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拓扑优化技术在某支架设计中的应用作者：刘永超1 前言卡车驾驶室悬置支架是连接驾驶室和底盘的零件，它对驾驶室起到承托作用。
当汽车行进时，它同时也把底盘上的震动传递到驾驶室，这会降低驾驶员驾车的舒适度，长时间容易产生疲劳。
目前，世界各大重型车生产商都比较重视驾驶室的悬置技术，以期提高自身产品的乘坐舒适度。
由此产生了各项新技术，比如“全浮式驾驶室”悬置技术，就是在车身四角四个支点以浮式减振系统与车架底盘相连形成支撑，根据路面情况调节波动幅度。
这类系统给驾驶员带来舒适的同时，也提高了对支架的要求。
支架需要更高的强度和更小的变形，才能很好地适应新的技术。
本次设计的任务就是利用有限元分析软件HyperWorks对卡车驾驶室后悬置支架进行分析和拓扑优化，优化的约束是体积，目标是支架的柔度(Compliance)最小。
优化结构应同时满足强度和刚度要求。
本次分析和拓扑优化任务是基于优化结构，同时校核并降低应力。
其中拓扑优化是设计的核心任务。
拓扑优化技术是一项新兴的设计方法。
它可以在方案设计阶段给出零部件甚至车身原型合理的材料布局，减轻结构重量。
通过这项技术，企业能缩短设计周期，提高产品性能，减少昂贵的样件生产和整车测试的次数。
国外针对汽车底盘、发动机等零部件的拓扑优化分析和设计的研究及应用都已经比较成熟。
国内目前仍处于理论研究阶段，各汽车厂家也极少实际应用此项技术。
而且当前拓扑优化的软件还不成熟，需要更多的研究和实例应用。
目前汽车行业竞争激烈，国内国外各大厂家都在使用或者关注拓扑优化技术，期望通过它来提升产品的竞争力。
拓扑优化必将在未来几年得到快速的发展。
拓扑优化技术建立在有限元方法和CAE之上，它使计算力学的任务从被动的校核上升为主动的设计与优化，成为现代设计的重要手段。
拓扑优化的思想可追溯到20世纪60年代中期Dom等人的工作，但由于当时结构设计理论和方法的局限，在此后的20年间有关的研究进展缓慢。
到了20世纪80年代后期，随着结构优化设计理论和方法的逐步丰富与完善，以及计算机技术的飞速发展，拓扑优化设计重新引起众多学者的关注，并取得前所未有的发展，成为了国际上最前沿的优化设计方法之一。
［收稿日期］2014-08-04［通讯地址］陈鹏，江苏省徐州市徐州徐工施维英机械有限公司技术办基于拓扑优化的泵车臂架外置连杆设计王中昊，倪海敏，陈 宝（徐州徐工施维英机械有限公司，江苏 徐州 221000）［摘要］根据混凝土泵车的布料范围，应用刚体动力学求解全工况下臂架连杆的铰点力及与周围结构件的位置关系，建立连杆的简化有限元模型；基于拓扑优化的方法，以多工况下结构平均刚度最大化为目标、结构轻量化为约束条件，建立优化模型；利用HyperWorks 软件中的OptiStruct 模块对外置连杆进行优化设计和校核。
［关键词］混凝土泵车；外置连杆；刚体动力学；拓扑优化［中图分类号］TU64 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2014）11-0092-05Externally installed connecting rod of truck -mounted concrete pump designbased on topology optimizationWANG Zhong -hao ，NI Hai -min ，CHEN Bao混凝土泵车臂架系统由多节钢结构臂架和连杆、混凝土输送管及油缸等组成，根据臂架折叠方式的不同，可以分为R 型臂架、Z 型臂架以及综合的RZ 型臂架（主要应用于大型泵车臂架）。
臂架、连杆和油缸形成臂架连杆机构，油缸驱动臂架在各种复杂工况下工作。
根据连杆与臂架位置关系，连杆分为内置连杆和外置连杆，外置连杆（如图1）的连接方式取消了臂架端部的U 型板，使得臂架轻量化并大大加强了臂头局部刚度，同时外置连杆结构简单、工艺方便，已成为目前设计的 主流。
本文针对43m 泵车外置连杆进行分析，该车臂图1 泵车臂架及其外置连杆模型连杆1连杆2连杆3连杆4连杆5连杆6连杆7连杆8aabbccdd架为5节臂结构，折叠形式为RZ 型，臂架展开姿态如图1所示。
