工程机械车架强度计算和试验

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1、维普资讯http://www.cqvip.com浙江工程学院学报，第2O卷，第3期，2003年9月JournalofZhejiangInstituteofScienceandTechnologyVo1．20，No．3，Sept．2003文章编号：1009．4741(2003)03．0184．05工程机械车架强度计算和试验洪沁(杭州广播电视大学基础部，浙江杭州310012)摘要：对装载机车架强度进行了理论分析和试验研究。经抽象和简化，将车架看作空间刚架，根据装载机的作业特点，选择几种典型工况，分别计算车架的强度，并对计算结果做了试验验证。关键词：装载机；车

2、架；空问刚架中图分类号：TH123文献标识码：A0前言本文以Z20履带装载机为例，建立了装载机车架结构力学模型，将车架简化为一空间刚架，按确定的计算工况求出车架所受的荷载并对其受力分析作了简化。然后应用有限元理论及自编空间刚架计算机程序，算出车架各杆件的杆端力，由此作出各杆内力图，求出各种工况相应的应力。最后在车架上设置一些测点，将实测结果与理论计算结果加以分析比较。1车架结构力学模型车架结构较为复杂，经适当分析处理后，可简化为弹性支承的平面刚架，但由于受空间荷载作用，车架仍属空间刚架问题，其力学模型如图1所示。2车架受力分析图1车架结构力学模型根据装载

3、机的作业特点，选择以下4种工况作为车架的计算工况：I)铲斗插入料堆的牵引工况；Ⅱ)满载转向工况；III)满载直线行驶时车架三点支承工况；Ⅳ)履带后部离开地面的牵引工况。对装载机总体进行受力分析后，由于装载机的载重荷载及铲斗作业阻力是通过工作装置并经支架传给车架，故应对工作装置和支架进行受力分析，以确定车架所受的作用力。在以上各种计算工况下的受力分析中，将工作装置所受荷载简化为两种极端情况，即对称荷载与偏载，由此进行各种计算工况下的受力分析。再取车架为隔离体进行受力分析，以确定其内力。为便于计算，对已简化为空间刚架的车架受力分析作几点简化：a)车架各梁所受

4、荷载的作用线均通过截面形心；b)略去车架自重(车架后梁重700多，仍需考虑)；C)略去行走机构各处的摩擦力。车架受力情况比较复杂，主要受下列荷载：a)车架所支承的发动机、传动系统、驾驶室、液压系统及工作装置等一系列结构重量及配重，如图2所示，图中给出具体数值的荷载均为车架上部结构重量荷载。收稿日期：2003—02．26作者简介：洪沁(1954一)。男。浙江杭州人，硕士，讲师．主要从事固体力学教学与研究。维普资讯http://www.cqvip.com第3期洪沁：工程机械车架强度计算和试验185b)支架作用力如图2，有。、、Y。、Y2(左支架)及、、Y、Y

5、(右支架)。这些荷载是装载机的载重荷载及作业阻力通过工作装置经支架传给车架的作用力。c)行走机构传来的地面反力、装载机滚动阻力及履带拉力等，这些力都可进一步简化到车架上。d)装载机转向时还受转向阻力矩作用，转向阻力矩可换算成土壤对履带的横向反力。由于履带所受的横向反力主要是径向支重轮传给台车架的台车轴的(即车架支承点)，故可把横向反力再简化到车架上。车架受力如图2所示。除结构重量荷载外，其他荷载均随装载机作业工况不同而变，按所确定的4种计算工况分别计图2车架受力示意图(单位：kN，kN·m)算这些可变荷载并列于表1(表中为部分荷载)。表1各计算工况的荷载

6、值(单位：kN)位置工况I工况Ⅱ工况Ⅲ工况Ⅳ左右支架铲斗对称受载时：铲斗对称受载时：支承点X1=X2=X1=X2=一8．26XI=X2=0X1=X2：0x1=x2=xI：x2=一3．72Y1=Yl：一28．54X1：X2=0Xl=X2=0Y1=Yi=一77．84y2=y2=22．85Y，=Y1=一55．46Yi：一55．46y2=y2一72．15铲斗偏载时：y2==39．77Y1=一55．4J6铲斗偏载时：xl=x2=3．45y2=39．77x1=x2=1．55Yl=一2．8=一2．9=39．77Yi=42．34y2=一37．63xl=x2：一11．73

7、xl=x2：一5．27Yl=一36．15y2=30．45YI=一189．84y2=148．75张紧装置x￡=x，=33．8x￡=4．15x，=50．2xe=xr=9．8x￡=xr=21．4支承点Ye=y，=3．6Ye=0．45y，=5．35Ye=y，=1．05=Yr=2．33车架计算程序3．1计算模型将车架集中荷载作用点划分为节点，共划分31个单元、27个节点，如图3所示。3．2坐标变换与结构总刚度方程及杆端内力计算通过理论分析可得空间梁单元刚度矩rrr阵为：[K]=IlI[B][D][B]dxdydzJJJ[]为12×12矩阵，表达式略。Z20履带装载

8、机车架由较粗短的薄壁杆件构成。一般情况下，细长梁挠度主要由弯矩引起，但当梁截面高