混凝土搅拌半挂运输车前支撑开裂分析及优化

陈钢　梁鹏　吴红儒

摘 要：某型搅拌半挂车在行驶23000km时，车架前支撑发现多处开裂的现象。使用UG软件建立车架前支撑三维模型，通过仿真分析确定原结构的应力分布及应力最大值区域。通过结构优化创建多种车架前支撑结构，通过静止、加速、制动三个工况下的有限元分析对比，寻找最优方案并验证其可行性。

关键词：搅拌半挂车 车架 前支撑开裂 结构优化

Cracking Analysis and Optimization of Front Support of Concrete Mixing Semi-trailer Truck

Chen Gang，Liang Peng，Wu Hongru

Abstract：Several cracks were found in the front support of the frame of a type of mixing semi-trailer when driving 23000 km. The three-dimensional model of frame front support is established by UG software， and the stress distribution and maximum stress area of the original structure are determined through simulation analysis. Through structural optimization， a variety of frame front support structures are created. Through finite element analysis and comparison under static， acceleration and braking conditions， the optimal scheme is found and its feasibility is verified.

Key words：a semi-trailer truck for concrete mixing， frame， cracking of front support of a frame， structure optimizatoon

1 引言

随着国民经济的发展以及国家对环境保护的日益重视，混凝土的生产及运输也越来越受到重视。近年来，全国各地因为搅拌车超载导致的交通事故层出不穷。各地也加大了限重治超力度，市场上原有的三桥12方和四桥16/18方甚至20方搅拌车已慢慢退出市场。大方量搅拌车不允许上牌，各大搅拌车改装厂均在寻找提升搅拌车运输装载量的方案。

混凝土搅拌半挂车此时成为各个厂商的应对方案，市场上也开始出现不同结构形式的半挂搅拌车。因此搅拌半挂车的结构可靠性已成为整车能否运行正常运行和整车安全性的关键指标。某型号混凝土搅拌半挂车在行驶23000km时，车架前支撑发现多处开裂的现象如图1所示。针对此开裂情况，我们三维建模后进行有限元分析，分析其开裂的原因及对策，避免以后再次出现类似情况。

2 开裂现象原因分析

对该型号搅拌半挂车的车架及上装建立三维模型如图2所示，对车架前支撑模型结构及其受力情况分析可知，搅拌筒及其筒内混凝土在搅拌半挂车静止、加速和制动时对车架前支撑实施压力和拉力是造成开裂的主要原因。开裂部位和有限元分析应力情况如图3所示。

3 结构优化及对比

根据上述模型分析结构和实际开裂位置对比可知，最危险的两处位置均存在开裂情况。在此分析基础上，通过结构优化提出3种方案，如图4所示：

方案一：前支撑前板延展至侧板外，后板向两侧延展后采用包边结构焊接在横梁上;

方案二：在方案一基礎上，前后板去除中间部位，在侧板外侧增加筋板加强整体机构刚性;

方案三：前支撑前板延展，后板延展后包边，两侧板延展至纵梁上。

前支撑材料为Q345B，底部支撑板全约束，力加载点在顶板中心位置上方262mm处。原方案和三个新方案采用相同参数、约束方法和分析工况，得出结果如下。

通过三种方案与原方案的对比可知，原方案在制动工况下存在应力应力集中，应力值为416.9MPa超过板材屈服强度345MPa，易出现开裂风险。三种工况下方案3出现有应力集中情况且整体结构较为笨重，方案1和方案2都能满足强度设计要求，其中方案2在三种工况下的应力分布更加均匀且整体结构更轻优化效果更好。推荐使用方案2。

4 总结

本次的搅拌半挂车前支撑开裂原因分析，采用了UG和Hypeworks联合仿真，对原方案和3种新结构进行了静止、加速和制动三种工况下的强度校核。对原方案的分析结果显示与实际样车开裂部位和开裂现象一致，验证了分析方案的可行性。

通过本次开裂问题分析，让我们知道在新车型开发时，对于新结构存在隐患的时候需要三维设计与有限元仿真分析协同进行，并可同时做出多种方案来对比选取应力分布和轻量化均衡的最优方案，缩短新产品的开发周期避免开裂等售后风险和损失。

参考文献：

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