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

自卸車經常在復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，在設計初期需對自卸車在多種工況下的結構性能進行校核分析，以滿足車輛結構設計要求。

本文針對某款自卸車車廂結構進行分析，主要分析車廂在爬坡與轉彎工況下的結構剛強度。

自卸車結構模型如圖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，無底梁結構，主要運輸建設渣土等貨物。

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構，也可用于大梁結構。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聚力和內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?？紤]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）轉彎工況：自卸車在轉彎時整車會受到側向離心力作用，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，釋放油缸支座轉軸轉動自由度、約束其他自由度；釋放翻轉支座轉軸轉動自由度、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。

分析結果

圖3-5為車廂結構在該爬坡與轉彎組合工況下的變形及應力云圖：

1）圖3顯示車廂側板總成最大變形量為7.4mm，位于側板邊框中間位置；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 車廂結構變形云圖

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

圖4 車廂底部結構應力云圖

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

圖5 車廂后門結構應力云圖

結構優(yōu)化及結果

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

表2 板厚優(yōu)化明細列表

1）圖6顯示車廂側板總成最大變形量為9.7mm，小于10mm，滿足設計要求；后門總成最大位移為與原結構相同。

2）圖7顯示底板結構最大等效應力為472.7Mpa，與原結構基本一致。

圖6 優(yōu)化車廂結構變形云圖

圖7 優(yōu)化車廂底板結構應力云圖

總 結

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

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

性能優(yōu)良，平直度和表面質量能嚴格滿足要求，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構鋼，可以大大減小鋼板厚度，減輕產品自重，降低能耗，節(jié)能環(huán)保。