120吨重载冶金框架车悬挂推力系统研究.pdf

１２０ 吨重载冶金框架车悬挂推力系统研究 ① 李 力１，２， 赵 楠１， 张卫东３ （１．中南大学 机电工程学院，湖南 长沙 ４１００８３； ２．深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南 长沙 ４１００１２； ３．长沙凯瑞冶金机械有限公司，湖 南 长沙 ４１０６００） 摘 要 以 １２０ 吨冶金重载框架车悬挂推力系统为研究对象，基于多刚体理论和有限元理论，建立了 １２０ 吨重载框架车悬挂推力系 统的三维动力学模型、参数化模型及有限元模型，开展了悬挂推力系统在启动和制动工况下的动力学仿真、参数化优化及有限元分 析，获得了悬挂推力系统优化参数模型和优化前后悬挂推力系统应力云图。 仿真结果表明，优化后悬挂推力系统在路面起伏 ５０ ｍｍ 时其 Ｖ 型推力系统应力小于优化前，但二者均超过屈服极限，无法满足强度要求。 在此基础上，提出了悬挂推力系统梯形推力 机构的改进方案，并进行了有限元仿真与分析。 仿真结果表明，改进后悬挂推力系统应力大大降低，满足强度要求，为 １２０ 吨重载 框架车悬挂推力系统研发及升级提供了理论基础。 关键词 冶金框架车； 悬挂系统； Ｖ 型推力机构； 参数化； 有限元； ＡＤＡＭＳ 软件； ＡＮＳＹＳ 软件 中图分类号 ＴＦ３０３；ＴＰ３９１．９文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１４．０６．０３４ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１４）０６－０１３９－０５ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａ Ｔｈｒｕｓｔ Ｒｏｄ ｆｏｒ １２０ｔ Ｈｅａｖｙ⁃Ｄｕｔｙ Ｕ⁃ｆｒａｍｅ Ｔｒｕｃｋ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ＬＩ Ｌｉ１，２， ＺＨＡＯ Ｎａｎ１， ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ⁃ｄｏｎｇ３ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｓｅａ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ３．Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｋａｉｒｕｉ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０６００， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ⁃ｒｉｇｉｄ⁃ｂｏｄｙ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ⁃ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｈｅｏｒｙ， ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｋｉｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌ， ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ⁃ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａ ｔｈｒｕｓｔ ｒｏｄ ｆｏｒ １２０ ｔ ｈｅａｖｙ⁃ｄｕｔｙ ｕ⁃ｆｒａｍｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ， ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ⁃ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａ ｔｈｒｕｓｔ ｒｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ａｎｄ ｂｒａｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ′ｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｍｏｄｅｌ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｓｔｒｅｓｓ ｎｅｐｈｏｇｒａｍｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ， ｗｈｉｌｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｗｉｔｈ ５０ ｍｍ ｈｕｍｐ ｈｅｉｇｈｔ， ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｖ⁃ｓｈａｐｅｄ ｔｈｒｕｓｔ ｒｏｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｂｅｆｏｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｂｏｔｈ ｏｆ ｔｈｅｍ ｃａｎｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｄｕｅ ｔｏ ｅｘｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｐｏｉｎｔ． Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ， ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａ ｔｈｒｕｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｏｆ ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｓｈａｐｅ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ， ｆｏｒ ｗｈｉｃｈ ｆｉｎｉｔｅ⁃ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｙ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ， ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ． Ｔｈｅｒｅｂｙ， ｔｈｉｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ Ｒ＆Ｄ ａｎｄ ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｕ⁃ｆｒａｍｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｉｎｄｕｓｔｒｙ； ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ； Ｖ⁃ｓｈａｐｅｄ ｔｈｒｕｓｔ ｒｏｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ； ｆｉｎｉｔｅ⁃ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ； ＡＤＡＭＳ； ＡＮＳＹＳ 重载冶金框架车在冶金运输中的地位极为重要， 主要承担钢、铝、锌等冶金厂的金属液体包、锭、卷、板 等超重物的运输工作，其负重达上百吨。 目前，１２０ 吨 重载冶金框架车是冶金运输的主力车型，它由前后驱 动桥、液压悬挂推力系统和调平系统、７ 排实心橡胶轮 胎及车架等组成，如图 １ 所示。 由于运输过程中的超 大负荷、不平地面及转弯等恶劣因素，１２０ 吨重载冶金 框架车将承受多种极大动载荷的耦合作用，车体主要 零部件经常出现变形、断裂等破坏现象，直接威胁到车 体的正常运行，其中最容易出现损坏的关键部件之一 为悬挂推力系统，其经常出现连接杆断裂、铰接头磨 损、机座裂缝等现象，如图 ２ 所示。 ①收稿日期 ２０１４－０６－２０ 基金项目 国家重点基础研究发展计划（９７３ 计划）资助项目（２０１４ＣＢ０４６３０５） 作者简介 李 力（１９６３－），女，湖南益阳人，教授，研究方向为机械电子工程、海洋采矿技术。 第 ３４ 卷第 ６ 期 ２０１４ 年 １２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３４ №６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１４ 图 １ １２０ 吨重载冶金框架车 图 ２ 悬挂推力系统现场照片 悬挂推力系统在重载框架车中将前、后车桥分别 与两侧车架连接，主要用于传递与承受行驶过程中地 面的纵向力、横向力及力矩作用［１］，以保持车身的稳 定性，缓冲和减轻由路面不平引起的强大冲击和振动， 减缓轮胎磨损。 基于悬挂推力系统在重载框架车中的 重要作用，有必要对其开展深入的研究，以提高悬挂推 力系统的可靠性与安全性，从而为重载框架车整车安 全性提供技术保证，对高质量和高水平的 １２０ 吨重载 框架车产品研发与升级具有重要意义。 在悬挂推力系 统研究方面，已有诸多研究成果［２－７］。 本文以 １２０ 吨 重载冶金框架车悬挂推力系统为研究对象，以 ＡＤＡＭＳ 软件为平台，建立悬挂推力系统三维多刚体动力学模 型和参数化模型，开展悬挂推力系统仿真与优化，利用 ＡＮＳＹＳ 软件，开展悬挂推力系统有限元仿真与分析， 提出悬挂推力系统改进方案，为 １２０ 吨重载冶金框架 车悬挂推力系统设计提供理论支持。 １ 悬挂推力系统参数化建模与优化 １．１ 多刚体理论 ＡＤＡＭＳ 是根据多体动力学理论开发的复杂机械 系统动力学仿真软件。 根据机械系统刚体质心坐标 系，运用 Ｌａｇｒａｎｇｅ（拉格朗日）算子，建立完整的系统动 力学方程［８－９］ ｄ ｄｔ ∂Ｔ ∂̇ ｑ Ｔ － ∂Ｔ ∂ｑ Ｔ ＋ φｑＴρ ＋ θ̇ ｑ Ｔμ ＝ Ｑ 完整约束方程 φ（ｑ，ｔ） ＝ ０ 非完整约束方程 θ（ｑ，̇ ｑ，ｔ） ＝ ０ 式中 Ｔ 为系统动能；ｑ 为系统广义坐标矩阵；Ｑ 为广义 力矩阵；ρ 为对应于完整约束的拉氏乘子矩阵；μ 为对 应于非完整约束的拉氏乘子矩阵。 １．２ 悬挂推力系统动力学建模与仿真 １．２．１ 悬挂推力系统动力学建模 １２０ 吨重载冶金框 架车具有前、后悬挂推力系统两套。 将 １２０ 吨重载冶 金框架车 Ｐｒｏ／ Ｅ 模型以 Ｘ＿Ｔ 格式导入到 ＡＤＡＭＳ 仿真 软件中，根据各部件间约束关系，合并零件，添加约束， 建立 １２０ 吨重载框架车三维动力学模型，其中，悬挂推 力系统动力学模型如图 ３ 所示，Ｖ 型推力机构动力学 模型如图 ４ 所示，Ｘ 向为车体横向，Ｙ 向为车体垂向，Ｚ 向为车体纵向。 图 ３ 悬挂推力系统三维多刚体动力学模型 １ Ｖ 型推力机构；２ 悬挂油缸；３ 驱动桥；４ 动臂； ５ 车架 图 ４ Ｖ 型推力机构三维多刚体动力学模型 由图 ３ 可知，悬挂油缸的一端以回转副铰接于车 架，另一端以回转副铰接于动臂，动臂的一端以回转副 铰接于车架，另一端以回转副铰接于驱动桥，驱动桥轴 ０４１矿 冶 工 程第 ３４ 卷 上安装车轮，Ｖ 型推力机构的双头端分别与车架以回 转副铰接，其单头与驱动桥以球副铰接。 由图 ４ 可知， 悬挂推力系统的关键部件 Ｖ 型推力机构由二连接杆 构成 Ｖ 字型，分别通过 ３ 个运动副与左、右车架和驱 动桥联接，其双头端 Ａ 点、Ｂ 点为以车体横向 Ｘ 轴为 轴心的回转副，其单头端 Ｃ 点为球副。 悬挂推力系统工作原理为，驱动桥输送动力至两 端车轮而使车体运动，悬挂油缸通过动臂连接驱动桥 和车架，遇到不平路面时可上下浮动，缓和来自地面的 冲击力和车体振动，Ｖ 型推力机构通过连接左右车架 及驱动桥来承受车体前进和转向等所产生的力和 力矩。 １．２．２ 悬挂推力系统动力学仿真 仿真工况车体 １２０ 吨负载，直线轨迹，启动加速设置为在 ０～８ ｓ 内车速达 到 ２０ ｋｍ／ ｈ，在 ８～２２ ｓ 内，前进车速均为 ２０ ｋｍ／ ｈ，制动 减速设置为从 ２２～３０ ｓ 内车速从 ２０ ｋｍ／ ｈ 至 ０。 