轻量化设计的结果由静力学分析结果可知,该果园电动履带式运输车的底层车架与顶层车架相比,除了在与两侧履带总承连接横梁处及梁焊接处应力较大外,其余大部分位置应力普遍较小,而顶层车架应力集中却不明显,表明底层车架存在应力分布不均匀的现象,其原因是电动
履带运输车的动力电池组与电动机
等驱动部件均放置于底层车架上。因此,将底层车架横梁区域设置为优化区域,两侧纵梁设置为非优化区域,把与底层区域大小相等的整块板作为优化对象,以最大应力、应变为目标函数,一般选取减少优化区域体积比例的70%~80%为约束条件,本研究选择70%。同时考虑到轻量化设计前车架存在应力分布不均匀的现象,加载“1.3”节中满载弯曲工况时相同载荷,设置收敛公差为0.0001,整个优化过程经过21次迭代。
一般优化结果不能直接用于加工,但是可以为设计提供指导。优化后增加了横梁,将中间的双纵梁变成了单纵梁,放置电池处的双纵梁长度由原来的38mm降低到32mm,其余结构按照优化后的尺寸进行了重新设计。另外,减少了原结构中放置蓄电池的角铁结构,直接用梁承载。
轻量化前后车架模态分析及对比
车架是由无数个固有振型的多自由度弹性系统组成,对车架进行模态分析可以得到车架对激振力的响应效果,可以避免车架共振对行驶安全的影响,对车架进行模态分析在设计改进的过程中具有重要的指导意义。果园电动履带式运输车经轻量化设计后,车架结构的各阶模态频率均有所提升,其原因是与原车架结构相比增加了梁的数量,车架各阶频率有所升高。其中,一阶频率提高11.81%,这在一定程度上减小了因外部激励导致车架共振造成车架行驶性能下降现象的发生,且进一步证明了本次轻量化的合理性及可行性。
轻量化设计结果的有限元校核
在相同载荷条件下,对轻量化后的车架进行满载弯曲工况及满载扭转工况时的有限元校核。轻量化后车架在满载弯曲工况下最大应力为121.47MPa,最大形变为0.59mm,均发生在连接车架与履带总承的横梁上。轻量化后在满载扭转工况下最大应力为339.31MPa,最大变形量为1.66mm,发生在连接车架与右侧履带总承横梁处。反之,最大应力将出现在左侧。
果园电动履带式运输车轻量化后车架的整体体积减小8.22%、质量减轻8.82%。轻量化后车架在满载弯曲工况及满载扭转工况下应力分布更加均匀,最大应力及最大应变比轻量化前均有大幅度提高。在满载扭转工况下的最大应力值为339.31MPa,与轻量化前相比增加明显,接近材料的屈服极限375MPa,但其安全系数为,仍在可以接受的范围内。