（机械工程专业论文）重型矿用电动轮自卸车极限工况和操纵稳定性的仿真分析.pdf

s i m u l a t i o na n a l y s i so nl i m i ts i t u a t i o na n dh a n d l i n gs t a b i l i t yo f h e a v y m o t o r i z e dw h e e ld u m pt r u c k b y x iz h i y o n g b e ( x i a n g t a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 0 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g l n m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rc h e n g f a n g z u a u g u s t ，2 0 1 0 湖南大学 学位论文原创l 生声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 日期：如o 年夕月；e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密回。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 阀僧耳 e l 期：沙，j 年夕月歹日 日期：y 扣年歹月乡日 嗝礼 y j 髫军心、乏 名名签签 者师 作导 重型矿用电动轮白卸车极限工况和操纵稳定性的仿真分析 摘要 随着国民经济建设的不断发展，重型矿用自卸车已成为国家不断发展道路建 设、矿山开采等各类工程和基础设施建设必不可少的运输工具，具有很好的市场 前景。这使得重型矿用自卸车的运动特性分析日渐成为研究所必需解决的问题之 一。由于矿用自卸车的性能指标尚无行业标准，试验场地也不易落实，且其技术 含量高、造价昂贵，故采用计算机进行虚拟实现则可以在自卸车开发和革新中使 样车试制、试验次数减少到最低限度。因此，研究重型矿用自卸车运动特性，具 有重要的理论意义和应用价值。本文从以下几个研究方面展开： 1 建立了某重型矿用自卸车的几何模型和物理模型，为接下来的运动学和动 力学分析做好了准备。 2 确定某重型矿用白卸车的整车性能与结构参数，并对油气悬架的刚度和阻 尼进行分析和计算，并根据该车实际运行的路况设计了几种极限工况来验证其极 限行驶能力以及各部件的受力情况。 3 根据国家标准q c t 4 8 0 1 9 9 9 汽车操纵稳定性指标限值与评价方法在 a d a m s 软件环境下建立仿真模型对该车进行了分析计算，确定操纵稳定性基本 符合要求，并对操纵稳定性进行评价。 总之，本文通过对重型矿用自卸车极限工况和操纵稳定性的仿真分析，获得 了重型矿用自卸车在极限工况的行驶能力和操作稳定性方面的性能指标，为以后 设计重型矿用自卸车提供了参考依据。 关键词：重型电动轮自卸车；多体系统；动力学仿真；极限工况；操纵稳定性 i i 工程硕一卜学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fc h i n e s en a t i o n a le c o n o m y ，h e a v ym o t o r i z e d w h e e ld u m pt r u c kh a sb e c o m et h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a lr o a dc o n s t r u c t i o n ，m i n i n g a n do t h e rk i n d so fe n g i n e e r i n ga n dc o n s t r u c t i o no fe s s e n t i a lt r a n s p o r ti n f r a s t r u c t u r e i t h a v eg o o dm a r k e tp r o s p e c t s t h e r e f o r e ，t h ea n a l y s i so nm o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c so f h e a v yd u m pt r u c kf o rm i n i n gh a sb e c o m eo n eo f t h ei s s u e sn e e d e dt ob er e s o l v e d a s t h ep e r f o r m a n c ei n d e xd u m pt r u c ki sn oi n d u s t r ys t a n d a r d ，t e s ts i t ei sa l s on o te a s yt o i m p l e m e n t ，i ti sh i g ht e c h n o l o g ya n de x p e n s i v e ，c o m p u t e rt e c h n o l o g yh a sb e e nu s e d t od e s i g n ，i m p r o v et h et r u c ka n dr e d u c et h en u m b e ro ft h et e s t sal o t t h u s ，t h es t u d y o fh e a v ym o t o r i z e dw h e e ld u m pt r u c k sk i n e t i cc h a r a c t e r i s t i ch a sg r e a tt h e o r e t i c a l s i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o nv a l u e t h i sr e s e a r c hs t a r t e df r o mt h ef o l l o w i n g ： 1 t h i sp a p e rh a se s t a b l i s h e dah e a v ym o t o r i z e dw h e e ld u m pt r u c kt h eg e o m e t r i c m o d e la n dp h y s i c a lm o d e l i th a sb e e nr e a d yf o rk i n e m a t i ca n dd y n a m i ca n a l y s i sl a t e r 2 t h et r u c k sp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r sa n ds t r u c t u r ep a r a m e t e r sh a v eb e e n d e c i d e d t h e nt h ea n a