轮式装载机前车架的模态分析

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装载机前车架作为整体车架的重要组成部分，结构十分复杂，其强度、刚度及动力学特性直接影响了整机的基本性能。随着计算机有限元技术的发展 ，广西某学院-些科研人员采用壳单元离散车架及多点约束单元模拟铆钉传力建立计算模型的方法对货车车架进行了有限元分析l1，吉林某大学科研人员运用有限元法对滑移装载机车架在各个工况下的受力情况进行了静态分析日，国内某大学科研人员进运用有限元法对某型载货车车架进行应力分析及轻量化设计 ，广西某大学的-些科研人员运用有限元法对 CLG856轮式装载机前车架结构进行了有限元分析与优化设计 ，这些事例说明将有限元应用于车架静态强度计算，可以大大缩短产品的开发周期。

以XG958装载机前车架为研究对象，用 ANSYS有限元分析软件建立前车架的有限元模型并对其进行约束模态分析，得到前车架的模态频率和振型。通过对前车架动态参数的分析，对前车架进行结构改进，以提高前车架整体性能。

2模态分析的基本理论模态分析是确定结构振动特性固有频率和振型动力学分析的起点。对于前车架这个 Ⅳ个自由度的线性定常系统，其基本振动方程为：MXtC t xt t 1式中： ，C和 K-质量矩阵，阻尼矩阵和刚度矩阵；Ft-激振力向量；Xt、 t、Xt-位移向量、速度向量和加速度向量。

无阻尼模态分析的运动方程为：K l0 2式中： 第i阶模态的固有频率。

解此方程可得前车架的n个固有频率，对于每-个固有频率，可得-个相应的振型向量6-s。

3前车架有限元模型的建立装载机前车架的几何模型是用Pro/e建立的三维实体模型。

前车架材料选用 16Mn，密度为 7800kg/m ，弹性模量为 200GPa，泊松比为0.27，屈服极限为 345MPa。前车架结构选用 3D实体单元 Solid45划分网格。前车架的有限元模型，如图 1所示。

来稿日期：2012-l1-14基金项目：国家科技支撑计划课题2011BAF1B01；中国博士后科学基金资助项目2011M500572；辽宁省自然科学基金资助项目201202161作者简介：李延斌，1964-，男，沈阳人，博士，副教授，硕士牛导师，主要研究方向：机械设计及理论等方面的研究；张 潮，1985-，男，河北人，在读硕士研究生，主要研究方向：机电系统控制与优化
1l2 机 械 设 计 与制 造No.9Sept.2013图7第二阶振型图8第三阶振型Fig.8 The Third Order Modal通过图8可知，第1阶模态主要是弯曲模态，频率为56.978Hz，最大变形量发生在右侧翼箱上部支座处，最大位移为 1.728mm。

第 2阶模态以弯曲模态为主，频率为75.384Hz，最大变形量发生在车架左侧翼箱上部支座处，最大位移为 1.603mm。第 3阶模态主要为扭转模态，频率为1 52.48Hz，最大变形量发生在车架两侧翼箱的底部，最大位移为 1.369mm。和改进前车架的模态相比，第- 阶模态频率降低了 14.937Hz，最大位移减少 0.02mm；第二阶模态频率降低了 2.308Hz，最大位移减少了0.222mm；第三阶模态频率降低了30.52Hz，最大位移减少了0.065mm；总体来说改进后车架的模态频率和低阶模态振型的最大位移都有所改进 ，-定程度上提高了前车架的动刚度，使前车架的整体 能得到了提高。

5结论利用 ANSYS有限元分析软件对 XG958装载机前车架的结构进行了模态分析，并对其进行了形状结构改进，第-阶模态频率降低了 14.937Hz，最大位移减少 0.02mm；第二阶模态频率降低了2.308Hz，最大位移减少了0.222mm；第三阶模态频率降低了30.52Hz，最大位移减少了 0.065mm；改进后前车架的前三阶模态频率和前两阶最大位移都有了明显的降低，提高了前车架结构的整体性能和结构的动刚度。