某压载挂车车架静态特征与模态分析

陈鸣涧，杨振宇，李陆宽，王文迎，刘柏旭

(山东理工大学机械工程学院，山东 淄博 255000)

作者简介：陈鸣涧（2000—），男，本科生，专业方向为机械设计制造及其自动化，2807878536@qq.com.

通讯作者：杨振宇，男，副教授，yang@sdut.edu.cn.

摘要：为验证压载挂车运输配重块时结构的优越性，运用三维软件UG建立压载挂车车架的三维模型，并对其进行满载弯曲、满载扭转、满载搓板路3种典型工况下的有限元静力学分析，得到了相应的应力分布和变形情况，有限元分析结果表明车架的强度和刚度均满足要求。对车架结构进行模态分析，得到了车架前16阶的模态频率和振型，从模态分析结果可知车架结构设计合理。

关键词：中央箱形截面梁式车架；有限元静力学分析；应力集中；模态分析

中图分类号：U469   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)12-0077-05

压载挂车车架为中央箱形截面梁式，用于运输起重机配重。目前，压载挂车在欧洲得到了广泛应用，因其特殊的车架形态非常适合压载运输，再加上日益繁忙的吊装作业需求，以Mammoet、Sarens、Felbermayr为主的各著名吊装公司争先抢购各种型号的压载挂车。欧洲主要压载挂车生产商为德国的Goldhofer公司和荷兰的Nooteboom公司，生产的压载挂车轴数为5~8轴、额定载质量为40~100 t。

大型起重机配重块往往密度较大，单位面积对载货台的压力也就偏大，国内一般利用传统鹅颈式半挂车来运输各种型号的配重块，其车架为焊接框架结构，由纵梁、主横梁、贯穿梁、边梁以及底板等组成，纵梁为工字钢^［1］。通过分析以往的关于鹅颈式半挂车车架静力学研究案例可以得出，目前导致鹅颈半挂车车架开裂的主要工况因素是弯曲工况和扭转工况^［2］。车架的最大应力基本出现在后悬架处和鹅颈部位，且当车架处于满载扭转工况下时，应力值最大，会造成车架的疲劳断裂和变形^［3］。

车架是半挂车的主要承载部件，它能否满足半挂车在使用过程中的强度、刚度及振动要求，是衡量半挂车质量的重要指标^［4］。本文针对常见实际工况对压载挂车车架进行静态特征分析，通过研究满载弯曲、满载扭转、满载搓板路工况下车架应力及变形情况，验证其运输起重机配重时的强度和刚度,并对车架结构进行有限元模态分析，辨识车架结构动态性能，分析其结构设计是否合理。

1 车架有限元模型建立

本文研究的压载挂车属于特种运输半挂车，其车架为中央箱形截面梁式，载质量为45 t。该压载挂车车架主要由一根中央矩形截面主梁、若干三角加强筋和边梁等结构焊接而成，车架分为前部的非载货区与中、后部的载货区，载货区可放置配重块、液压支腿等机械部件；非载货区可安置压载箱（通过增大牵引车驱动轴轴荷的方式来增大扭矩，便于坡路运输）。该压载挂车车架非载货区底盘通过牵引销与牵引车的鞍座连接，整车设置为五轴载荷模式，车架的主要参数见表1。