重型自卸車的案例
有限元技術在某自卸車結構改進中的應用
作者：蘇峰，王永飛，陳建強
（中國包頭北奔重型汽車有限公司，包頭 041032）
摘 要：本文以現有北奔重型自卸車車架為基礎上，通過更改車架上的局部結構，對更改后的局部結構及車架建立了有限元模型，利用NASTRAN軟件進行求解計算。根據此類車型實際使用情況，對車架的彎曲、扭轉及急轉彎等工況進行了車架的強度分析，得到新設計結構改進前后相應工況下應力分布云圖。
關鍵詞：車架；整體結構橫梁；NASTRAN；有限元分析
引言
北奔6X4某類型自卸車經常在礦區使用，平衡懸掛處的背靠背橫梁經常發生斷裂，嚴重影響客戶的使用，為了滿足此地區的客戶要求，北奔設計人員針對此類問題，將原來的鍛件橫梁改為整體鑄造橫梁。
針對這種新結構，在試驗過程中，發生了整體鑄造橫梁斷裂現象，如下圖1.1所示。針對斷裂現象，北奔設計人員提出了很多解決方案，例如加大斷裂處的鑄造圓角，移動鑄造橫梁附件的橫梁，在鑄造橫梁附近添加橫梁等方案，通過仿真計算，發現這幾種方案對于整體鑄造橫梁的受力幾乎沒有影響。最終北奔設計人員將整體鑄造橫梁重新做了設計。改進后的新結構橫梁，仿真計算時都能滿足設計指標，而且在實際路試中沒有再出現斷裂現象。圖1.2為新設計的結構改進后的結構示意圖。
圖1.1 新設計整體鑄造橫梁斷裂圖
（a）改進前新結
（b）改進后新結
圖1.2 整體鑄造橫梁新結構改進前后示意圖
2.車架有限元模型
圖2計算時的有限元模型
車架的有限元模型包括：車架總成，副車架總成，簡化的懸架、橋、輪胎。車架總成主要是由縱梁、襯梁、橫梁總成、整體鑄造橫梁等零部件構成。車架縱梁、襯梁、橫梁，筋板等鈑金件都是等壁厚的，采用殼單元對這些部件劃分，整體鑄造橫梁采用詳細的四面體十節點實體單元劃分。
展開 新能源重卡發展綜述
2.2.2 國內現狀
比亞迪T10 純電動自卸車，采用中央驅動橋方案，三電系統均為比亞迪自主研發，電機額定功率150kW，電池容量435kWh，續航里程260km。在2018 年深圳的深圳藍政策發布后，拿下首批500 輛訂單，2019 年銷售超過3000 輛。
開沃純電動8×4 重型自卸車，采用中心電機驅動方案，電機額定功率240kW，電池容量411kWh。2019 年10 月，開沃正式交付首批300 臺純電動8×4 重型自卸車（共計1000臺訂單）。
大運重卡純電動6×4 牽引車，采用中心電機驅動方案，電機額定功率250kW，電池容量374kWh。該車2014 年推出，已實現國內首個純電動牽引車批量下線。
2.3 純電動重卡小結
鑒于環保壓力，純電動重卡的潛在需求巨大，受限于自重、配套設施、價格等，市場未能進一步打開。在專用車和短途貨運領域，純電動重卡的需求已經呈現，市場銷量正在穩步增長。
3 燃料電池重卡
3.1 燃料電池重卡的技術現狀
燃料電池重卡目前主要的技術線路有3 種：增程式、混合功率模式以及全功率模式。
