某型矿用自卸车车厢结构设计与分析.pdf

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1、第43卷2012年8月工程机械DesignandCalculation设计·计某型矿用自卸车车厢结构设计与分析算马洪锋，董栓牢，孟庆勇，蹤雪梅（徐工集团江苏徐州工程机械研究院）"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!摘要：分析矿用自卸车车厢的发展趋势与整体结构特点，从车厢整体布局、主板结构、筋板结!!构3个方面，对研发中的车厢进行结构设计。充分考虑车厢的结构形式和受力特点，对车厢1/2模型!!!进行有限元离散，建立车厢结构有限元分析模型。根据车厢的实际工作情况，针对其最大受力工况，借!!!"助土力学理论

2、!，进行合理加载。有限元分析结果表明，设计的自卸车车厢结构满足刚强度要求。!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!关键词：自卸车车厢；结构设计；有限元分析矿用自卸车行驶在露天矿场，所处工况恶劣。工艺、焊接工艺要求极高，因此本设计采用折中的车厢作为矿用自卸车的主要承载部件，其结构设计设计方法：适当降低主板（底板、侧板和前板）厚度，的优劣，对于整车性能的发挥具有重要影响。在受冲击严重的车厢底部、侧部与前部主板处，焊现阶段，矿用自卸车车厢的设计有两种发展趋接HARDOX耐磨钢板作为腹板，如图1所示，车厢势：一是车厢设

3、计偏刚性，以提高结构刚强度；二是内侧带有多个小孔的板，即为腹板。另外，车厢侧板车厢设计偏柔性，以缓冲矿石的冲击，但此设计技上部边缘采用U形折弯板与主板焊接的形式，组成术尚不成熟。本文以研发中的某型矿用自卸车车厢箱型包边结构，使其与主板共同组成车厢的整体焊为研究对象，介绍其整体结构，并通过有限元分析接骨架。车厢的整体结构如图1所示。方法验证其结构刚强度设计的合理性。1结构设计1.1整体布局重型矿用自卸车车厢的典型样式是底板前低后高，尾部敞开无后拦板，斜坡角一般为12°，这样的斜坡角可以保证矿用自卸车即使上坡行驶时，车厢中的矿石也不会从车尾滚落；

4、车厢由低合金钢板全焊接制成；车厢前部保护罩向前伸出，以保护驾驶室及发动机罩不被电铲装卸时散落的矿石撞击图1车厢整体结构损坏。本设计延续矿用自卸车车厢典型样式的基本布局形式，并做出创新改进。目前，国内矿用自卸车车厢的截面一般呈方目前，国内矿用自卸车车厢使用的钢板材料一形，但从装载货物的过程来看，U形或半弧形是车厢般为Q235（16Mn），抗冲击性能差，硬度较小。在欧变形趋势，如图2所示。U形车厢抵御外力F的能力[1]美，很多矿用自卸车车厢使用具有较高硬度和抗冲比方形车厢要好。设计中考虑到与其他部件的连击韧性的HARDOX耐磨钢板制成，且不需要加

5、强接等因素，将车厢截面设计成如图3所示的截面形筋[1]。由于HARDOX耐磨钢板价格昂贵，且对生产状，其中，AC1C和BD1D段为侧板，CD段为底板，A作者简介：马洪锋（1982—），男，山东德州人，工程师，硕士，研究方向：结构设计与分析。—33—DesignandCalculation工程机械第43卷2012年8月矿用自卸车车厢尺寸庞大，主要由不同厚度的设钢板焊接而成，因此采用板壳离散车厢结构；考虑计·到结构和载荷的对称性，取结构的1/2进行离散。选计取适当的网格尺寸，关键部位进行细化，取四边形算单元进行网格划分，1/2模型共划分单元409

6、47个。-3车厢主板材料为Q345A，密度为ρ=7.85×103kg/m，弹性模量E=210GPa，泊松比λ=0.3。1/2车厢的有限元网格划分模型如图4所示。矿用自卸车车厢所受载荷主要由其上堆装的货物决定。根据GB8500—87《自卸汽车车厢容量标图3车厢截面定》方法，2∶1堆装货物总体积大于3∶1堆装货物总体积，因此本次载荷计算采用2∶1货物堆装方法，如和B点为车厢侧板顶端，C1和D1点为侧板折弯处，图5所示。C和D处为侧板底端与底板焊接处。1.2主板设计车厢主板是车厢的主体结构，在以往设计中，侧板和底板通过直角焊接而成，拐角处的焊缝容易

7、被冲断。本设计中，将侧板、前板通过二次折弯后与底板焊接成一个整体，既解决了上述问题，又保证了车厢U形截面结构。在底板与侧板的焊缝上加焊HARDOX耐磨钢板（腹板），既保护了焊缝，又增强了车厢底部的抗冲击能力。1.3筋板设计现有车厢的加强筋多为U形结构，也有工字形结构，上述结构在焊接工艺上要求比较高，而且在布局上易受到限制。本设计中采用立板和翼板的形式组成T形加强筋结构，以此节约材料，简化工艺。T形筋板结构相互连接，形成网状结构。图5车厢2∶1堆装示意图2有限元分析2∶1堆装确定的货物外形如图6所示。利用ADAMS软件模拟举升机构及车厢的运动，

8、确定车厢为了检验结构设计的有效性，利用有限元分析[1-7]的最大受力位置。分析结果显示，当车厢举升角为方法校核车厢结构的刚强度。1.34°时，车厢铰接点承受最大的集