独家| 高强钢自卸车爬坡与转弯工况下 哪种型号的钢材组合能实现自重最轻

自卸车经常在复杂多变的路况上行驶以及在各种工况下工作，工作条件恶劣，在设计初期需对自卸车在多种工况下的结构性能进行校核分析，以满足车辆结构设计要求。

本文针对某款自卸车车厢结构进行分析，主要分析车厢在爬坡与转弯工况下的结构刚强度。

自卸车结构模型如图1所示，车厢尺寸为：5600 x 2350 x 1500mm，底6边4，车厢大板采用涟钢NM450材料，车厢筋骨采用涟钢LG700XL材料。

该自卸车最大载重为40吨，无底梁结构，主要运输建设渣土等货物。

图1 自卸车车厢三维模型

材料模型

车厢大板材料为涟钢高强度耐磨钢NM450材料，耐磨钢广泛应用于自卸车、搅拌车及矿山机械上；筋骨材料为涟钢汽车车厢钢材LG700XL，其屈服强度为730Mpa，抗拉强度为784Mpa，该材料即可用于车厢结构，也可用于大梁结构。材料性能参数如下表1所示。

表1 材料特性参数

工况、边界条件与载荷

自卸车在运输过程中存在多种工况，不同工况下车厢受到的载荷也不相同。本文针对车厢在爬坡与转弯组合工况下进行分析。

（1）爬坡工况：货厢在举升一定角度后，货物对厢体面板的压力与货厢未举升时是不同的，主要原因是货物自身的内聚力和内摩擦角以及土料与底板的摩擦力、粘附力所决定的，车厢靠近后部承受较大载荷。考虑坡度为30%及1.5倍的动载系数。

图2 底板及后门载荷曲线图

（2）转弯工况：自卸车在转弯时整车会受到侧向离心力作用，考虑0.5g的离心力作用。

施加载荷时将两种工况载荷同时施加，释放油缸支座转轴转动自由度、约束其他自由度；释放翻转支座转轴转动自由度、约束其他自由度；约束底板与副车架上表面接触区域竖直方向的自由度。

分析结果

图3-5为车厢结构在该爬坡与转弯组合工况下的变形及应力云图：

1）图3显示车厢侧板总成最大变形量为7.4mm，位于侧板边框中间位置；后门总成最大位移为7.8mm，位于后门底部区域（图中红色区域）。

图3 车厢结构变形云图

2）图4显示底板结构最大等效应力为469.5Mpa，位于倾翻座与垫梁交接处，未超过LG700XL材料许用应力560Mpa；图5显示车厢后门总成最大应力561.3Mpa，接近材料许用应力。

图4 车厢底部结构应力云图

3）从分析结果可知，侧板总成结构强度满足要求，存在一定优化空间；底板为无纵横梁结构，结合该工况下仿真结果，不建议优化底板和后门结构。

图5 车厢后门结构应力云图

结构优化及结果

基于上述分析结果可知，对侧板总成组成部件进行适当减薄，结构优化要求：优化后的侧板涨厢变形小于10mm；具体如表2所示。

表2 板厚优化明细列表

优化部件	原板厚（mm）	修改后板厚（mm）	减重（kg）
侧板横筋	6	5	33
侧板上筋梁	5	4	16
侧裙边	2	1.5	18
裙边筋板	3	2	4.5
合计		71.5

1）图6显示车厢侧板总成最大变形量为9.7mm，小于10mm，满足设计要求；后门总成最大位移为与原结构相同。

2）图7显示底板结构最大等效应力为472.7Mpa，与原结构基本一致。

图6 优化车厢结构变形云图

图7 优化车厢底板结构应力云图

总 结

基于爬坡和转弯工况对高强钢车厢结构进行了分析与优化，车厢底板采用NM450、筋骨材料采用LG700XL，优化后的车厢结构满足设计要求，实现减重71.5kg。

目前，涟钢耐磨钢板的生产厚度在3-25mm之间，可供最高硬度为600HBW的耐磨钢。

性能优良，平直度和表面质量能严格满足要求，具有高耐磨性、高稳定性，高硬度、高强度以及极佳的冲击韧性等要求，能够满足各行业耐磨部件的使用要求。采用涟钢耐磨钢代替普通结构钢，可以大大减小钢板厚度，减轻产品自重，降低能耗，节能环保。