液壓模塊組合掛車動態(tài)響應及疲勞壽命預測研究.pdf

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

2、動態(tài)響應方面的研究文獻較少，主要是由于該車由多部件、機構與系統(tǒng)組成，具有大型復雜多體系統(tǒng)的特點。關于掛車的結構強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際運行中結構所承受的隨機交變動載荷。因此，本文將有限元分析、多體動力學仿真與結構疲勞分析相結合，以用于對液壓模塊組合掛車的裝載方案設計、以及對系統(tǒng)動態(tài)響應特性與結構疲勞強度的研究，具有較強的工程意義和學術價值。論文完成了主要工作和取得的主要結論如下:

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

4、，建立了液壓懸掛系統(tǒng)的液壓缸工作狀態(tài)動力學方程，并結合多體系統(tǒng)動力學方程,推導出了含液壓懸掛系統(tǒng)的掛車多體系統(tǒng)動力學方程;
　　(3)在考慮車架彈性動態(tài)特征和液壓懸掛系統(tǒng)對掛車系統(tǒng)動態(tài)響應特性的影響后，建立了15軸線式液壓模塊組合掛車的多剛體和剛柔耦合多體系統(tǒng)兩種模型，結合掛車道路振動試驗驗證了模型的準確性。對比分析的結果表明:剛柔耦合多體系統(tǒng)模型仿真計算結果與對應試驗測點的實際頻譜變化規(guī)律基本吻合，模態(tài)頻率值相對誤差較小。由此驗

5、證了剛柔耦合多體系統(tǒng)模型的準確性;
　　(4)在針對液壓模塊組合掛車的支架裝載方案設計中，通過有限元靜態(tài)分析獲得車架結構的應力水平和垂向變形量。并以此為評價參數(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，同時也能夠滿足車架強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)動力學模型的基礎上，研究了在不同路面不平度及不同車速下的運行工況對掛

6、車系統(tǒng)動態(tài)響應特性的影響。仿真計算的結果表明:掛車部件的垂向加速度均方根值與部件間的動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載荷急劇增大;液壓回路系統(tǒng)能夠有效地使同屬于一個液壓缸組中的車軸承受相等的載荷，同時減小作用于車架上的動載荷;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對稱面與接近支架的部分。
　　(6)在研究掛車的運行工況對擺臂和車架結

7、構疲勞壽命的影響時，運用有限元準靜態(tài)疊加法進行了結構動態(tài)響應分析，計算獲得結構的應力歷程?；诰植繎兎ń⒘藬[臂疲勞壽命預測模型。計算結果表明:擺臂疲勞危險部位出現(xiàn)在已發(fā)生斷裂的斷面位置，危險部位的應力水平已進入塑性狀態(tài);掛車在B級、C級與D級路面的運行工況下，危險部位的疲勞壽命均大于掛車使用年限;而在凹凸路面的運行下，其壽命隨路面起伏幅值及車速的增加而急劇縮短;計算的結果符合物流公司的運行記錄:擺臂斷裂故障常發(fā)生在凹凸不平的復雜