防汛搶險裝袋機車架結構受力分析與優化設計

劉興燕 侯佼建 張一博

摘 要：作為汽車承載基體，車架在裝載、運輸和卸載等過程中承擔主要載荷，車架的質量對整車的使用壽命有著直接的影響。因此，車架必須具備足夠剛度，以確保在裝袋機行駛過程中各部件之間的相對位置保持不變，且盡量減少車身變形；同時，車架還應具有足夠強度以確保其可靠性和使用壽命。采用有限元分析方法分析了車架受力情況，主要對車架在靜態彎曲、扭轉工況下進行了研究，并對車架進行動態模態分析，從而校核計算車架的剛度、強度；最終建立了防汛搶險裝袋機車架的多目標優化數學模型，并對其進行優化設計，以確保機器在滿足使用需求的同時具有最佳的效率和性能。通過優化設計，在確保車架強度、剛度滿足要求的前提下，能夠有效地減少車架的質量。

關鍵詞：裝袋機；車架；ＡＮＳＹＳ；靜態分析；模態分析；優化設計

中圖分類號：ＴＶ５３；ＴＶ８７７ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．００９

引用格式：劉興燕，侯佼建，張一博．防汛搶險裝袋機車架結構受力分析與優化設計［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１２）：４７－５３．

０ 引言

沙袋在堤壩防洪和緊急救援中應用廣泛。沙袋灌裝效率在防汛應急救援中發揮著關鍵作用，自動裝填技術是提高沙袋灌裝效率的關鍵技術之一［１－２］ 。本文研究對象為防汛搶險裝袋機，其在使用時主要用于車架上支撐傳送帶傳輸運載物。車架作為承載基體，在裝載、運輸和卸載等過程中承擔主要載荷，因此車架必須具備足夠的剛度和強度以確保整車的正常使用。此外，當車輛通過凹凸不平的路面時，車架可能會發生振動，并引發共振效應，從而對車架造成結構性破壞。因此，有必要對裝袋機車架進行靜態、模態特性分析與優化設計研究。

有限元法是一種以計算機為手段，針對大型問題進行求解的方法，其未知數的個數可以成千上萬，是解決復雜力學問題的有效工具。目前，由于國內外針對裝袋機車架進行有限元分析及結構優化的相關研究較少，因此仍有許多學者在其他車型車架的有限元分析方面進行了大量深入的研究，這表明了有限元分析在車架設計中的重要性。國外學者從２０ 世紀６０ 年代中后期就開始了對車架的有限元靜態分析，并且采用有限元法對車架結構進行了輔助設計［３－７］ ； 同時Ｋｒａｗｃｚｕｋ 等［８］ 采用有限元法對貨車車架結構進行了較為系統的動態研究。目前，利用有限元法分析汽車車架結構在我國也已經非常普遍［９－１３］ 。在動態分析方面，鄭兆昌等［９］ 研究了貨車車架的動態特性，采用車架模態分析方法，對結構的動態特性進行了直接評價。馬迅等［１０］ 將部分截面尺寸視作可優化的變量，將車架變形及一階頻率視作約束，對彎曲工況和扭轉工況進行分析，對某車架結構取得了減重１３．３１％的效果。