首先应用刚体动力学求解了全工况下典型连杆的铰点力及周围结构件的位置关系［1］，建立了简化的连杆有限云模型，引用拓扑优化的设计方法［2-4］，以多工况下结构的刚度最大化为目标，结构轻量化为约束条件，建立优化模型，对外置连杆进行优化设计。
混凝土搅拌运输车的操纵系统和通用后支架的改进设计【摘要】为使操作系统方便灵活、安全可靠，研发了一种新型的三联操作系统，同时研发的通用后支架，使得整车品质更加稳定可靠，且可以批量储备，大大降低了生产周期。
【关键词】混凝土搅拌运输车；操纵系统；通用后支架1 操纵系统的改进设计混凝土搅拌输送车的工作循环主要包括加料、运料、卸料、空筒返回四个工序。
受到路况和交通情况的影响，搅拌运输车在运输途中随时需要刹车、再启动、转弯、加减速等，在这些操作过程中将会引起运输车搅拌罐的转动时快时慢，进而影响混凝土的品质。
因此要求操纵系统方便灵活、性能可靠。
1.1 操纵系统的常见形式分析上世纪80～90年代初最早的操纵控制系统主要采用软轴控制器，在搅拌车后部一侧操作，此种操作系统较为简单，但软轴一旦损坏就无法修复，且操作不方便。
后来逐渐发展为机械连杆方式，使用连杆连接到整车后端的两个连动的操纵手柄，可以从车辆的两面操作。
这种操纵方式比较简单，成本低，因此被广泛采用。
但是这种操纵方式也存在一定缺点，如在混凝土运输车行驶途中不能对搅拌罐转速进行控制；且混凝土站和工地现场环境较差，可能造成驾驶室内部污染。
再后来发展成为三个控制手柄采用连动方式，一个手柄在驾驶室内（实现在驾驶室内也可进行搅拌罐操纵），另外两个则分布在搅拌车后部左右两侧。
无论在其中任何一个位置上控制其中一根操纵杆都能顺利实现正反转、停止、解锁和发动机加速等。
此种操纵系统虽然给操作者带来方便，但工作可靠性差，各联接紧固件容易松动，特别是在路况不好的工地，一旦发生松动将导致危险事故的发生。
以上几种操纵控制系统都不能够精确控制搅拌罐的转速，特别是在运输过程中，易造成发动机功率过多损耗而降低汽车底盘的行驶性能。
1.2 一种新型三联操纵系统设计结合以上操控系统的优缺点，我们开发设计了由机械和软轴相结合的新型三联操纵系统，并把水路开关和操纵手柄集中在一个操纵盒上，使外观更加简单美观，操纵更加方便、灵活，降低了成本和故障率，如下图1新型三联操纵系统。
混凝土搅拌运输车后围梁结构改进发表时间：2019-08-06T11:04:03.390Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：吴广娜石磊[导读] 本文对混凝土搅拌车车架的基本特征进行分析，以此阐述混凝土搅拌车车架中的相应缺陷，并针对这些缺陷提出相应的改进措施。
山推建友机械股份有限公司山东济南 250022摘要：在改革开放的新时期，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，建筑行业的高速发展，使混凝土搅拌车成为建筑工程施工中一种不可或缺的运输工具。
由于建筑工地的路面高低不平，运输路线的路况较为恶劣，致使混凝土搅拌车在运输过程中，车架会出现很大的振动与冲击问题，长此以往，必然会造成混凝土搅拌车中的零件失效，因此，有必要对混凝土搅拌车的车架结构进行相应的改进。
鉴于此，本文对混凝土搅拌车车架的基本特征进行分析，以此阐述混凝土搅拌车车架中的相应缺陷，并针对这些缺陷提出相应的改进措施。
关键词：混凝土搅拌；运输车；后围梁；结构改进引言近几年，我国城建规模的不断扩大，混凝土搅拌运输车得到了较快的发展。
随着社会的不断发展，人们对生活质量要求越来越高，环境保护意识也越来越强，特别是近几年空气质量不断恶化，雾霾越发严重的情况下，那些高效、安全、节能、环保的型混凝土设备越来越受到人们的青睐，进一步推动了混凝土机械新产品的问世。
1进出料装置组成混凝土搅拌运输车进料斗4安装在料斗架8上部，即罐体2后部进出料口3处，进料斗4整体形状像个大漏斗。
混凝土搅拌站生产出的成品混凝土向混凝土搅拌运输车罐体2装料时，通过进料斗4导入罐体2内。
进料斗4通过其前部的2个支撑杆6及后面的1个支承板7与料斗架8固定在一起。
料斗架8下部（即进料口3下面）安装的出料斗5，与罐体2的进出料口3相通，用于将罐体2内的混凝土卸出。
混凝土搅拌运输车进出料装置如图1所示。
