叉车铸造转向桥应用分析研究.pdf

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叉车造转向桥应用分析研究
验·研究
王平,孙维乙,吴海曙,张冬林
(安徽叉车集团有限责任公司)
摘要:根据叉车铸造转向桥的组成结构和技术特点,结合某型叉车铸造转向桥设计实践和试验结果,对
比分析铸造转向桥与焊接转向桥的优缺点,采用 ANSYS Workbench11.0工程CAE分析软件,对焊接桥桥体和
铸造桥桥体在最大垂直力工况和最大侧向力下的变形量,以及应力变化进行仿真分析,并在此基础上对桥体进
行30万次的疲劳试验和桥体应力、应变测量。结果表明,铸造转向桥的各项性能均优于焊接转向桥,证明所提
出的设计方案正确可行
关键词:叉车;铸造转向桥;CAE
又车是一种转向轻便灵活、转弯半径小、机动
性能好的工业车辆。这种技术特点决定了大多数又
车与汽车不同,一般均采用前桥驱动、后桥转向的
布置方案,即又车后桥一般都是它的转向桥。根据
叉车转向桥桥体的加工方法不同,可将其分为焊接
解
转向桥和铸造转向桥两种类型。因其加工方便等特
点,早期叉车的转向系统大多采用焊接转向桥;随
着叉车年产量的不断攀升,以及从转向桥成本和使
用寿命等多方面的综合因素考虑,现在的发展趋势
是铸造转向桥已成为一种主流的转向桥。本文根据
1.桥体2.连杆3.转向液压缸4.转向节5.转向轮
某型3t平衡重式内燃又车铸造转向桥的设计、分
图1某型3t又车铸造转向桥
析和试验结果,对铸造转向桥和焊接转向桥的优缺繁琐的焊接工艺,桥体的结构更加紧凑,其中转动、
点进行对比分析。
连接等关键部位容易实现防水和防尘的结构,从而
1铸造转向桥
可以大大提高转动连接件的使用寿命和可靠性。转
向桥桥体的初步设计尺寸根据早期焊接转向桥桥
叉车铸造转向桥主要由桥体、连杆、转向液压体尺寸而来,通过三维模型的建立和CAE分析技术
缸、转向节和转向轮组成,如图1所示,其中桥体和的应用,实现结构和受力情况的不断优化,并可以
左右两个转向节采用铸造方法制成四。某型3t内燃适当减轻转向桥总成的总体质量。
又车的铸造转向桥和它早期采用的焊接转向桥采
用同样的转向梯形,转向液压缸和连杆等机构的主2桥体结构的CAE仿真分析
要尺寸没有发生变化,所以使用新型铸造转向桥的2.1CAE分析软件的确定
又车最小转弯半径等基本参数没有政变,这就保证
本研究采用 ANSYS Workbench11.0工程分析
了铸造转向桥的应用不涉及到整体车型的改动。
软件,对铸造转向桥和焊接转向桥桥体的三维模型
铸造转向桥的桥体采用整体铸造结构,省去了进行特殊工况的仿真分析。该款CAE软件包括
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试「CAE建模工具 Design Modeler分析工具 Design22基本参数和桥体受力エ况
強 Simulation和优化分析 Design Explorer等模块,而且
确定CAE分析软件以后,需要对转向桥桥体原
具有 Windows风格的友好界面,以及与CAD的直接材料的基本参数和叉车最大的受力工况进行确认。
双向接口功能,与我公司使用的三维建模软件表1所示为铸造转向桥与焊接转向桥所用原材料
Solidworks2008拥有良好的接口。
的各项机械性能对比情况。
表1铸造转向桥与焊接转向桥所用材料对比
类别及所用材/弹性模量
泊松比屈服强度抗拉强度
密度
延伸率八%)
许用应力
/Mpa
gm
Mpa
铸造转向桥
180
0.24
310
450
7250
12
QT450-12
焊接转向桥
0.30
345
470~630
7850
Q345(16Mn)
如图2所示,又车在路面上行驶时,作用在转
(2)最大侧向力工况。又车空载转向行驶时,在
向车轮上的力一般有:1)地面的垂直反作用力T离心力的作用下,车轮处于临界侧滑状态(假设向
和72;2)转弯侧滑时作用在左右转向轮上的横向力左侧滑),这时车轮上的横向力达到最大值。左右车
R1和R2,由于焊接转向桥的结构尺寸与铸造转向桥轮上的垂直力为:
一致,两种类型的转向桥相同工况下受力情况大体
2h
致4。
2ん
B
左右车轮上的横向反作用力为:
R1=T'9
R2=T29
式中:b一叉车重心到地面的高度,m;
B一转向轮的轮距,mm;
侧滑时的横向黏着系数,取值为0.8~1。
通过计算得出不同工况的计算载荷如表2所示。
表2不同工况下的载荷计算结果
图2某型3t叉车转向桥桥体受力分析图
工况左转向轮右转向轮左转向轮右转向轮
垂直力7垂直力72』横向力R横向力R
从受力分析可知,转向桥桥体主要受到弯矩的
作用,它在垂直平面内主要受到垂直力和侧滑时的
最大垂直力4100410000
横向力的作用,在计算转向桥的强度时,可按以下
最大侧向力138311618882989713
最大垂直力工况和最大侧向力工况进行分析。
2.3分析结果
(1)最大垂直力工况。又车空载通过不平路面
分别将铸造转向桥桥体和焊接转向桥桥体的
时的动载荷使垂直反力达到最大值,该值与道路不材料特性、受力情况、基本参数等输入CAE分析软
平度、轮胎弹性及行驶速度有关。此时地面对车轮件以后,经过自动计算可以得出如图3~图6所示的
的反作用力为:
最大受力工况下的应力和变形云图。其中最大侧向
T=T2=G8/2
力工况为:整车空载,向左转弯,车速7.32kmha,内
式中
叉车空載时转向桥上的垂直载荷,N;转向轮最大转角78°及整车处于侧滑临界状态。通
8一动载系数,取8=3。
过对CAE分析结果的对比和分析,得出以下结论