ZL30装载机前车架静力学有限元分析

刘丽娟, 王占英, 梁建明, 刘春东, 王少雷，耿明超

(河北建筑工程学院机械工程学院，河北张家口，075000)

ZL30装载机前车架静力学有限元分析

刘丽娟, 王占英, 梁建明, 刘春东, 王少雷，耿明超

(河北建筑工程学院机械工程学院，河北张家口，075000)

以车装载机前车架为研究对象，利用ANSYS软件对装载机前车架模型进行参数定义，对装载机前车架进行了满载工况、满载偏斜工况的静态分析，为装载机安全与节能设计提供了理论支持。

有限元；ANSYS；静态分析

0 前言

轮式装载机是一种用途较广的工程机械，主要对散料进行铲装，通常是在露天矿山或工程建设工地作业，工作环境恶劣、复杂，在作业过程中结构件容易发生破坏失效。前车架作为装载机支撑工作装置的基础件，其铰接点的布局是否合理，会影响到工作装置的工作性能。在作业过程中前车架会承受工作装置传来的载荷，在颠簸的路面行驶或者作业时，还会受到剧烈的冲击载荷,容易发生破坏失效。所以前车架进行静力学仿真分析、详细了解前车架在主要工况条件下的强度及变形显得尤为重要。

1 装载机前车架几何模型及网格划分

在Solidworks中建立前装载机前车架几何模型，忽略装载机前车架结构中得一些配件安装的辅助结构，例如吊耳等，既有利于简化几何建模，也有利于对几何模型划分网格，建立能够求解的有限元模型。在建立几何模型时，忽略对整体结构分析产生较小影响的局部特征，将一些过渡结构简化为原来的结构形状，同时将小孔以及倒角等特征简化为原实体，避免分析时出现错误。前车架模型如图1所示。

装载机前车架的建模工作完成以后，将模型保存为ANSYS软件可以识别的Model格式文件。选择分析类型与单元类型，因为对装载机前车架进行静态与动态分析，所以选择结构分析，同时选择Solid中的20node 186，即SOLID186单元类型。确定材料参数，输入弹性模量为2.05e5，泊松比为0.3，密度为7.85e-6。

采用智能分网，在对话框中，选择Global，选择Smart Size并调为5，选择Volumes，其他选用默认选项，单击Mesh，选择所有实体结构，划分网格自动开始，待网格划分完成，得到装载机前车架的有限元模型，共划分网格单元336784个，节点690967个，网格划分如图2所示。

图1 前车架几何模型

图2 前车架网格划分

2 装载机前车架有限元分析

2.1 满载工况

利用ANSYS软件对装载机前车架施加作用力以及重力加速度，计算时约束右前轮UY、UZ，约束右后轮UY，约束左前轮UX、UY、UZ，约束左后轮UX、UY；释放其他自由度（横向：X，垂直：Y，纵向：Z）。进行求解，有限元模型求解完毕后，进行后处理查看模型求解结果，查看满载应力如图3所示。

由图3可以看出装载机前车架所受的应力比较均匀且比较小，远远满足材料的强度要求，虽然在约束位置处产生最大应力，但也满足材料的许用强度，所以装载机前车架满足在满载工况下的要求，同时根据应力与位移图综合考虑，可以减少非薄弱位置的材料，减轻自重，减少能耗。

2.2 满载偏斜工况

扭转工况分析与满载工况类似，只需添加自由度约束即可，利用ANSYS软件计算得出满载偏斜应力如图4所示。由图4可以看出，装载机前车架整体应力变化较小，总体受力较均匀，但发动机的支撑点处，应力最大，但仍小于装载机前车架的屈服强度，所以装载机前车架在扭转工况下满足使用要求。

图3 满载工况应力图

图4 满载偏斜工况应力图

3 总结

本文对装载机前车架进行了静力学分析，根据分析结构找到了前车架在不同工况下的变形和应力分布情况，得到了其结构薄弱点，发现了工作过程中通常认为的危险区域却不是最危险点，而容易被忽略的位置却是需要在强度上加强的部位，为该类型装载机前车架性能的改进和优化设计提供了参考资料。

[1]张明.轮式装载机前车架的有限元分析. 陕西：西北农林科技大学，2013.

[2]牟昊.典型货车车架结构有限元分析与优化设计研究. 湖北：武汉理工大学，2011.

[3]张红松，胡仁喜等. ANSYS13.0有限元分析从入门到精通.北京：机械工业出版社，2011.

Analysis about the Front Frame of Carrier ZL30 with Finite Element Method

Liu Lijuan，Wang Zhanying，Liang Jianming，Liu Chundong，Wang Shaolei，Geng Mingchao
( School of Mechanical Engineering , Hebei Univercity of Architecture,Zhangjiakou Hebei, 075000)

The frame of a fuel tanker is studied. The parameter of the frame is defined by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving.

Finite element；ANSYS；Static analysis

张家口市科技计划自筹经费项目（1521007B，1621009B），河北建筑工程学院博士科研启动基金项目（B-201603）。

刘丽娟，女，1984年出生，河北张家口人，硕士，从事机械结构教学和研究工作。