比可知，原方案在制動工況下存在應力應力集中，應力值為416.9MPa超過板材屈服強度345MPa，易出現開裂風險。三種工況下方案3出現有應力集中情況且整體結構較為笨重，方案1和方案2都能滿足強度設計要求，其中方案2在三種工況下的應力分布更加均勻且整體結構更輕優化效果更好。推薦使用方案2。

4 總結

本次的攪拌半掛車前支撐開裂原因分析，采用了UG和Hypeworks聯合仿真，對原方案和3種新結構進行了靜止、加速和制動三種工況下的強度校核。對原方案的分析結果顯示與實際樣車開裂部位和開裂現象一致，驗證了分析方案的可行性。

通過本次開裂問題分析，讓我們知道在新車型開發時，對于新結構存在隱患的時候需要三維設計與有限元仿真分析協同進行，并可同時做出多種方案來對比選取應力分布和輕量化均衡的最優方案，縮短新產品的開發周期避免開裂等售后風險和損失。

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