利用 ＡＤＡＭＳ 软件平台，将仿真工况输入 １２０ 吨 重载框架车三维动力学模型，完成其在启动与制动过 程中的动力学仿真，获得其动力学参数及动画等［１０］， 从而得到悬挂推力系统的动力学特征，其中，Ｖ 型推力 机构的双头 Ａ 点和 Ｂ 点与左右车架的回转副处受力 曲线见图 ５。 由图 ５ 可知，Ｖ 型推力机构 Ａ 点和 Ｂ 点 处受力在启动加速至 ８ ｓ 时达到最大值 ３５ ｋＮ，制动减 速至 ２７．５ ｓ 时达到 ３１．６ ｋＮ。 由此可知，１２０ 吨重载框 架车在启动加速与制动减速时，其悬挂推力系统中 Ｖ 型推力机构受力状况非常恶劣。 图 ５ Ｖ 型推力机构 Ａ 点和 Ｂ 点处受力曲线 １．３ 悬挂推力系统参数化建模与优化 将悬挂推力系统的 Ｖ 型推力机构 Ａ、Ｂ 两点位置 作为设计变量，分别设 Ａ 点和 Ｂ 点 Ｘ 向坐标为变量 ＤＶ＿１ 和－ＤＶ＿１，Ａ 点和 Ｂ 点 Ｙ 向坐标为变量 ＤＶ＿２，Ａ 点和 Ｂ 点 Ｚ 向坐标为变量 ＤＶ＿３，如表 １ 所示。 根据 Ｖ 型推力机构 Ａ 点和 Ｂ 点的结构尺寸，设变化范围为 Ｘ 向（ － １００ ｍｍ，０），Ｙ 向（ － ６００ ｍｍ，１００ ｍｍ），Ｚ 向 （－１００ ｍｍ，１００ ｍｍ），Ａ 点和 Ｂ 点原始坐标分别为 （３６７ ｍｍ，－８０３ ｍｍ，６ ２８２ ｍｍ） 和（－３６７ ｍｍ，－８０３ ｍｍ，６ ２８２ ｍｍ），则设计变量取值范围为 ２６７≤ＤＶ＿１≤ ３６７，－１ ４０３≤ＤＶ＿２≤－７０３，６ １８２≤ＤＶ＿３≤６ ３８２，同 时，设目标函数［１１］为推力杆与固定臂铰接点 Ａ 点和 Ｂ 点受力取最小。 表 １ Ｖ 型推力系统设计变量参数 铰接点Ｌｏｃ＿ＸＬｏｃ＿ＹＬｏｃ＿Ｚ Ａ（．ＭＯＤＥＬ＿ＰＴ１２０１．ＤＶ＿１）（ＤＶ＿２）（ＤＶ＿３） Ｂ（ＳＩＧＮ（．ＭＯＤＥＬ＿ＰＴ１２０１．ＤＶ＿１，－１））（ＤＶ＿２）（ＤＶ＿３） 利用 ＡＤＡＭＳ 软件平台，建立悬挂推力机构系统 参数化模型，其设计变量满足上述设置范围，创建 Ａ 点和 Ｂ 点受力测量传感器，开展悬挂推力机构系统优 化仿真，获得 Ａ 点和 Ｂ 点的优化参数结果，见图 ６，Ａ 点和 Ｂ 点受力变化曲线见图 ７。 图 ６ Ｖ 型推力机构优化结果 图 ７ Ａ 点和 Ｂ 点的受力变化曲线 分析图 ６ 可知，Ａ 点坐标为（３６７ ｍｍ，－１ ２５３ ｍｍ， ６ ２８９ ｍｍ），Ｂ 点坐标为（－３６７ ｍｍ，－１ ２５３ ｍｍ，６ ２８９ ｍｍ），由此可知，Ａ 点和 Ｂ 点 Ｘ 向与原来坐标基本一 致，Ｚ 向坐标比原来坐标上移仅 ７ ｍｍ，Ｙ 向坐标比原 １４１第 ６ 期李 力等 １２０ 吨重载冶金框架车悬挂推力系统研究 来坐标下移 ４５０ ｍｍ。 分析图 ７ 可知，Ａ 点和 Ｂ 点的受 力值为 ２３．３９ ｋＮ，比优化前减少 ２５．７％，从而获得了悬 挂推力机构系统优化方案。 由此可知，根据 Ｃ 点坐标 （０，－１ ２５３ ｍｍ，５ ６８９ ｍｍ），Ｖ 型推力机构处于水平状 态时，其受力状况为最小。 ２ 悬挂推力系统有限元分析 ２．１ 有限元建模 根据优化前与优化后悬挂推力系统方案，建立二者 的三维实体模型，并导入 ＡＮＳＹＳ 软件，经过修补与缝合 缝隙［１２］，采用 Ｓｏｌｉｄ１８６ 和 Ｓｏｌｉｄ１８７ 单元开展模型网格划 分，分别获得悬挂推力系统优化前和优化后有限元模 型，如图 ８ 所示，二者分别为网格节点数 ２００ ４６０ 和单 元数１１４２７２ 及网格节点数１８１３２２ 和单元数１０３０６８。 已知悬挂推力系统所用材料为低合金高强度结构钢 Ｑ３４５Ｂ，弹性模量为 ２．０６１０５ＭＰａ，屈服极限为 ３４５ ＭＰａ，泊松比为 ０．３，密度为 ７．８５１０ ｋｇ／ ｍ３。 图 ８ 悬挂推力系统有限元模型 ２．２ 有限元仿真与分析 采用 １２０ 吨重载框架车整车在启动与制动工况过 程中动力学仿真数据，将其加载到悬挂推力系统有限 元模型的驱动桥上，施加固定约束于车架，设置重力， 考虑由于路面不平引起悬挂油缸位移 ５０ ｍｍ，利用 ＡＮＳＹＳ 软件平台，开展优化前和优化后悬挂推力系统 有限元仿真，获得了优化前后悬挂推力系统应力云图， 见图 ９。 