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摘要：推土机作为一种工程车辆，其主要的作用就是挖土、运土和卸土。此时推土机车架的强度在此时就起着重要的支撑作用，就传统的传统的八字梁支撑形式来说，会导致链轮轴的载荷较大，影响工作。本文就新型推土机车架强度展开分析和研究。
关键词：推土机；车架；强度分析
引言：
目前，新型结构式车架的链轮轴只传递牵引力，对承受链轮传动装置自身的重量只承受一小部分。机身重量由后支撑轴和平衡梁来承受。从结构上来看，新型的推土机车架只是多了后支撑轴。但省去了复杂的八字梁，因此，新型推土及车架结构不但改善了驱动链轮轴的受力状况，也在一定程度上简化了结构。
1.新车架的基本结构和受力情况
新车架的基本结构形式和受力情况如图1所示。图中， 、 为提升油缸对车架的作用力， 、 为后支撑轴对车架的作用力， 、 为链轮，通过最终传动壳体作用于车架上的力，平衡梁作用为 ，与车架铰接处的力，车身上部所承受不见的重力 ，车架自身重力为 。除重力外，上述各部位出现左右不对称的情况是因为偏载力，因此，实际的受力是按照片在进行分析的 。
图1 车架结构图
1.动力输出口 2.纵梁 3.提升油缸铰接处 4.机头架侧板 5.平衡梁铰接中心 6.后支撑轴连接处 7.固定最终传动机链轮轴壳周边连接处
车架作为空间焊接结构，主要是以板类结构为主，且由于结构较为复杂，关于强度的分析会变得十分困难，因此，需借助有限元方法用专业计算机进行分析和计算。以便得到最准确的结果。
2.建立车架的有限元网络模型
正如上文所述，车架的以板类材料焊接构成，因此在建立有限元模型时应考虑以板类空间单元为主，可将上述板类结构分为柱面、平面、和空间全面三类。需注意的是中间有孔的结构同时也要考虑在内。按照上述类别把车架机构整体划分为单独的子域，将子域边界特征编成相应的数据文件，利用专门的分析软件，其根据网格的稀密度要求对整体结构进行网格划分，此做法的好处是能够有效的避免对个别零部件进行单独划分时带来的节点处连接不好的问题。然后利用该软件在事物构图参数的基础上，建立该车架的有限元网络模型 。
3.工况选择及受力分析情况
推土机工作装置强度计算的工况主要有5种，通过专业软件的分析，选择下列两种环境较为恶劣的工作情况作为受力分析及强度计算水平的依据。
3.1.在推土机水平地面作业时，遭遇铲刀侧角顶到障碍物的状况，当铲刀全力下压且强制切土时，推土机以最大的顶推力向前推进，此时推土机在可能产生履带滑转的同时
发生抬头失稳的情况。
3.2.推土机在水平地面作业时，铲刀侧角顶到障碍物，在提升油缸提升的同时，推土机以最大的推力向前推进，此时，推土机可能在履带滑转的同时产生翘尾失稳的严重情况。
根据以上的工作状况，分别以顶推架、整机和推土铲、平衡梁、台车以及车架为隔离对象进行受力分析。（车架受力情况参考图1），建立静力学平衡方程组。
（1） （2） （3） （4）
（5） （6）
该方程组其中包括了各部件在空间所受的力矩和全部力，其受力分析过程：
首先，针对上述工作中发生的障碍对整机进行受力分析得出的履带和铲刀的受力情况。
其次，将顶推架、铲斗及相应连接杆机构作为隔离体进行受力分析，并由此得出顶推架对车胎家。提升油缸对机头架产生的作用力情况。
再次，将驱动链轮、台车架作为隔离体进行受力分析，并由此得出其对后支撑轴、台车架及最终传动连接处的作用力。
最后，将车架作为隔离体，考虑平衡梁铰接中心，后支承轴连接处、提升油缸的铰接处、最终传动连接处的受力状况，以及车身安装的其他零部件总成（发动机、变速箱、制动器、离合器、驾驶室等）的重力及车架自身的重量，由此得出车架的受力。详情见表1，表1根据上述选定的工作情况进行受力分析，解平衡方程式并考虑动载系数为1.5得出的结果 。
