獨家| 高強鋼自卸車爬坡與轉(zhuǎn)彎工況下 哪種型號的鋼材組合能實現(xiàn)自重最輕

自卸車經(jīng)常在復(fù)雜多變的路況上行駛以及在各種工況下工作，工作條件惡劣，在設(shè)計初期需對自卸車在多種工況下的結(jié)構(gòu)性能進行校核分析，以滿足車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

本文針對某款自卸車車廂結(jié)構(gòu)進行分析，主要分析車廂在爬坡與轉(zhuǎn)彎工況下的結(jié)構(gòu)剛強度。

自卸車結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，車廂尺寸為：5600 x 2350 x 1500mm，底6邊4，車廂大板采用漣鋼NM450材料，車廂筋骨采用漣鋼LG700XL材料。

該自卸車最大載重為40噸，無底梁結(jié)構(gòu)，主要運輸建設(shè)渣土等貨物。

圖1 自卸車車廂三維模型

材料模型

車廂大板材料為漣鋼高強度耐磨鋼NM450材料，耐磨鋼廣泛應(yīng)用于自卸車、攪拌車及礦山機械上；筋骨材料為漣鋼汽車車廂鋼材LG700XL，其屈服強度為730Mpa，抗拉強度為784Mpa，該材料即可用于車廂結(jié)構(gòu)，也可用于大梁結(jié)構(gòu)。材料性能參數(shù)如下表1所示。

表1  材料特性參數(shù)

工況、邊界條件與載荷

自卸車在運輸過程中存在多種工況，不同工況下車廂受到的載荷也不相同。本文針對車廂在爬坡與轉(zhuǎn)彎組合工況下進行分析。

（1）爬坡工況：貨廂在舉升一定角度后，貨物對廂體面板的壓力與貨廂未舉升時是不同的，主要原因是貨物自身的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角以及土料與底板的摩擦力、粘附力所決定的，車廂靠近后部承受較大載荷。考慮坡度為30%及1.5倍的動載系數(shù)。

圖2 底板及后門載荷曲線圖

（2）轉(zhuǎn)彎工況：自卸車在轉(zhuǎn)彎時整車會受到側(cè)向離心力作用，考慮0.5g的離心力作用。

施加載荷時將兩種工況載荷同時施加，釋放油缸支座轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動自由度、約束其他自由度；釋放翻轉(zhuǎn)支座轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動自由度、約束其他自由度；約束底板與副車架上表面接觸區(qū)域豎直方向的自由度。

分析結(jié)果

圖3-5為車廂結(jié)構(gòu)在該爬坡與轉(zhuǎn)彎組合工況下的變形及應(yīng)力云圖：

1）圖3顯示車廂側(cè)板總成最大變形量為7.4mm，位于側(cè)板邊框中間位置；后門總成最大位移為7.8mm，位于后門底部區(qū)域（圖中紅色區(qū)域）。

圖3 車廂結(jié)構(gòu)變形云圖

2）圖4顯示底板結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力為469.5Mpa，位于傾翻座與墊梁交接處，未超過LG700XL材料許用應(yīng)力560Mpa；圖5顯示車廂后門總成最大應(yīng)力561.3Mpa，接近材料許用應(yīng)力。

圖4 車廂底部結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

3）從分析結(jié)果可知，側(cè)板總成結(jié)構(gòu)強度滿足要求，存在一定優(yōu)化空間；底板為無縱橫梁結(jié)構(gòu)，結(jié)合該工況下仿真結(jié)果，不建議優(yōu)化底板和后門結(jié)構(gòu)。

圖5 車廂后門結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

結(jié)構(gòu)優(yōu)化及結(jié)果

基于上述分析結(jié)果可知，對側(cè)板總成組成部件進行適當(dāng)減薄，結(jié)構(gòu)優(yōu)化要求：優(yōu)化后的側(cè)板漲廂變形小于10mm；具體如表2所示。

表2 板厚優(yōu)化明細列表

1）圖6顯示車廂側(cè)板總成最大變形量為9.7mm，小于10mm，滿足設(shè)計要求；后門總成最大位移為與原結(jié)構(gòu)相同。

2）圖7顯示底板結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力為472.7Mpa，與原結(jié)構(gòu)基本一致。

圖6 優(yōu)化車廂結(jié)構(gòu)變形云圖

圖7 優(yōu)化車廂底板結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

總 結(jié)

基于爬坡和轉(zhuǎn)彎工況對高強鋼車廂結(jié)構(gòu)進行了分析與優(yōu)化，車廂底板采用NM450、筋骨材料采用LG700XL，優(yōu)化后的車廂結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求，實現(xiàn)減重71.5kg。

目前，漣鋼耐磨鋼板的生產(chǎn)厚度在3-25mm之間，可供最高硬度為600HBW的耐磨鋼。

性能優(yōu)良，平直度和表面質(zhì)量能嚴(yán)格滿足要求，具有高耐磨性、高穩(wěn)定性，高硬度、高強度以及極佳的沖擊韌性等要求，能夠滿足各行業(yè)耐磨部件的使用要求。采用漣鋼耐磨鋼代替普通結(jié)構(gòu)鋼，可以大大減小鋼板厚度，減輕產(chǎn)品自重，降低能耗，節(jié)能環(huán)保。

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