液壓模塊組合掛車動(dòng)態(tài)響應(yīng)及疲勞壽命預(yù)測研究.pdf

1、隨著運(yùn)輸與物流業(yè)快速發(fā)展，大型專用運(yùn)輸車被越來越多的運(yùn)用于重型設(shè)備及重型結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸上。專用汽車工業(yè)在設(shè)計(jì)與應(yīng)用過程中不僅要考慮提高運(yùn)行速度、裝載系數(shù)以及降低運(yùn)輸成本，更需要提高運(yùn)行的安全性、平順性和輕量化的，這已然成為行業(yè)的發(fā)展趨勢。在各種大型專用運(yùn)輸車中，液壓模塊組合掛車是一種特大、特重的貨物陸路運(yùn)輸工具。由于掛車的車架重量與結(jié)構(gòu)尺寸大，其結(jié)構(gòu)彈性固有頻率的動(dòng)態(tài)特征與剛?cè)狁詈犀F(xiàn)象會(huì)直接影響車輛系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。目前，液壓模塊組合掛車系統(tǒng)

2、動(dòng)態(tài)響應(yīng)方面的研究文獻(xiàn)較少，主要是由于該車由多部件、機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)組成，具有大型復(fù)雜多體系統(tǒng)的特點(diǎn)。關(guān)于掛車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究多采取靜態(tài)分析方法，該方法雖然方法簡單，但是不能全面地反映掛車在實(shí)際運(yùn)行中結(jié)構(gòu)所承受的隨機(jī)交變動(dòng)載荷。因此，本文將有限元分析、多體動(dòng)力學(xué)仿真與結(jié)構(gòu)疲勞分析相結(jié)合，以用于對液壓模塊組合掛車的裝載方案設(shè)計(jì)、以及對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性與結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的研究，具有較強(qiáng)的工程意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。論文完成了主要工作和取得的主要結(jié)論如下:

3、r>　　(1)當(dāng)研究15軸線式液壓模塊組合掛車系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)，在充分考慮車架的彈性固有動(dòng)態(tài)特征后，利用ANSYS建立了車架結(jié)構(gòu)的有限元模型，合理地選取了模型的主自由度，采用子結(jié)構(gòu)縮減自由度的模態(tài)分析方法求得結(jié)構(gòu)固有頻率與振型。計(jì)算結(jié)果表明:縮減自由度法得出的車架前20階模態(tài)能夠滿足模型計(jì)算精度要求，大幅提高計(jì)算效率;
　　(2)探討了多體系統(tǒng)中剛體、柔體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)方程的建立與求解方法。基于流體的力學(xué)微分方程組和流體的流動(dòng)方程

4、，建立了液壓懸掛系統(tǒng)的液壓缸工作狀態(tài)動(dòng)力學(xué)方程，并結(jié)合多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程,推導(dǎo)出了含液壓懸掛系統(tǒng)的掛車多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程;
　　(3)在考慮車架彈性動(dòng)態(tài)特征和液壓懸掛系統(tǒng)對掛車系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響后，建立了15軸線式液壓模塊組合掛車的多剛體和剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)兩種模型，結(jié)合掛車道路振動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。對比分析的結(jié)果表明:剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)模型仿真計(jì)算結(jié)果與對應(yīng)試驗(yàn)測點(diǎn)的實(shí)際頻譜變化規(guī)律基本吻合，模態(tài)頻率值相對誤差較小。由此驗(yàn)

5、證了剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性;
　　(4)在針對液壓模塊組合掛車的支架裝載方案設(shè)計(jì)中，通過有限元靜態(tài)分析獲得車架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平和垂向變形量。并以此為評價(jià)參數(shù)，研究了支架數(shù)量及其位置和液壓懸掛系統(tǒng)的支撐方式對車架承受載荷能力的影響。最終提出了具有最少支架數(shù)量，同時(shí)也能夠滿足車架強(qiáng)度要求的三支架裝載方案P3-2;
　　(5)在三支架裝載方案P3-2的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，研究了在不同路面不平度及不同車速下的運(yùn)行工況對掛

6、車系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響。仿真計(jì)算的結(jié)果表明:掛車部件的垂向加速度均方根值與部件間的動(dòng)載荷隨路面不平度及車速的增加而增大，在正弦形凹凸路面沖擊下懸架擺臂的垂向加速度和車軸的動(dòng)載荷急劇增大;液壓回路系統(tǒng)能夠有效地使同屬于一個(gè)液壓缸組中的車軸承受相等的載荷，同時(shí)減小作用于車架上的動(dòng)載荷;由于支架剛度與液壓懸掛系統(tǒng)的影響，車架左右兩邊和前后部分的垂向加速度值都大于縱向?qū)ΨQ面與接近支架的部分。
　　(6)在研究掛車的運(yùn)行工況對擺臂和車架結(jié)

7、構(gòu)疲勞壽命的影響時(shí)，運(yùn)用有限元準(zhǔn)靜態(tài)疊加法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，計(jì)算獲得結(jié)構(gòu)的應(yīng)力歷程?；诰植繎?yīng)力應(yīng)變法建立了擺臂疲勞壽命預(yù)測模型。計(jì)算結(jié)果表明:擺臂疲勞危險(xiǎn)部位出現(xiàn)在已發(fā)生斷裂的斷面位置，危險(xiǎn)部位的應(yīng)力水平已進(jìn)入塑性狀態(tài);掛車在B級、C級與D級路面的運(yùn)行工況下，危險(xiǎn)部位的疲勞壽命均大于掛車使用年限;而在凹凸路面的運(yùn)行下，其壽命隨路面起伏幅值及車速的增加而急劇縮短;計(jì)算的結(jié)果符合物流公司的運(yùn)行記錄:擺臂斷裂故障常發(fā)生在凹凸不平的復(fù)雜