基于仿真的工程自卸车举升机构有限元优化设计.pdfVIP

学兔兔 基于仿真的工程自卸车举升机构有限元优化设计 孙 旭 (南通航运职业技术学院) 摘 要：在SolidWorks环境下，建立工程自卸车马勒里举升机构的仿真模型，并对此机构进行运动仿 真分析。将仿真技术、有限元分析和优化设计技术相结合，对举升机构中的关键零部件的结构进行优化和 轻量化设计，对举升机构中的三角板进行形状尺寸优化后，在质量减轻5．48 kg的情况下，应力水平仅增 加6．1 MPa，小于许用应力，完全能够满足举升工作要求。 关键词：自卸车；举升机构；仿真；有限元；优化 工程自卸车作为一种专用汽车，广泛应用于工 程建设中。其生产具有小批量、多品种的特点，要求 生产厂家能根据用户的需求迅速作出反应，设计生 产出适应市场需求的产品来。 组合连杆式举升机构在自卸汽车中应用广泛， 早期主要采用复变函数理论或三角函数理论对这种 机构的运动和动力学进行分析，然而这种方法比较 繁杂，当机构进行修改后，要重复整个复杂的计算过 程，效率较低，产品开发周期较长。本文以某公司开 发的自卸车为例，通过仿真技术、有限元分析和优化 设计的联合运用，来实现对举升机构零部件的结构 副车架 优化和轻量化设计，提高设计质量。 图1 自卸车举升机构的三维模型 最大应力点，进而得到整个举升过程中的最大应力 1概述 和对应的举升瞬间角度，再进一步对该瞬间进行分 本文所述自卸车采用平头驾驶室，车厢尺寸为 析，结合有限元优化技术对三角板进行轻量化设计。 4 000 minx2 000 mmx600 mm(长×宽×高)，整车质量 2 仿真模型的建立 4 000 kg，满载质量9 500 kg，最大设计举升角56。。 综合分析各种影响因素后，决定采用马勒里连杆组 首先抽象出系统的力学结构，建立几何模型，然 合式自卸机构，即液压缸前推连杆组合式自卸机构。 后根据系统各零部件的运动规律确定其约束关系， 举升机构的三维模型如图1所示，主要由车厢、三角 施加约束副，最后施加力驱动或运动驱动，进行仿真 板、支撑杆联接法兰、液压缸和副车架等组成。其中， 分析。 三角板的运动和受力最为复杂，它既要将液压缸的 2．1 建立举升机构等效模型 推力传递给车厢，同时又要承受车厢的作用力，是自 举升机构的等效模型如图2所示，以车厢与副 卸车举升机构中的关键零件。本文将建立该举升机 车架的铰支点0为原点建立坐标系，AABC为三角 构的虚拟样机，然后采用COSMOSMotion进行运动 板，BD为支撑杆联接法兰，CE为液压缸。三角板与 仿真，并把运动过程中的零件的受力输出给COS— 车厢铰接于A点，与支撑杆联接法兰铰接于日点， MOSWorks进行分析，以得到三角板在任一时刻的 与液压缸铰接于C点；支撑杆联接法兰与副车架铰 基金项目：南通航运职业技术学院科研课题(2008B04) 作者简介：孙旭(1974一)，男，安徽南陵人，高级工程师，硕士，研究方向：机械、汽车工程等方面的教学研究和产品设计。 一 44— 学兔兔 图2 举升机构样机等效模型简图 接于D点，E点为液压缸与副车架的铰接点。