混凝土攪拌半掛運(yùn)輸車(chē)前支撐開(kāi)裂分析及優(yōu)化

陳鋼　梁鵬　吳紅儒

摘 要：某型攪拌半掛車(chē)在行駛23000km時(shí)，車(chē)架前支撐發(fā)現(xiàn)多處開(kāi)裂的現(xiàn)象。使用UG軟件建立車(chē)架前支撐三維模型，通過(guò)仿真分析確定原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及應(yīng)力最大值區(qū)域。通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化創(chuàng)建多種車(chē)架前支撐結(jié)構(gòu)，通過(guò)靜止、加速、制動(dòng)三個(gè)工況下的有限元分析對(duì)比，尋找最優(yōu)方案并驗(yàn)證其可行性。

關(guān)鍵詞：攪拌半掛車(chē) 車(chē)架 前支撐開(kāi)裂 結(jié)構(gòu)優(yōu)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，混凝土的生產(chǎn)及運(yùn)輸也越來(lái)越受到重視。近年來(lái)，全國(guó)各地因?yàn)閿嚢柢?chē)超載導(dǎo)致的交通事故層出不窮。各地也加大了限重治超力度，市場(chǎng)上原有的三橋12方和四橋16/18方甚至20方攪拌車(chē)已慢慢退出市場(chǎng)。大方量攪拌車(chē)不允許上牌，各大攪拌車(chē)改裝廠均在尋找提升攪拌車(chē)運(yùn)輸裝載量的方案。

混凝土攪拌半掛車(chē)此時(shí)成為各個(gè)廠商的應(yīng)對(duì)方案，市場(chǎng)上也開(kāi)始出現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)形式的半掛攪拌車(chē)。因此攪拌半掛車(chē)的結(jié)構(gòu)可靠性已成為整車(chē)能否運(yùn)行正常運(yùn)行和整車(chē)安全性的關(guān)鍵指標(biāo)。某型號(hào)混凝土攪拌半掛車(chē)在行駛23000km時(shí)，車(chē)架前支撐發(fā)現(xiàn)多處開(kāi)裂的現(xiàn)象如圖1所示。針對(duì)此開(kāi)裂情況，我們?nèi)S建模后進(jìn)行有限元分析，分析其開(kāi)裂的原因及對(duì)策，避免以后再次出現(xiàn)類(lèi)似情況。

2 開(kāi)裂現(xiàn)象原因分析

對(duì)該型號(hào)攪拌半掛車(chē)的車(chē)架及上裝建立三維模型如圖2所示，對(duì)車(chē)架前支撐模型結(jié)構(gòu)及其受力情況分析可知，攪拌筒及其筒內(nèi)混凝土在攪拌半掛車(chē)靜止、加速和制動(dòng)時(shí)對(duì)車(chē)架前支撐實(shí)施壓力和拉力是造成開(kāi)裂的主要原因。開(kāi)裂部位和有限元分析應(yīng)力情況如圖3所示。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化及對(duì)比

根據(jù)上述模型分析結(jié)構(gòu)和實(shí)際開(kāi)裂位置對(duì)比可知，最危險(xiǎn)的兩處位置均存在開(kāi)裂情況。在此分析基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出3種方案，如圖4所示：

方案一：前支撐前板延展至側(cè)板外，后板向兩側(cè)延展后采用包邊結(jié)構(gòu)焊接在橫梁上;

方案二：在方案一基礎(chǔ)上，前后板去除中間部位，在側(cè)板外側(cè)增加筋板加強(qiáng)整體機(jī)構(gòu)剛性;

方案三：前支撐前板延展，后板延展后包邊，兩側(cè)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(diǎn)在頂板中心位置上方262mm處。原方案和三個(gè)新方案采用相同參數(shù)、約束方法和分析工況，得出結(jié)果如下。

通過(guò)三種方案與原方案的對(duì)比可知，原方案在制動(dòng)工況下存在應(yīng)力應(yīng)力集中，應(yīng)力值為416.9MPa超過(guò)板材屈服強(qiáng)度345MPa，易出現(xiàn)開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。三種工況下方案3出現(xiàn)有應(yīng)力集中情況且整體結(jié)構(gòu)較為笨重，方案1和方案2都能滿(mǎn)足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，其中方案2在三種工況下的應(yīng)力分布更加均勻且整體結(jié)構(gòu)更輕優(yōu)化效果更好。推薦使用方案2。

4 總結(jié)

本次的攪拌半掛車(chē)前支撐開(kāi)裂原因分析，采用了UG和Hypeworks聯(lián)合仿真，對(duì)原方案和3種新結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜止、加速和制動(dòng)三種工況下的強(qiáng)度校核。對(duì)原方案的分析結(jié)果顯示與實(shí)際樣車(chē)開(kāi)裂部位和開(kāi)裂現(xiàn)象一致，驗(yàn)證了分析方案的可行性。

通過(guò)本次開(kāi)裂問(wèn)題分析，讓我們知道在新車(chē)型開(kāi)發(fā)時(shí)，對(duì)于新結(jié)構(gòu)存在隱患的時(shí)候需要三維設(shè)計(jì)與有限元仿真分析協(xié)同進(jìn)行，并可同時(shí)做出多種方案來(lái)對(duì)比選取應(yīng)力分布和輕量化均衡的最優(yōu)方案，縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期避免開(kāi)裂等售后風(fēng)險(xiǎn)和損失。

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