宽体矿用自卸车前轴气室支架有限元分析及优化设计

惠鹏，刘琪，刘喜生，曹艳子

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

1 重型矿用自卸车前轴的气室支架概述

重型矿用自卸车目前广泛应用在各个矿区，其作业环境恶劣，工况差，不同于一般的载货车和自卸车，其工况决定整车频发制动，并且前轴在制动过程中，往往由于质量转移，负荷增大，所以对于整车来说，前桥的制动系统的可靠性要求应更高，而气室支架作为制动系统重要的承载件，对其强度和刚度有必要强化设计。

本文通过有限元分析，提出一种显著减少气室支架应力以及增加气室支架刚性的结构方案：支撑面增加支撑筋，背部增加刚性筋。

2 气室支架优化设计

2.1 建立三维模型

此气室支架承受气室反作用力时，气室的安装面与固定的安装面间仅依靠材料本身厚度提供支撑(初步设计)，所以在优化设计时，在固定的安装面侧增加一处支撑筋，同时为了提高支架的刚性，在背部增加一处刚性筋。有限元模型基于Creo 三维几何模型建立，三维模型如下图所示：

2.2 约束与载荷

图2 气室支架受力及建立有限元模型

约束在气室支架与安装面间的6 个螺栓过孔。

加载在气室支架与气室的紧固螺母安装面上。（见图2）

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F 选取气室在0.8Mpa 压力下，稳定输出推杆力。

F=17200N÷2=8600N

2.3 材料属性

2.4 有限元模型建立

采用四面体单元划分实体网格，网格大小4mm，局部网格优化（见图2）。

2.5 结果分析

从模拟结果来看：

优化后模型相对比优化前，刚性上升2.87 倍。

优化后模型最大拉应力相对比原方案下降48.1%，安全系数上升1.93 倍。

从上述结果来看，优化后气室支架的可靠性显著提升。

图5 优化前、后结果对比分析

3 结论

该优化设计的气室支架，自2018 年大批量装配在重型矿用自卸车转向轴上，截止目前无一起质量问题反馈，并且该结构对铸造工艺性等无特殊要求，气室支架重量仅稍有增加，其增加支撑筋和刚性筋的结构可以显著提升气室支架的可靠性（刚性提升，应力下降），其设计思路具有广泛适用性，类似结构均可参照设计。