基于SolidWorks某型自卸车车架的模态分析

李亮+麻进云

摘 要：自卸车一般用于松散物料的装卸和运输，副车架作为其重要承载部件，设计中应确保与外部振源不会发生共振。该文应用SolidWorks软件建立了某型自卸车副车架模型，并通过Simulation插件计算出该车架的固有频率，结果表明原设计可有效避开振源频率，整个方法实用高效，具有重要的实际应用价值。

关键词：固有频率 副车架 自卸车 SolidWorks

中图分类号：TD562 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（b）-0055-02

自卸车一般用于松散物料的装卸和运输，在公路运输行业发挥着重要的作用。自卸车的运行工况相对复杂，作业条件比较恶劣，副车架作为自卸车的核心承载构件，行驶的过程中，受到来自外界激励源影响，特别是发动机的振动和路面对车轮的冲击。在极端的作业工况下，一旦与副车架的固有频率相同，极易造成车体结构的破坏，威胁整车的使用寿命和运行安全[1]。因此，在其设计中副车架不仅应具有足够的刚度和强度，而且为保障不会因共振而发生破坏，其振动的固有频率必须避开这些振源的影响。现代虚拟样机技术可以在物理样机的试制之前从设计的早期阶段发现设计缺陷，因此对副车架进行模态分析，研究其固有频率和振型对提高该车型的可靠性具有重要的工程指导意义。

1 副车架有限元模型的建立

副车架作为整车的重要部件，连接于货箱和大梁之间起到改善底盘受力状况的作用，通常选用槽钢结构以及根据举升机构的形式布置相应的铰接点。如图1所示，在SolidWorks软件中根据设计尺寸建立某型自卸车副车架的模型，并将其导入至Simulation模块。车架选用Q345b型合金钢作为模型材料属性，其他材料参数分别为：弹性模量210 GPa、泊松比μ=0.3、密度ρ=7.85×10-3 g/mm3。

单元尺寸的大小对于计算精度和速度有较大的影响。理论上单元尺寸越小，网格越密，计算的精度也越高，但随着网格数量增多，计算量越大对于计算机硬件的要求也越高。所以在能够满足计算精度的要求下，单元尺寸的取值要科学合理。同時尽量避免沙漏的产生，设置网格单元尺寸为0.02 m，模型划分网格后产生16 562个单元，24 548个节点，有限元模型如图2所示。

2 模态分析

在SolidWorks中的Simulation插件中新建频率分析模块，并在模块分析属性中将提取的频率数设置为前8个[3]。选取自由模态模式并运行软件计算。

自卸车属于多自由度振动系统，其中车体所受振动激励通常为两种：一是车辆运行状态下因路面不平引起的车体振动；二是因发动机运转而产生的振动。因路面起伏产生的垂直振动激励频率一般在20 Hz以下。由于此车型发动机为WP10.375型，其怠速运转转速在700～1 000 r/min之间，换算出其振动频率在11.67～16.67 Hz范围内。

通常车架低阶振动频率与外部激励频率重叠范围较广，更容易共振且对车体安全构成影响，因此取副车架固有频率的前8阶频率进行分析，通过对副车架模型进行分析计算，得到前8阶固有频率如表1所示。

副车架与外部激励共振时的振动取决于自身固有的振动形态，表1表明副车架1～8阶的振动固有频率范围在24～108 Hz之间。振动形式有车架整体弯曲及局部的扭转两种振动状态：其中1、3、5、7、8阶振型为弯曲振型，2、4、6阶振型为扭转振型。第1阶固有频率为24.274 Hz，车架在X-Y平面内弯曲形且加强横梁处变形量较大；第2阶固有频率为32.312 Hz，副车架加强横梁附件沿Y-Z平面产生扭转变形；第3阶固有频率为33.582 Hz，车架加强横梁附件在X-Z平面内发生弯曲变形；第4阶固有频率为44.562 Hz，副车架后部沿X-Z面内产生扭转变形；第5阶固有频率为49.241 Hz，副车架管梁后方沿X-Y面内产生较大的弯曲变形；第6阶固有频率为67.654 Hz，副车架沿Y-Z面内产生了较大的扭转变形；第7阶固有频率为76.731 Hz，副车架沿X-Y面内产生了较大的弯曲变形；第8阶固有频率为107.4 Hz，副车架沿X-Y面内产生了弯曲变形。仿真计算表明，副车架前8阶的振型都主要表现为扭转和弯曲，最低固有频率为24.274 Hz，相较于因路面不平产生的车体振动和发动机怠速时20 Hz以下的振动其频率能够有效避开共振区域，对车体安全影响不大。

3 结语

副车架的设计是自卸车设计中的重要环节，文章在SolidWorks软件中建立了副车架的三维模型，并应用Simulation插件对其进行了模态分析。结果表明该型副车架与外部振源不易产生共振现象，整个方法实用高效，为解决此类工程问题提供了一条重要的参考思路。

参考文献

[1] 魏效玲，刘强，王佳宁，等.基于Workbench的自卸车副车架模态分析[J].煤矿机械，2015，36（11）：256-258.

[2] 杨璐，王许州，于永彬，等.基于ABAQUS有限元的重型自卸车副车架模态分析[J].沈阳工业大学学报，2015，37（5）：525-529.

[3] 王许州，杨璐，李庆江.基于有限元理论的自卸车车架模态分析[J].河北农机，2015（9）：57-58.

[4] 陈艳娟，王朋波.某重型自卸车车架结构强度有限元分析[J].专用汽车，2011（11）：70-71.