图 ９ 优化前后悬挂推力系统应力云图 分析图 ９ 可知，优化前悬挂推力系统 Ｖ 型推力机 构二连接杆双头及单头附近受力较大，此部分应力值 均大于其屈服极限，Ａ 点和 Ｂ 点附近的连接杆处最大 应力值达到 ２ １７９ ＭＰａ。 优化后 Ｖ 型推力机构二连接 杆最大应力值为 ３６５．８３ ＭＰａ，整体应力值大大下降， 但仍超过其屈服极限，不满足强度要求。 由此可知，此 方案的悬挂推力系统连接杆和铰接头处将出现断裂与 破坏情况，与其实际破坏情况相符，且有必要进一步开 展悬挂推力系统 Ｖ 型推力机构改进，以达到消除其断 裂与破坏状况的目的。 ３ 悬挂推力系统改进研究 根据悬挂推力系统结构空间［１３－１５］和其动力学仿 真所表明 Ｖ 型推力机构二连接杆受力随其夹角减小 而减小的特征，提出 Ｖ 型推力机构改进方案，见图 １０。 Ｖ 型推力机构改进方案为将 Ｃ 点处增加杆 ＤＥ，减小 二连接杆间的夹角，Ｖ 型结构变为梯形，其各运动副的 型式不变。 从图 １０ 可知，以车体纵向为对称面， ＤＥ 在 Ｘ 向为 ５４０ ｍｍ；Ａ 点和 Ｂ 点 Ｘ 向距离为 ６９４ ｍｍ，Ｙ 向和 Ｚ 向位置不变。 图 １０ 悬挂推力系统改进方案 将悬挂推力系统改进方案输入 ＡＮＳＹＳ 软件，采用 上述同样的边界条件和设置，建立悬挂推力系统有限 元模型，如图 １１ 所示，获得了悬挂推力系统和梯型推 力机构有等效应力云图，分别如图 １２～１３ 所示。 分析 图 １２ 和图 １３ 可知，改进后悬挂推力系统所受应力小 于屈服极限，最大应力位于驱动桥与动臂交界处，约为 １８０ ＭＰａ，比优化后悬挂推力系统最大应力减小了５０．８％； 图 １１ 悬挂推力系统改进方案有限元模型 ２４１矿 冶 工 程第 ３４ 卷 图 １２ 悬挂推力系统改进方案应力云图 图 １３ 梯型推力机构应力云图 梯型推力机构最大应力位于二连接杆，为 ６３．５ ＭＰａ， 比优化前 Ｖ 型推力机构最大应力减小了８２．６％。 由此 可知，经过改进后悬挂推力系统应力大大降低，梯型推 力机构受力状况得到有效改善，满足设计要求。 ４ 结 论 １） 基于多刚体理论，利用 ＡＤＡＭＳ 平台，建立了 １２０ 吨重载框架车三维动力学模型和虚拟样机，开展 了其在启动加速和制动减速工况下的动力学仿真研 究，获得了其悬挂推力系统动力学特性；建立了悬挂推 力系统参数化模型，对其开展了优化仿真，获得了悬挂 推力系统的优化模型。 ２） 利用 ＡＮＳＹＳ 软件，建立了优化前和优化后悬 挂推力系统有限元模型，以其在启动加速和制动减速 工况下的动力学特性、地面不平度 ５０ ｍｍ 为边界条 件，开展有限元分析，获得了优化前和优化后悬挂推力 系统的应力云图，分析可知，优化后悬挂推力系统应力 值小于优化前，但二者均不满足强度要求。 ３） 提出了将悬挂推力系统 Ｖ 型推力机构改为梯 形推力机构的改进方案，开展了其有限元建模与分析， 获得了悬挂推力系统的应力云图，分析表明，改进后悬 挂推力系统最大应力约为 １８０ ＭＰａ，梯型推力机构二 杆应力均有效改善，满足强度要求。 本研究为 １２０ 吨 重载框架车悬挂推力系统研发及升级提供了理论 基础。 参考文献 ［１］ 张长江，侯文英． 重卡悬架推力杆优化设计分析［Ｊ］． 商用汽车， ２０１３（６）８０－８２． ［２］ Ｌｅｉｔｅ ＶＪＳ， Ｐｅｒｅｓ ＰＬＤ． Ｐｏｌｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ ａｃｔｉｖｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｕｎｃｅｒｔａｉｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ［ Ｊ］． Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｙｎａｍｉｃｓ， ２００５，４３（８）５６１－５６８． ［３］ Ｊｕｎ Ｋ Ｊ， Ｐａｒｋ Ｔ Ｗ， Ｌｅｅ Ｓ Ｈ， ｅｔ ａｌ． Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ｏｆ ａｎ ａｉｒ 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