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半掛車車架開裂問題及優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

2018-11-17 06:02:40于林濤
關(guān)鍵詞:縱梁車架部位

于林濤

(山東陽谷飛輪掛車制造有限公司,聊城 252300)

1 半掛車車架的組成結(jié)構(gòu)以及遇到的問題分析探討

1.1 新型半掛車的車架結(jié)構(gòu)形式

傳統(tǒng)的車架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,使用效率較低,傳統(tǒng)半掛車在拉貨運(yùn)輸過程中,很容易出現(xiàn)車架開裂的情況,給車主和司機(jī)造成了很大困擾,大大降低了車輛使用效率。隨著我國車企制造業(yè)的不斷發(fā)展,對半掛車車型在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定改裝,結(jié)合車輛使用者的感受和市場使用情況,進(jìn)行了最新的設(shè)計(jì),決定采用邊框式設(shè)計(jì),對車架的組成部分,縱梁、橫梁、邊梁、支撐梁等部分進(jìn)行了整改,目的是為了使車輛車架更加輕量化,提高車輛行駛靈活性和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)過程中,不會縮減車輛原有的尺寸和結(jié)構(gòu),而是主要針對車架使用的材料材質(zhì)進(jìn)行一定的提升,使用強(qiáng)度更高的高強(qiáng)度鋼,除此之外,對車架的縱梁進(jìn)行了一定整改,厚度都在原有基礎(chǔ)上下降3mm左右,使半掛車車架更加輕量化。

1.2 半掛車在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的開裂問題

現(xiàn)在市場上承擔(dān)大宗商品運(yùn)輸行業(yè)的大部分半掛車,都是在新設(shè)計(jì)理念下生產(chǎn)制造出的新型半掛車輛,但這些車輛在市場貨物運(yùn)輸過程中,逐漸發(fā)現(xiàn)了一些質(zhì)量問題。有很多半掛車司機(jī)反映,半掛車在運(yùn)輸途中車架會不斷出現(xiàn)裂紋,有的半掛車車架質(zhì)量問題更嚴(yán)重,車架的鵝頸部位出現(xiàn)了斷裂情況,不但嚴(yán)重影響了半掛車運(yùn)輸任務(wù)的順利完成,更重要的是時(shí)刻威脅司機(jī)和車主的財(cái)產(chǎn)生命安全,長此以往,對我國交通運(yùn)輸業(yè)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展十分不利。

2 半掛車車架有限元模型中網(wǎng)格劃分的方法

半掛車車架設(shè)計(jì)可以利用相關(guān)的有限元處理軟件進(jìn)行模擬計(jì)算,針對車架每個(gè)部位都可以進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬操作,如果是對于縱梁、橫梁、邊梁、支撐梁等部位進(jìn)行模擬操作,我們可以將其參數(shù)都設(shè)計(jì)為10mm,目的是保證有足夠的計(jì)算精度。如果是對于鋼板彈簧進(jìn)行模擬操作,通過軟件的精密計(jì)算,調(diào)整彈簧的彈性模量強(qiáng)度大小,確保軟件模擬操作中彈簧的剛度和實(shí)際車架鋼板的彈簧剛度一致。新型設(shè)計(jì)理念的半掛車,車架一般采用T7001高強(qiáng)度鋼材料,其彈性模量E取值2.06E6MPa,泊松比?取值0.29。

3 對車架自由模態(tài)操作演示

半掛車在承載運(yùn)輸貨物過程中,車架會出現(xiàn)不同的激振頻率范圍,處在不同振源的振動(dòng)對車架的影響效果不同,如果位置較遠(yuǎn),車架受到的振動(dòng)影響較弱。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)表明,車架受到影響的效果除與激振頻率相關(guān)外,還與激振力的分布位置有很大關(guān)聯(lián)性。所以,對車架頻段的計(jì)算,應(yīng)綜合考慮各方面的因素,比如,車輛在路面的行駛速度快慢、路面條件狀況如何、車輛其他部位的情況等,綜合各方面的影響因素,分析研究選擇0~100為自由模態(tài)分析的計(jì)算頻段。

4 車架剛性力度的分析

半掛車車架的剛度水平在很大程度上影響半掛車整體的質(zhì)量水平,對于半掛車車架剛度參數(shù)和作用的研究,需要設(shè)計(jì)人員引起足夠重視。對于車架強(qiáng)度的分類標(biāo)準(zhǔn)有很多,剛度分類最重要的是車架彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度兩種,需要利用相關(guān)的模擬操作計(jì)算出半掛車車架的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的臨界條件。

4.1 半掛車車架彎曲度方面的探討

在對半掛車車架的彎曲剛度進(jìn)行分析時(shí),需要先將車架按縱梁與地面成垂直狀態(tài),進(jìn)行投影,將投影點(diǎn)互相連接構(gòu)成簡單的支梁結(jié)構(gòu)圖,然后在結(jié)構(gòu)圖中第一條邊和第二條邊分別施加一個(gè)垂直向下的力,這樣車架就會發(fā)生彎曲變形。