表1 车架各处受力参数
4.节点载荷与约束条件
按有限元分析和计算要求，需建立相应的边界约束条件，并再分析时的节点上施加载荷。
5.边界约束条件
模型需按照要求进行计算，且需保证整体不发生位移。通过分析，要在以下几处施加边界约束条件：
为了保证计算的正常运行，要在后部与中心轴连接对称位置上左右各选一个节点对x和y方向发生的位移进行约束，在与平衡梁接触的铰销处选一个节点约束其y方向和z方向的位移。如此便可对车架整体在空间3个方向的移动和转动惊醒约束，以此保证分析计算的正常运行。
6.节点载荷
再分解使需考虑到部件的实际连接情况，可将集中载荷按照分布情况进行分解，按照上文中表1的分析情况对应可能发生工况将载荷施加于相应位置的对应节点上。
7.其他有限元参数
按照Super SAP的要求输入相应区域的板材的厚度以及材料的特性。
8.模型译码
按照上文所述，利用Super SAP中的模型译码器（decoder）进行译码（指模型文件的格式转换），由此得出有限元分析处理器所需要的输入文件及附加信息。
结论：
在操作的过程中，为了避免盈利过大而使车架发生破裂的情况，在操作前应借枪车身的强度和刚度，比如在前黄梁与纵梁连接的部位增大焊缝或加强筋等。在结构和空间允许的情况下，应考虑在车架前中部增加底板，以此增加车架的抗弯和抗扭刚度和强度。
参考文献：
[1]张天琦，谭学斌，魏文宝.履带式推土机的使用与维修──第十讲 新型推土机[J].工程机械与维修，2009（12）
[2]刘蜀阳，张学良，孙大刚，林慕义，温淑花.基于极坐标复运算的粒子群优化算法[J].系统仿真学报，2010（07）
[3]易小刚，焦生杰，刘正富，张天琦，龙水根.全液压推土机关键技术参数研究[J].中国公路学报，2009（02）
作者简介：
第一作者：周宏明（1987.03—），男，汉，本科，机械类产品设计。
关键词：推土机；车架；强度分析
引言：
目前，新型结构式车架的链轮轴只传递牵引力，对承受链轮传动装置自身的重量只承受一小部分。机身重量由后支撑轴和平衡梁来承受。从结构上来看，新型的推土机车架只是多了后支撑轴。但省去了复杂的八字梁，因此，新型推土及车架结构不但改善了驱动链轮轴的受力状况，也在一定程度上简化了结构。
1.新车架的基本结构和受力情况
新车架的基本结构形式和受力情况如图1所示。图中， 、 为提升油缸对车架的作用力， 、 为后支撑轴对车架的作用力， 、 为链轮，通过最终传动壳体作用于车架上的力，平衡梁作用为 ，与车架铰接处的力，车身上部所承受不见的重力 ，车架自身重力为 。除重力外，上述各部位出现左右不对称的情况是因为偏载力，因此，实际的受力是按照片在进行分析的 。
图1 车架结构图
1.动力输出口 2.纵梁 3.提升油缸铰接处 4.机头架侧板 5.平衡梁铰接中心 6.后支撑轴连接处 7.固定最终传动机链轮轴壳周边连接处
车架作为空间焊接结构，主要是以板类结构为主，且由于结构较为复杂，关于强度的分析会变得十分困难，因此，需借助有限元方法用专业计算机进行分析和计算。以便得到最准确的结果。
2.建立车架的有限元网络模型
正如上文所述，车架的以板类材料焊接构成，因此在建立有限元模型时应考虑以板类空间单元为主，可将上述板类结构分为柱面、平面、和空间全面三类。需注意的是中间有孔的结构同时也要考虑在内。按照上述类别把车架机构整体划分为单独的子域，将子域边界特征编成相应的数据文件，利用专门的分析软件，其根据网格的稀密度要求对整体结构进行网格划分，此做法的好处是能够有效的避免对个别零部件进行单独划分时带来的节点处连接不好的问题。然后利用该软件在事物构图参数的基础上，建立该车架的有限元网络模型 。