展開 基于catia自卸車防擺架裝置的功能分析
利用catia軟件可完成自卸車模擬實際工況和負荷下的結構應力分析,并通過對比安裝防擺架和不安裝防擺架工況下的計算,獲得了以往需要耗費大量人力、物力和時間并通過實物試驗才能得到的數據,從定量的角度分析防擺架以及整個上裝在自卸車舉升過程中應力和形變的變化趨勢,為準確評價自卸車防擺架作用提供了可信的數據。
基于catia自卸車防擺架裝置的功能分析.PDF
同力重工北交所上市，屬于寬體自卸車的高光時刻又回來了
2020年開始，寬體自卸車行業開始向著兩個方向發展，一個是向更大噸位級發展，目前臨工、三一、徐工等廠家均推出了各自整車105噸、載重70噸級大噸級寬體自卸車；而山河智能、斗山等一些工程機械廠家也開始紛紛加入寬體車行業，推出70噸級的寬體自卸車。再一個是為響應國家“碳達峰、碳中和”，而向著電動化等新能源方向發展。目前以同力、臨工為代表的頭部企業除了向大噸位方向發展以外，紛紛推出了電動化、無人駕駛等車型。
這次同力重工第一批北交所上市，預示著彰顯中國特色的寬體自卸車行業更加“高光”的時代即將到來。
HyperWorks在自卸車前軸設計中的應用
本文介紹使用HyperWorks軟件，針對某自卸車前軸主銷斷裂失效現象進行有限元分析確定問題的本質，由于超載導致該自卸車前軸主銷已無法滿足目前使用，遂進行新產品立項以徹底解決該嚴重失效問題并拓寬產品梯度。在新產品設計過程中通過使用HyperMesh建立完整的前軸有限元模型，使用RADIOSS（BulkData）模塊完成了對該模型的非線性準靜態分析，其分析結果為產品設計提供了參考依據，從而為汽車前軸零部件強度校核提供了一種有效方法。
高銀峰_HyperWorks在自卸車前軸設計中的應用.pdf
自卸車副車架模態分析
自卸車副車架結構模態分析
1. 問題描述
在車輛設計中，副車架作為車身主要重量的承載體，在工程應用中承受復雜的載荷，如承載卸料是舉升作用產生的集中力與滿載時傳遞全部受力到主車架，是決定整車壽命的的關鍵結構部件。車架工作時產生的振動，會加速某些零部件的損壞，進而影響到整體車況。因此副車架的模態分析、模態參數識別，對整車動力性能分析、降低整車振動、減少部件的疲勞失效有著重要的作用。
車架模型，由副車架及安裝在副車架上的舉升裝置裝配而成，使用steel材料。重點考察車架系統模態參數，得到車架自用模態參數（前10階）及該車架在工作狀態下的模態參數（前4階）。
2. 技術參數
2.1 副車架材料:
材料選擇為：鋼stee，選擇軟件默認材料。
2.2 三維模型如下圖所示
1.1 問題分析
副車架是由這些零部件按照一定的裝配關系裝配在一起的裝配體，主要是采用焊接形式連接在一起。
這里計算自由模態下的激勵頻率及約束模態下（將副車架底部兩根縱梁底面設置為固定約束）的激勵頻率。
2.
