特大型矿用电动轮汽车车架结构强度研究

摘要

矿用电动轮汽车是大型露天矿山中矿石及其它散料运输的重要工具。从国外进口此类产品，价格昂贵、备件供应周期长、在车辆寿命期内营运费用高，因此自主研发特大型矿用电动轮汽车对于我国露天矿业的快速发展，振兴装备制造业，确保国民经济持续平稳增长有十分重要的意义。SF33900型矿用电动轮汽车是湘潭电机集团正在自主研制的220吨矿用自卸车，由于它运行环境恶劣，加之自身系统复杂，因而车架在各种载荷作用下极易发生破坏或失效。为了确保车辆在复杂工况下的安全性和可靠性，就须对车架结构进行强度分析，以验证研发设计的可行性。 本文以正在研发中的SF33900特大型矿用电动轮汽车车架为研究对象，针对车架在各种工况下的强度问题，采用计算机仿真方法进行分析与研究。应用三维软件Solidworks和有限元分析软件ANSYS，建立了SF33900型电动轮汽车车架的有限元分析模型，分析评价了车架在全局加载下的强度，提出了改进的方法，并用电测法测试了车架在满载静止工况下的应力分布和强度，验证了车架有限元分析模型的正确性；采用多体系统动力学方法，建立了SF33900型整车ADAMS动力学分析模型，根据动力学分析结果用有限元方法计算了车架在动态峰值作用下的强度，针对应力集中和强度富余问题，对车架局部结构进行了改进或优化，达到了提高应力均布化和减轻自重的目的。 应用有限元和动力学分析相结合的方法综合评价SF33900型电动轮汽车车架的强度，对发现的问题开展有效的研究工作，这将大大提高车架开发、设计、分析和制造的效能；针对车架结构应力集中或分布不均的问题提出改进的办法，对提高整车性能、降低生产成本、后续结构优化有着积极重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2矿用汽车工业的发展综述

1.2.1国外矿用汽车的发展及现状

1.2.2我国矿用汽车的发展及现状

1.2.3重型矿用电动轮汽车的发展趋势

1.3矿用汽车车架强度研究方法和现状综述

1.3.1矿用汽车车架强度研究方法

1.3.2有限元及多体动力学理论的发展

1.3.3矿用汽车车架的研究现状

1.4课题来源及意义

第二章 有限元及多体系统动力学基础理论

2.1有限元法的分析原理

2.1.1平面应力问题有限元分析原理

2.1.2空间应力问题的有限元分析原理

2.2多体系统动力学理论

2.2.1广义坐标的选取

2.2.2动力学方程的建立

2.2.3运动学分析

2.2.4动力学分析

2.3本章小结

第三章 车架有限元分析模型的建立

3.1车架实体模型的处理

3.1.1 SF33900型矿用电动轮汽车概况

3.1.2车架有限元模型的处理方式及缘由

3.1.3车架及整车有限元模型的建立

3.2网格的划分

3.2.1单元的选取

3.2.2网格划分

3.3边界条件的模拟

3.3.1轮胎模型的简化

3.3.2铰接支座的处理

3.3.3油气弹簧的模拟

3.4约束与加载

3.4.1约束

3.4.2载荷

3.5车架有限元分析的整车模型与强度评价准则

3.6本章小结

第四章 典型工况下车架强度分析

4.1整车全局加载下车架的强度分析

4.1.1满载静止工况

4.1.2满载转弯制动工况

4.1.3恶劣行驶工况

4.2车架强度的测试

4.2.1测试原理

4.3.2测点布置

4.3.3测试数据处理

4.3动载峰值加载下车架的强度分析

4.3.1动力学仿真模型的建立

4.3.2凹坑凸台工况动力学分析

4.3.3下坡转弯制动工况动力学分析

4.3.4动载峰值下车架应力的有限元分析

4.4本章小结

第五章 车架结构的改进与轻量化研究

5.1引言

5.2车架结构的局部改进及计算结果

5.2.1大龙门梁的改进方案

5.2.2小龙门梁改进方案

5.3车架纵梁轻量化优化设计研究

5.3.1纵梁轻量化的在ANSYS中的实现方案

5.3.2纵梁轻量化优化的数学模型

5.3.3车架纵梁板厚优化结果

5.4本章小结

第六章 研究结论与展望

6.1研究内容及结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果