某自卸车下兜梁分析及改进

王玉帅，李康

(中北大学机械与动力工程学院，山西太原 030051)

某自卸车下兜梁分析及改进

王玉帅，李康

(中北大学机械与动力工程学院，山西太原 030051)

针对实际中某型自卸车兜梁故障率比较高的情况，将兜梁放入到整车环境中进行弯扭工况的有限元分析，并对兜梁结构进行改进设计。对比改进前后的分析结果可知，改进后的兜梁明显优于原兜梁，改进方案是合理有效的。

兜梁；结构改进；有限元分析

Abstract:Aiming at the high failure rate of sub frame of a dump truck,the finite element method was used to analyze the sub frame in whole vehicle environment.The sub frame structure was redesigned.Meanwhile the analyses were done for the frame before and after improvement.Analysis results show that the improved frame is certainly better than frame unimproved and improvement measures are reasonable.

Keywords:Sub frame； Structure improvement；Finite element method

0 引言

载货汽车的大梁承担发动机、车身、底盘、货物和乘客等质量，而且还承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩。在汽车设计中，为了增加车架的刚度，除了需要将车架上的左右纵梁通过横梁连接外，还要通过增加车架下兜梁来进一步加大车架的连接刚度。目前改装载货汽车的大梁可靠性是人们在汽车车架设计中的研究重点，但是自卸车车架的兜梁在实际中故障率较高的问题(如图1)却少有人研究[1-3]。文中针对某自卸车下兜梁侧板易断裂的问题进行有限元分析，并提出改进方案，优化零部件，以降低市场上该部件的故障率，降低售后成本。

1 模型的建立及分析

根据兜梁实物，测量其各个位置的尺寸，采用三维软件建立兜梁的几何模型(图2)。将几何模型导入到Hypermesh软件中进行有限元分析。

由于自卸车工作环境多位于道路极其不平的山路，汽车的大梁和兜梁受到来自车身的复杂载荷的影响以及道路不平所产生的弯扭变形[4-5]，故将兜梁放入整车环境中进行有限元分析，将车架轮胎对角抬高175 mm。兜梁的材料属性如表1所示。

表1 兜梁的材料属性

经过分析,兜梁局部应力图如图3所示，可以看出:原兜梁的侧板边缘处最大应力达到780 MPa，远远高出了材料的屈服强度。在实际工作过程中，兜梁的损坏处与最大应力位置相同，因此应该改进该结构。

2 改进方案分析

2.1 模型改进方案

在不改变材料的情况下，将原来的焊接总成改为3个零件使用螺栓连接结构。改进后结构如图4所示。侧板改为四边形，侧边加宽10 mm，并且向上翻出10 mm左右的翻边，在下面增加2个螺栓孔；加强筋增加往外的折弯，并且增加6个螺栓孔；槽型梁除了增加相应的安装孔外不做改变。

2.2 改进后分析结果

将改进后的模型放到相同的条件下分析，改进后局部应力如图5所示。由分析结果可知：兜梁易坏处的应力有明显减小，由原来的780 MPa减小到497 MPa，改善效果达到36%。

3 结论

原兜梁损坏的主要原因是侧板的强度不足，在长时间的使用过程中极易损坏。对兜梁进行结构上的改进后，翻边处应力在497 MPa左右，而改进前边缘处的应力高达780 MPa，在边缘处改善效果达到36%。改进后的模型预计可以大幅降低市场上的故障率，而且改进后模型假设损坏后只需要将其中一个零件拆除后更换即可，不需要全部报废，可以有效控制售后维护费用。从分析中可以看出原兜梁应力最大点处就是实际断裂处，说明分析再现了兜梁损坏的主要工况模式，分析结果可靠。

【1】 林绍义,林可春,邓辉明,等.一种改装载货汽车大梁建模与分析[J].机电技术，2010,33(2):11-13.

【2】 廖日东,王健,左正兴,等.有限元技术在载货车辆车架分析中的应用[J].车辆与动力技术,2006 (2):54-59.

【3】 东风汽车有限公司.一种车架下兜梁:中国,201020039541.2[P].2010-09-15.

【4】 方其让,苏嘉理,刘诗云.某微型客车后悬架横拉杆支架断裂分析及改进[J].汽车技术,2006 (12):24-26.

【5】 林绍义,林可春,邓辉明,等.一种改装载货汽车大梁有限元分析[J].机电技术,2011(2):58-59.

AnalysisandStructureImprovementofSubFrameofaDumpTruck

WANG Yushuai，LI Kang

(College of Mechanical & Power Engineering，The North University of China，Taiyuan Shanxi 030051，China)

2014-09-11

王玉帅(1988—)，男，硕士研究生，主要研究方向为车辆振动与噪声。E-mail：776592578@qq.com。