車架彎曲剛度如式(1)所示。

式中,CB為彎曲剛度,N·mm;F為集中載荷,N;a為軸距,mm;f為載荷作用點(diǎn)處的擾度,mm。

利用計(jì)算公式,我們可以對結(jié)構(gòu)車架的有限元結(jié)構(gòu)模擬法進(jìn)行合理分析,通過計(jì)算可以得出車架的彎曲剛度臨界點(diǎn)為CB=8.88E13N·mm,與傳統(tǒng)半掛車的車架彎曲剛度相比,下降了40%。從上述計(jì)算過程中,我們可以分析得出,半掛車的車架抵抗由各種因素引起的彎曲力度的能力是較弱的,在載貨運(yùn)輸過程中非常容易發(fā)生彎曲斷裂問題。

4.2 半掛車車架扭轉(zhuǎn)剛度方面的探討

半掛車車架的剛度水平在很大程度上影響著半掛車整體的質(zhì)量水平,對于半掛車車架剛度參數(shù)和作用的研究,需要設(shè)計(jì)人員引起足夠重視。我們可以先將半掛車前車架左邊縱梁上的著力點(diǎn)進(jìn)行垂直投影取得一點(diǎn),然后將半掛車前車架右邊縱梁上的著力點(diǎn)進(jìn)行垂直投影取得一點(diǎn),最后在半掛車后橋車的垂直倒影點(diǎn)上施加一個(gè)垂直向上的載荷,半掛車車架就會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形,扭曲剛度如式(2)所示。

式中,CT為扭轉(zhuǎn)剛度,N·m;F為集中載荷,N;L為力臂,mm;h為載荷作用點(diǎn)處的擾度,mm。

利用計(jì)算公式,我們可以對結(jié)構(gòu)車架的有限元結(jié)構(gòu)模擬法進(jìn)行合理分析,通過計(jì)算可以得出車架的扭轉(zhuǎn)剛度臨界點(diǎn)為CT=1.23E8N·mm,與傳統(tǒng)半掛車的車架彎曲剛度相比,下降了40%。從上述計(jì)算過程中,我們可以分析得出,半掛車的車架抵抗由各種因素引起的扭轉(zhuǎn)力度的能力是較弱的,在載貨運(yùn)輸過程中非常容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)開裂問題。

5 針對半掛車的開裂問題,提出相應(yīng)的優(yōu)化解決方案

上文已經(jīng)從半掛車的使用現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)闡述,并對半掛車運(yùn)輸過程中容易出現(xiàn)的車架開裂問題以及原因進(jìn)行了充分分析?,F(xiàn)在,我們可以針對上述半掛車運(yùn)輸遇到的問題,提出相關(guān)的合理解決意見。針對半掛車開裂問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,如下所述。

5.1 第一種優(yōu)化方案

半掛車在實(shí)際運(yùn)輸過程中,車架的彎曲剛度是比較脆弱的,車架抵抗車架彎曲的能力也比較弱,需要注意的是車架鵝頸處,這個(gè)部位是受力程度最嚴(yán)重的部位,需要引起足夠重視。所以,需要針對車架鵝頸處這一特性,加強(qiáng)該部位設(shè)計(jì)質(zhì)量,對鵝頸處的腹板參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)提高,確保車架鵝頸處抗彎曲剛度能力水平,避免車架在運(yùn)輸過程中頻繁出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。

5.2 第二種優(yōu)化方案

半掛車在實(shí)際運(yùn)輸過程中,車架抵抗車架彎曲的能力也比較弱,為避免車架在行駛過程中出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象,需要在設(shè)計(jì)過程中增加折彎板和腹板以及下翼板的相關(guān)參數(shù),確保局部抗彎曲的能力較強(qiáng),避免車架在運(yùn)輸過程中頻繁出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

5.3 第三種優(yōu)化方案

直接有針對性地提高半掛車車架兩側(cè)和腹板以及上下翼板的相關(guān)參數(shù),這樣就可以全面提高車架的彎曲剛度以及車架抗彎曲能力水平,將半掛車車架行駛過程中遇到的各種作用力,分層次、分部分地化解到車架的各個(gè)部位。

6 結(jié)語

本文通過對半掛車車架的自由模態(tài)、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度等方面進(jìn)行深入分析與研究,主要分析半掛車車架開裂的根本原因,并針對半掛車出現(xiàn)開裂的原因,提出三種優(yōu)化方案??梢愿鶕?jù)半掛車車輛狀態(tài)和行駛的路線情況,對比進(jìn)行分析,選擇一種最佳的優(yōu)化方案,提高半掛車整車的性能,避免車架開裂危害司機(jī)生命安全。

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