展開 基于HyperWorks 的自卸車車架靜強度分析
車架是重型汽車承載及保證車體正確運動的核心部件，其強度不僅決定了整車能否正常使用，還
會影響到整車的行車安全性。Altair HyperWorks 集前、后處理及求解器于一體，是一款優秀的CAE 平臺。
本案例基于Altair HyperWorks 的慣性釋放原理對某礦用自卸車的車架進行CAE 靜強度分析，旨在找出
方案初期的設計缺陷，合理優化車架結構。有助于降低產品設計成本，縮短新車型的開發周期。
屈磊_基于HyperWorks的自卸車車架靜強度分析.pdf
AMEsim HCD建模經典案例 礦用自卸車多級油缸建模
礦用自卸車時我們生活中常見的工程機械，見圖1（圖片取自網絡，如有侵權，請及時告知）。
圖1 礦用自卸車
對于礦用自卸車機構部分的建模，最重要的就是多級油缸部分的建模，詳見圖2。圖2取自網絡，如有侵權，請及時告知。
圖2 礦用自卸車機構簡圖
圖3 多級油缸結構簡圖
圖3顯示了多級油缸的結構簡圖，今天主要針對圖3所示簡圖完成多級油缸兩種方法：機理級建模、功能級建模。接下來我們將開始正文。其實對于多級油缸的建模，不止兩種方法，由于受限于篇幅，這里僅介紹兩種，有興趣的小伙伴可以私聊。（圖3取自網絡，如有侵權請及時告知）
文中模型，不代表任何實際產品，僅作案例建模展示使用。圖4顯示的是多級油缸的運動視頻。
圖4 多級油缸運動視頻
文章來源：數值模擬交流之林
展開 基于SimSolid的自卸車連接支架的靜力分析
自卸車連接支架是自卸車車廂上連接車廂側板與頂蓋的一部分，由于自卸車在使用過程中，車蓋需要長期不停的閉合，這對連接支架的力學性能提出了很高的要求，其使用壽命直接關系著自卸車整裝車的壽命，對其研究有著重大意義，本文基于SimSolid軟件對連接支架做出簡單的靜力學分析。
基于SimSolid的燃料電池自卸車結構性能分析
基于SimSolid的燃料電池自卸車結構性能分析.pdf
300噸自卸車：HyperWorks在日立重卡制造的應用
行業：重型機械
挑戰：增加負載能力 ； 減重 ； 達到預期產品壽命
Altair 解決方案：利用 HyperWorks 仿真驅 動設計進行結構分析，通 過 OptiStruct 進行結構優 化，并利用后處理工具 HyperView 快速呈現分析 結果
優點：降低材料成本 ； 提高有效負載性能 ； 提高分析效率
背景介紹
由日立設計并在其安大略省圭爾夫市工廠生產的大型礦用卡車已經銷往世界各地，包括中國、哥倫比亞、印度尼西亞等露天開采項目需要重型運輸車的地方。日立公司分支機構遍 及全球各地，其研制的機械設備種類繁多，從挖掘機到鏜床均有涉及。大型礦用卡車是其重 型設備產品家族之一。
“大”這個字并不能充分描繪自卸車這一龐然大物，該車體寬30英尺，能夠運載重達316 噸的有效負載。當車身傾斜卸載時，最大的卡車車身最高點距離地面47英尺。由于體積龐大，只能分塊運輸并在工作現場進行焊接裝配。
該自卸車裝載時，總重超過100萬磅。對于日立重卡制造（HTM）的設計工程師來說，其設計過程中的挑戰非常明確：降低材料成本，達到ISO標準并獲得客戶滿意的有效負載性能。AltairHyperWorks工程仿真軟件是幫助他們實現這些目標的關鍵工具。
挑戰
2005年，HyperWorks專家HarryTempelman到日立重卡制造公司任職技術分析經理，便把HyperWorks帶到了日立。他把工作重點集中在使設計方案滿足ISO3471防翻滾保護系統規范（ROPS）和防落物保護系統規范（FOPS）的同時，降低駕駛室焊接結構鋼的重量。
日立生產的大型卡車必須滿足防翻滾保護系統規范和防落物保護系統規范。
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非公路自卸車駕駛室的ROPS仿真分析 ￥5.99
創建剛性墻1
DYNA有兩種形式的剛性墻，一種是關鍵字為*RIGIDWALL_PLANAR，它可以定義一個剛性平面，并可以賦予初速度和質量，但不能自定義的運動；另外一種是*RIGIDWALL_Geometric,它的子選項包括平面（FLAT），剛性矩形（PRISM），剛性圓柱（CYLINDER）和剛性球（SPHERE），這種剛性墻可以使用曲線來控制其速度或位移，使其按照使用者的意愿運動，本研究主要使用的是第二種，下面就具體創建方法簡單介紹下：
