獨(dú)家| 兩種主流半掛車(chē)輕量化鋼材大PK 減重效果、安全性能結(jié)果……

愛(ài)薩摩 2020-11-13

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物流運(yùn)輸業(yè)是半掛車(chē)產(chǎn)品最大的市場(chǎng)需求，隨著國(guó)家機(jī)動(dòng)車(chē)安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的更新與實(shí)施，掛車(chē)市場(chǎng)愈來(lái)愈要求高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品。

而且運(yùn)輸企業(yè)也逐步實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)化、規(guī)模化、現(xiàn)代化，所以專(zhuān)用車(chē)制造公司在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)各類(lèi)掛車(chē)過(guò)程中，為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，充分利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輕量化。

本文將對(duì)市場(chǎng)某款大梁采用LG980LE材料的自卸半掛車(chē)進(jìn)行典型工況的有限元分析，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛強(qiáng)度校核分析。

建立模型

圖1為某后翻自卸半掛車(chē)有限元模型，總長(zhǎng)度為9m長(zhǎng)，滿(mǎn)載質(zhì)量不超過(guò)50噸。車(chē)架上翼板、腹板、下翼板厚度尺寸分別為10、8、12mm，網(wǎng)格平均尺寸取10mm。

圖1 自卸半掛車(chē)有限元模型

材料參數(shù)

原結(jié)構(gòu)車(chē)架的工字梁及箱體結(jié)構(gòu)全部采用漣鋼Q355B材料，其屈服強(qiáng)度為466Mpa，抗拉強(qiáng)度為560Mpa。

優(yōu)化后的車(chē)架材料為漣鋼熱處理高強(qiáng)大梁鋼LG980LE，LG980LE材料在保證14%左右的平均塑性的同時(shí)，其強(qiáng)度≥1000MPa。材料參數(shù)如下表1所示。

表1 車(chē)架材料特性參數(shù)

分析工況

自卸半掛車(chē)在運(yùn)輸過(guò)程中存在多種工況，不同工況下車(chē)架受到的載荷也不相同。本文針對(duì)半掛車(chē)在舉升初始時(shí)刻、扭轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)彎工況進(jìn)行分析。

（1）舉升初始工況：車(chē)廂舉升時(shí)，車(chē)廂底部脫離車(chē)架，整個(gè)車(chē)廂載荷由前后支座支撐。

（2）扭轉(zhuǎn)工況：在通過(guò)凹凸不平路面時(shí)，會(huì)造成車(chē)輪懸空或被抬高，車(chē)架左右縱梁受載不對(duì)稱(chēng)的情況，考慮1.5倍的動(dòng)載系數(shù)，滿(mǎn)載時(shí)右側(cè)第一輪懸空。

（3）轉(zhuǎn)彎工況：半掛車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)整車(chē)會(huì)受到側(cè)向離心力作用，考慮0.4g的離心力作用。

分析結(jié)果

1、原結(jié)構(gòu)車(chē)廂分析結(jié)果

原結(jié)構(gòu)車(chē)廂采用Q355B材料，圖2為在舉升初始工況下車(chē)廂的應(yīng)力云圖、圖3為變形云圖。

車(chē)廂被舉起時(shí)底部和車(chē)架分離的臨界狀態(tài)，底板骨架縱橫梁交錯(cuò)處部分單元超過(guò)了許用應(yīng)力；車(chē)廂底板最大變形發(fā)生在中間位置，最大值為40.4mm；側(cè)板和前板變形分別為23.1mm、17.1mm。

從仿真結(jié)果來(lái)看，該工況下車(chē)廂結(jié)構(gòu)基本能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖2 車(chē)廂應(yīng)力云圖

圖3 車(chē)廂變形云圖

2、車(chē)架結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

原車(chē)架大梁結(jié)構(gòu)采用Q355B材料，在轉(zhuǎn)彎和扭轉(zhuǎn)工況下，其結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，其中扭轉(zhuǎn)工況下車(chē)架應(yīng)力及變形相比轉(zhuǎn)彎要大，圖4為車(chē)架結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力云圖，最大值為315.3Mpa，位于右側(cè)車(chē)架懸架吊耳約束處附近，安全系數(shù)為1.47。

圖5為車(chē)架在扭轉(zhuǎn)工況下的變形云圖，最大變形為4.8mm，位于車(chē)架右側(cè)縱梁中間處。

圖4 車(chē)架應(yīng)力云圖

圖5 車(chē)架變形云圖

優(yōu)化后的車(chē)架大梁采用LG980LE，車(chē)架上翼板、腹板、下翼板厚度尺寸分別為6、4.5、8mm，針對(duì)扭轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)彎工況對(duì)車(chē)架進(jìn)行分析，同樣在扭轉(zhuǎn)工況下車(chē)架變形及應(yīng)力較大，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)車(chē)架扭轉(zhuǎn)工況下應(yīng)力與變形數(shù)值對(duì)比表如下所示。

表2車(chē)架扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力與變形數(shù)值對(duì)比表

從上表可知：優(yōu)化后的車(chē)架相比于原結(jié)構(gòu)其應(yīng)力和變形都有增大，應(yīng)力值和變形值最大位置均與原結(jié)構(gòu)相同（云圖省略），變形由4.8mm增大到7mm，整體剛度有所降低；應(yīng)力值增大到492.3Mpa，安全系數(shù)為2.05，相比原結(jié)構(gòu)安全系數(shù)提高。

總結(jié)

針對(duì)自卸半掛車(chē)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度分析，對(duì)車(chē)架大梁結(jié)構(gòu)利用漣鋼LG980LE高強(qiáng)鋼代替原有Q355B材料，并結(jié)合扭轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)彎工況進(jìn)行了分析。

分析結(jié)果顯示：采用LG980LE高強(qiáng)鋼材料，大梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全系數(shù)由1.47提高到2.05，實(shí)現(xiàn)減重303kg，車(chē)架減重20.3%，同時(shí)安全性能提高了40%左右。

高強(qiáng)度焊接大梁用鋼LG980LE是目前用于車(chē)架最高強(qiáng)度，具有良好的可焊性，漣鋼最薄規(guī)格可做到2.0mm，廣泛用于掛車(chē)邊板、防護(hù)欄、貨箱、冷彎制管等，180°冷彎最小直徑3a，具有良好的塑性和可成型性，另外具有良好的服役性能。

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