防汛抢险装袋机车架结构受力分析与优化设计

刘兴燕 侯佼建 张一博

摘 要：作为汽车承载基体，车架在装载、运输和卸载等过程中承担主要载荷，车架的质量对整车的使用寿命有着直接的影响。因此，车架必须具备足够刚度，以确保在装袋机行驶过程中各部件之间的相对位置保持不变，且尽量减少车身变形；同时，车架还应具有足够强度以确保其可靠性和使用寿命。采用有限元分析方法分析了车架受力情况，主要对车架在静态弯曲、扭转工况下进行了研究，并对车架进行动态模态分析，从而校核计算車架的刚度、强度；最终建立了防汛抢险装袋机车架的多目标优化数学模型，并对其进行优化设计，以确保机器在满足使用需求的同时具有最佳的效率和性能。通过优化设计，在确保车架强度、刚度满足要求的前提下，能够有效地减少车架的质量。

关键词：装袋机；车架；ＡＮＳＹＳ；静态分析；模态分析；优化设计

中图分类号：ＴＶ５３；ＴＶ８７７ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．００９

引用格式：刘兴燕，侯佼建，张一博．防汛抢险装袋机车架结构受力分析与优化设计［Ｊ］．人民黄河，２０２３，４５（１２）：４７－５３．

０ 引言

沙袋在堤坝防洪和紧急救援中应用广泛。沙袋灌装效率在防汛应急救援中发挥着关键作用，自动装填技术是提高沙袋灌装效率的关键技术之一［１－２］ 。本文研究对象为防汛抢险装袋机，其在使用时主要用于车架上支撑传送带传输运载物。车架作为承载基体，在装载、运输和卸载等过程中承担主要载荷，因此车架必须具备足够的刚度和强度以确保整车的正常使用。此外，当车辆通过凹凸不平的路面时，车架可能会发生振动，并引发共振效应，从而对车架造成结构性破坏。因此，有必要对装袋机车架进行静态、模态特性分析与优化设计研究。

有限元法是一种以计算机为手段，针对大型问题进行求解的方法，其未知数的个数可以成千上万，是解决复杂力学问题的有效工具。目前，由于国内外针对装袋机车架进行有限元分析及结构优化的相关研究较少，因此仍有许多学者在其他车型车架的有限元分析方面进行了大量深入的研究，这表明了有限元分析在车架设计中的重要性。国外学者从２０ 世纪６０ 年代中后期就开始了对车架的有限元静态分析，并且采用有限元法对车架结构进行了辅助设计［３－７］ ； 同时Ｋｒａｗｃｚｕｋ 等［８］ 采用有限元法对货车车架结构进行了较为系统的动态研究。目前，利用有限元法分析汽车车架结构在我国也已经非常普遍［９－１３］ 。在动态分析方面，郑兆昌等［９］ 研究了货车车架的动态特性，采用车架模态分析方法，对结构的动态特性进行了直接评价。马迅等［１０］ 将部分截面尺寸视作可优化的变量，将车架变形及一阶频率视作约束，对弯曲工况和扭转工况进行分析，对某车架结构取得了减重１３．３１％的效果。