1） 在Model Browser中右鍵點擊Create>RigidWall，將card image改為RWGeometric，選定剛性墻所在的基點和法向，以確定剛性墻的位置和移動方向。
2） 在NSID中選擇事先創建好的節點集slave node，這樣這些點就將按運動曲線運動，雖然剛性墻定義的是無限大，但實際它的作用區域僅限于與它相關的這個節點集中的節點；
3） Motion type 選擇displacement，選擇位移矢量的方向余弦，以定義位移矢量的方向，0，1,0和0,5,0是一個效果。
4） 在LCID中選擇之前創建的disp_control曲線
5） 可以用birth和death來控制剛性墻生效和失效的時間，這也是本研究的重點之一，即將失效點的時間定義為結構滿足側向加載和側向吸能要求的時間。本剛性墻直接定義為0ms生效，3ms失效。
5. 創建剛性墻2
創建剛性墻2的方法和上述一致
6. 設置輸出控制卡片等。
7. 調試模型。
計算K文件在下面，有需要的可以付費下載，如果覺得本文檔有幫助請手動點贊，謝謝各位支持。
展開 基于HyperMesh和RADIOSS的礦用自卸車高強度車箱有限元分析
本文介紹了礦用自卸車高強度車箱結構設計特點，利用通用有限元分析軟件HyperMesh9.0，建立了高強度大箱的有限元模型。在此基礎之上，對礦用自卸車高強度大箱在靜載工況和舉升工況進行了靜強度分析，并進一步得出了大箱總成、U型結構、前板總成、側板總成、后板總成、底板總成的應力分布云圖。為了更加接近實際大箱的受力狀況，對U型大箱施加靜水壓力線形變化壓強，取動載系數為1.5。大箱和副車架之間采用GAP接觸單元。得到了比較理想的分析結果，初步驗證了設計的合理性。
梁江波 _基于HyperMesh和RADIOSS礦用自卸車高強度車箱有限元分析.pdf
044-基于AMESim的220t礦山自卸車舉升系統多級液壓缸的建模與
044-基于AMESim的220t礦山自卸車舉升系統多級液壓缸的建模與仿真.part1.rar
044-基于AMESim的220t礦山自卸車舉升系統多級液壓缸的建模與仿真.part2.rar
鉸接式電動輪自卸車動力學建模與仿真分析
鉸接式自卸車是為適應復雜路況與惡劣氣候條件應運而生的一種非公路運輸設備。與剛性自卸車相比，鉸接式自卸車引入了附加的自由度，從而使車輛具有更好的機動性和更廣泛的適應性。
隨著礦產資源的不斷開采與工程機械行業的快速發展，鉸接式自卸車得到了越來越廣泛的應用。因此，建立整車虛擬樣機動力學模型，研究鉸接式自卸車的動力學性能，對于鉸接式自卸車的研究與制造具有重要的科研意義和工程應用價值。本文以某公司60t鉸接式電動輪自卸車為研究對象，建立了整車虛擬樣機協同仿真模型。
（1）本文研究的鉸接式電動輪自卸車采用全液壓轉向系統，取消了軸間差速器，采用電動輪驅動轉矩控制系統實施差速控制。為使整車虛擬樣機模型更符合實際情況，從而更好地進行車輛動力學仿真與分析，本文在對整車結構進行分析的基礎上，在SIMPACK環境下建立了多體動力學仿真模型，在AMESim環境下建立了全液壓轉向系統仿真模型，在Simulink環境下建立了一種基于車輪工作狀態和車輪路面附著特性識別的電動輪驅動轉矩控制模型，并定義了各軟件仿真模型輸入、輸出變量，以Simulink為主要仿真環境，通過軟件接口，將不同環境下的仿真模型集成到Simulink中，利用參數關聯建立了系統、完整的SIMPACK／AMESIM／Simulink協同仿真模型。
為驗證本文設計的“基于車輪工作狀態和車輪路面附著特性識別”的電子差速控制策略，本文利用SIMPACK/AMESIM/Simulink協同仿真模型對該策略進行了仿真驗證。結果表明，在該策略下，本文研究的電動輪鉸接式自卸車具有良好的差速性能。
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