3.工况选择及受力分析情况
推土机工作装置强度计算的工况主要有5种，通过专业软件的分析，选择下列两种环境较为恶劣的工作情况作为受力分析及强度计算水平的依据。
3.1.在推土机水平地面作业时，遭遇铲刀侧角顶到障碍物的状况，当铲刀全力下压且强制切土时，推土机以最大的顶推力向前推进，此时推土机在可能产生履带滑转的同时
发生抬头失稳的情况。
3.2.推土机在水平地面作业时，铲刀侧角顶到障碍物，在提升油缸提升的同时，推土机以最大的推力向前推进，此时，推土机可能在履带滑转的同时产生翘尾失稳的严重情况。
根据以上的工作状况，分别以顶推架、整机和推土铲、平衡梁、台车以及车架为隔离对象进行受力分析。（车架受力情况参考图1），建立静力学平衡方程组。
（1） （2） （3） （4）
（5） （6）
该方程组其中包括了各部件在空间所受的力矩和全部力，其受力分析过程：
首先，针对上述工作中发生的障碍对整机进行受力分析得出的履带和铲刀的受力情况。
其次，将顶推架、铲斗及相应连接杆机构作为隔离体进行受力分析，并由此得出顶推架对车胎家。提升油缸对机头架产生的作用力情况。
再次，将驱动链轮、台车架作为隔离体进行受力分析，并由此得出其对后支撑轴、台车架及最终传动连接处的作用力。
最后，将车架作为隔离体，考虑平衡梁铰接中心，后支承轴连接处、提升油缸的铰接处、最终传动连接处的受力状况，以及车身安装的其他零部件总成（发动机、变速箱、制动器、离合器、驾驶室等）的重力及车架自身的重量，由此得出车架的受力。详情见表1，表1根据上述选定的工作情况进行受力分析，解平衡方程式并考虑动载系数为1.5得出的结果 。
表1 车架各处受力参数
4.节点载荷与约束条件
按有限元分析和计算要求，需建立相应的边界约束条件，并再分析时的节点上施加载荷。
5.边界约束条件
模型需按照要求进行计算，且需保证整体不发生位移。通过分析，要在以下几处施加边界约束条件：
为了保证计算的正常运行，要在后部与中心轴连接对称位置上左右各选一个节点对x和y方向发生的位移进行约束，在与平衡梁接触的铰销处选一个节点约束其y方向和z方向的位移。如此便可对车架整体在空间3个方向的移动和转动惊醒约束，以此保证分析计算的正常运行。
6.节点载荷
再分解使需考虑到部件的实际连接情况，可将集中载荷按照分布情况进行分解，按照上文中表1的分析情况对应可能发生工况将载荷施加于相应位置的对应节点上。
7.其他有限元参数
按照Super SAP的要求输入相应区域的板材的厚度以及材料的特性。
8.模型译码
按照上文所述，利用Super SAP中的模型译码器（decoder）进行译码（指模型文件的格式转换），由此得出有限元分析处理器所需要的输入文件及附加信息。
结论：
在操作的过程中，为了避免盈利过大而使车架发生破裂的情况，在操作前应借枪车身的强度和刚度，比如在前黄梁与纵梁连接的部位增大焊缝或加强筋等。在结构和空间允许的情况下，应考虑在车架前中部增加底板，以此增加车架的抗弯和抗扭刚度和强度。
参考文献：
[1]张天琦，谭学斌，魏文宝.履带式推土机的使用与维修──第十讲 新型推土机[J].工程机械与维修，2009（12）
[2]刘蜀阳，张学良，孙大刚，林慕义，温淑花.基于极坐标复运算的粒子群优化算法[J].系统仿真学报，2010（07）
[3]易小刚，焦生杰，刘正富，张天琦，龙水根.全液压推土机关键技术参数研究[J].中国公路学报，2009（02）
作者简介：
第一作者：周宏明（1987.03—），男，汉，本科，机械类产品设计。