多纵列液压模块组合挂车有限元分析建模研究.pdf

■盟 塞 1 多纵列液压模块组合挂车结构特点及有限元分析 建模问题 液压模块组合挂车是一种可拼接的车辆系统，根据运输货 物的特点，可以进行纵向或者横向的拼接，纵向拼接可以通过 增加轴线数目来实现对较长货物的运输 ，目前国内外的轴线数 范围可以从2 轴线到3 6 轴线，总的车辆长度可达1 0 0 多米。纵向 拼接也可以包括单模块和单模块拼接，单模块和低货台拼接， 图1 为拼接得到的三纵列液压悬挂系统的后视图。不管是纵拼 还是横拼，车辆都将车轮进行分组，同组车轮液压油缸相通， 使其达到平衡轮荷的作用。不同的分组形成不同的支撑方式， 最常见的支撑方式由三点支撑、四点支撑。三点支撑即整个车 轮分为三组，前面一个支撑点，后面一个支撑点，类似于三轮 车的形式。四点支撑即前后均有两组车轮，类似于普通的四轮 车辆。 图 1 三纵列液压悬挂系统后视图 图2 为典型的三纵列液压模块式组合挂车车轮分组示意 图，图中油缸相通车轮用相同的图标表示。从图中容易发现， 该车分为四个轮组 ，每个轮组中车轮轮荷相同，构成四点支 撑。如果将图2 中的前面各深色图标表示的车轮的油缸全部连 通，则前面只有一个支撑点，与后面的两组车轮构成三点支撑。 图2 典型三纵列液压模块组合挂车车轮分组示意图 液压模块组合挂车的货物通常采用支架装载、均布装载和 特殊装载这三种装载方式。支架装载是指货物通常不直接放置 在车辆装载平面上 ，而是通过支架实现装载，常见的支架装载 又分为单跨装载和双跨装载两种方式；均布装载是指载荷直接 分布在装载平面指定区域，分布方式分为均匀分布与非均匀分 布两种；将不属于支架装载与均布装载的情况暂归为特殊装 载 ，特殊装载可能会导致左右偏载。 图3 为单跨装载示意图，货物质心位于整体结构前后对称 面中心位置，使用两个支架装载，支架跨距为2 c ，前后支架上 的载荷为货物总重量的1 ／ 2 。图4 为双跨装载示意图，货物质心 图 3 单跨跨装载示意图 图4 双跨装载示意图 1 O 重型汽车 H E A V Y T R U C K 2 0 1 1 ． 3 同样位于整体结构前后对称面中心位置 ，使用四个支 架装载 ， 总跨距为2 c ，分载跨距为2 b ，每个支架上的载荷为货物总重量 的 1 ／ 4 。无论 采取 何种 装载 方式 ，液压模块组合挂车 中同支撑 点下的车轮轮荷都是相等的。 传统的建模方法是将加载面运动的自由度约束住，并在同 支撑点下的车轮轮心处施加与轴荷相等的作用力，这样即可保 证各同组车轮轮荷相等，这种方法只能满足力的边界条件，但 约束过强，约束刚度过大，不能满足位移的边界条件，计算模 型变形与真实结构的差异较大。经过试算，认为单跨装载跨距 为零的工况的变形情况与真实情况比较接近，但会造成局部严 重的应力集中。对于跨距不为零的单跨装载或双跨装载、均布 装载和特殊装载，计算结果与真实情况完全不符。 2 链式平衡杆系结构模型的建立 为解决传统建模方法中存在的上述问题，同时满足力的边 界条件与位移的边界条件，本文提出了一种新的链式平衡杆系 结构，它可以很好地模拟液压平衡悬挂系统的功能，能够满足 对任意轴线数、任意纵列数的车辆在任意装载方式同支撑点下 车轮轴荷相等的要求。 链式平衡杆系结构由平衡杆和支撑杆组成，杆件各点均在 同一平面内，假设平衡杆不变形，支撑杆的刚度可调，以满足 特殊需求。图5 为一条链式平衡杆系，图中BC、F G、J K、 NP、 、WX为上平衡杆 ，D E、HI 、L M、Q R、U V为下平衡 杆 ，AB、DC、E F、HG、I J 、L K、MN、QP、RS、UT、 VW、YX为支撑杆。 图5 链式平衡杆系结构的实现图 上平衡杆的中点0 、O 、O 、O 、O。 、O． 分别与车轮中 心相连，同一条链式平衡杆系上的车轮属于同一支撑点，上平 衡杆既可以在杆件平面 内上下运动 ，又可 以绕各 自的轮心轴线 转动。下平衡杆的中点O， 、O 、O 、O 、Om 与大地铰接，不 能相对于地面移动，但可以绕交接点在杆系平面内转动；A、 Y为两固定点，与大地铰接，不能相对于大地移动。 属于同支撑点的不同纵列的车轮组可以通过不同长度的下 平衡杆连接，图中下平衡杆QR连接了位于同一支撑点、不同 纵列的车轮组， 0 为QR的中点，组成链式平衡杆系。r h杠杆 平衡原理 可得 Fo 1 Fo 1 l 2 式中 Fo 。 、 、 、 、 、Fo ． ， 为各个车轮轮心的 轮荷， 为各个平衡杆两端的力 { 、C D、E G 、