3.2精细化研究从上述分析可以看出，螺旋叶片的曲线参数，是混凝土进出料性能的决定性参数，但由于混凝土是由粗骨料、细骨料、沙子、水、添加剂等不同的材料混合而成的固液混合的粘性物质，各材料运动时的轨迹及速度是不一致的，组成了一种复杂的密相多相流系统的运动，因此搅拌过程中混凝土拌合料的流动方向、趋势、形态十分复杂，通常分析用于解析密相颗粒的流体—固体两相流模型并不适用。
混凝土泵车由底盘、臂架部分、底架支腿部分、副车架、泵送单元、液压系统和电气系统组成。
副车架作为承上启下的重要部件，既通过底架承受了来自臂架和支腿传递的作业载荷，又与底盘连接受到了复杂道路形成的行驶载荷。
在泵车的质量事故中，副车架和底架以及副车架和底盘的连接部位会出现板材周边焊缝以及车架母材的开裂现象(见图1)。
所以，准确地模拟副车架的实际工况，对分析失效原因，提升结构件寿命是具有重要意义的。
1 作业工况关于工程机械的副车架分析与优化，此前研究较多的对象是混凝土搅拌车，主要载荷来源于行驶工况[1-2]。
而混凝土泵车作为依靠上装作业的工程机械，其结构件的受力分析主要考虑臂架以及底架支腿所产生的动载和弯矩的影响。
不例外的，关于泵车的副车架结构分析的文献，也多为施加的作业工况下载荷[3]。
本文仍然把作业工况作为泵车副车架受力分析的第一类情形。
泵送工况下，前后支腿完全伸展到位，垂直油缸完全支撑起整机并保持底盘轮胎离地或者不受力，位移边界作用于前后支腿垂直油缸的支撑点上，如图2所示。
臂架完全伸展水平，保持整机处于最大的倾翻弯矩作用下。
根据臂架所处的位置，作业载荷又可分为八种工况，其中工况5正后方属于禁止布料区域予以舍弃，见图3所示。
副车架及底架支腿的有限元CAE模型设置，见表1。
各部件之间的焊接以及装配关系通过单元耦合或者刚性单元连接来模拟，这类前处理细节在相关文献中已有介绍说明[3]，不是本文的重点，不再赘述。
2 行驶工况研究行驶载荷对泵车副车架的影响，首先需建立相应的有限元模型。
由实际工况可知，当前后支腿收缩到位，底盘轮胎着地，需通过梁单元（BEAM188）模拟底盘钢板或者气囊以及车轴，无需建立轮胎模型，位移边界作用于车轴端部。
基于有限元分析的混凝土泵车副车架优化设计Optimized Design for Concrete Pump Truck Frame Based on Finite Element Analysis黄大为1 易 滔2 许 宁2 杨 毅2（1.国家混凝土机械工程技术研究中心，湖南 长沙 410000；2.中联重科股份有限公司，湖南 长沙 410000）摘要：本文在分析混凝土泵车副车架受到常规的作业载荷外，提出了涉及行驶载荷的三种工况。
图1 副车架动力学刚柔耦合模型封板与副梁之间焊接斜支撑筋。
前支架和副梁也是采用焊接的方式，如图1所示。
图2 静态弯曲应力分布图图4 二桥与三、四桥（转向桥及平衡桥）对角抬高150 mm应力分布图根据以上图2～4三种工况的应力集中峰值及位置，汇总如表表1 三种情况应力峰值表计算工况Sub1 Sub2 Sub3应力集中区域后支架斜支撑筋与副梁连接局部后支架斜支撑筋与副梁连接局部前支架与副梁连接局部静态应力峰值MPa281.9279.4431.4动态应力峰值MPa422.85419.10647.10材质屈服强度MPa345345345图5 改进后斜支撑结构图6 前支架与副梁采用螺栓连接根据上面三种工况的计算结果可以看出，上装部分在载荷作用下，中间结构和尾部结构出现弯曲变形，并且幅值较大；在后支架斜支撑筋和副梁连接的局部出现幅值较大的应力。
以上只是在静态工况计算结果，并没有动态载荷计算，如果按照动态载荷图7 结构改进后的应力分析质量的目的。
如图5所示。
在原有斜支撑前端再增加一个连接条形钢板，分别焊接在副梁上平面与斜支撑上。
前支架与副梁采用型螺栓连接，如图6所示。
利用有限元软件对其进行应力计算，如图所示，计算结果如表2所示。
4 结论通过表2可以看出，各相应部位应力峰值已经下降，按照动态载荷影响均未超过材料的屈服强度值，所以此优化设计合理，符合大方量搅拌车副车架结构的设计原则。
同时，也说明增加某一部位强度可以不靠增加板厚，加大尺寸来解决，可利用有限元分析手段，加上巧妙的设计同样可以实现分散应力集中，降低应力. All Rights Reserved.。