l y s i sa n dt h ec a l c u l a t i o nh a v eb e e nd o n eo nt h es u s p e n s i o n s s i f f n e s sa n dd a m p i n g ，s e v e r a ll i m i ts i t u a t i o n sh a v eb e e ns e t t e du pt ov a l i d a t et h e a b i l i t yo fl i m i tr u n n i n ga n dt h es u f f e rf o r c eo fe a c hp a r t 3 s i m u l a t i o nm o d e lh a sb e e ns e tu pb a s e do na d a m sa c c o r d i n gt ot h en a t i o n a l s t a n d a r dq c t 4 8 0 - 19 9 9 t h e nt h ea n a l y s i sa n dt h ec a l c u l a t i o nh a v eb e e nd o n eo nt h e h a n d i n gs t a b i l i t y ，w h i c ha c c o r d e dw i t ht h ed e m a n d s i ns h o r t ，t h el i m i ts i t u a t i o na p a c i t ya n dh a n d l i n gs t a b i l i t yp e r f o r m a n c ei n d i c a t o r s o ft h eh e a v ym o t o r i z e dw h e e ld u m pt r u c kh a v eb e e no b t a i n e dt h r o u g ht h es i m u l a t i o n o fv e h i c l ep e r f o r m a n c ea n a l y s i s i to f f e r sd e s i g nr e f e r e n c ef o rt h eh e a v ym o t o r i z e d w h e e ld u m pt r u c k k e yw o r d s ：h e a v ym o t o r i z e dw h e e ld u m pt r u c k ；m u l t i b o d ys y s t e m ；d y n a m i c s s i m u l a t i o n ；l i m i ts i t u a t i o n ；h a n d l i n gs t a b i l i t y i i i 重型矿用电动轮自卸车极限工况和操纵稳定性的仿真分析 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 插图索引v i 附表索引x 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状及发展趋势2 1 2 1 国内研究现状2 1 2 2 国外研究现状3 1 2 3 重型电动轮矿用自卸车技术发展趋势4 1 3 研究意义z 5 1 4 本文研究的主要内容5 第2 章多体动力学理论7 2 1 多体系统建模理论7 2 2 多体系统动力学的研究方法_ 9 2 2 1 多刚体系统动力学的研究方法9 2 2 - 2 多柔体系统动力学研究方法l1 2 3 多体系统动力学数值求解1 2 2 4 计算多体系统动力学建模与求解一般过程1 4 2 5 小结1 6 第3 章整车模型的建立1 7 3 1 多体系统动力学模型的建立1 7 3 1 1 质量特性参数。l7 3 1 2 整车尺寸参数17 3 1 3 各个部件之间约束关系的施加1 7 3 1 4 轮胎参数19 3 1 5 悬架参数1 9 3 1 6 路面的建立一2 5 3 2 小结2 5 第4 章极限工况分析2 7 i v t 程硕上学位论文 4 1 极限工况分析2 7 4 1 1 凸台凹坑极限工况2 7 4 1 2 满载时上坡转弯行驶工况3 7 4 1 3 满载时下坡转弯行驶工况4 0 4 2 小结4 4 第5 章操纵稳定性仿真分析4 5 5 1 满载时的蛇行试验仿真4 5 5 1 1 蛇行试验仿真4 5 5 1 2 仿真结果评价4 9 5 2 满载时的转向回正性能5 0 5 2 1 转向回正仿真5 0 5 2 2 仿真结果分析5 4 5 3 满载时转向节阶跃和脉冲输入性能5 4 5 3 1 阶跃输入5 4 5 3 2 脉冲输入5 8 5 3 3 仿真结果分析6 2 5 4 满载时的稳态回转仿真：6 2 5 4 1 稳态转向仿真6 2 5 4 2 仿真结果评价6 7 5 5 满载时的急促移线仿真6 8 5 5 1 单移线仿真6 8 5 5 2 双移线仿真7 2 5 5 3 仿真结果评价7 6 5 6 卅、结7 6 结论与展望。7 8 参考文献7 9 致 射8 2 v 重型矿用电动轮自卸车极限工况和操纵稳定性的仿真分析 插图索引 图2 1 计算多体系统动力学建模与求解一般过程一1 6 图3 1 整车动力学模型1 8 图3 2 前油气悬架动、静刚度变化曲线：2 l 图3 3 后油气悬架承载示意图2 2 图3 4 后油气悬架动、静刚度变化曲线2 3 图3 5 单向阀结构示意图2 4 图3 6 油气悬架阻尼力曲线2 5 图3 7 油气悬架阻尼系数曲线2 5 图4 1 左凹坑右凸台2 8 图4 2 前悬架受力曲线2 8 图4 3 后悬架力受曲线2 8 图4 4 侧倾角速度变化曲线2 9 图4 5 侧向加速度变化曲线2 9 图4 6 前悬架长度：2 9 图4 7 后悬架长度3 0 图4 8 前凸台后凹坑3l 图4 9 前悬架受力曲线3 1 图4 1 0 后悬架受力曲线3 1 图4 1 1 侧倾角速度变化曲线3 2 图4 12 侧向加速度变化曲线3 2 图4 1 3 前悬架长度3 2 图4 14 后悬架长度3 3 图4 15 前凹坑后凸台3 4 图4 1 6 前悬架受力曲线3 4 图4 1 7 后悬架受力曲线3 4 图4 18 侧倾角速度变化曲线3 5 图4 1 9 侧向加速度变化曲线3 5 图4 2 0 前悬架长度变化曲线3 5 图4 2 l 后悬架长度变化曲线3 6 图4 2 2 上坡转弯路面3 7 图4 2 3 整车行驶速度曲线3 7 v i t 程硕士学位论文 图4 2 4 自卸车横摆角速度3 7 图4 2 5 自卸车侧向加速度3 8 图4 2 6 自卸车侧倾角速度3 8 图4 2 7 前悬架轴线方向受力曲线3 8 图4 2 8 后悬架轴线方向受力曲线一3 9 图4 2 9 前悬架长度3 9 图4 3 0 后悬架长度：一3 9 图4 31 下坡转弯路面4 0 图4 3 2 整车行驶速度曲线4 1 图4 3 3 自卸车侧向加速度4 l 图4 3 4 自卸车横摆角速度4 1 图4 3 5 自卸车侧倾角速度4 2 图4 3 6 前悬架轴线方向受力曲线4 2 图4 3 7 后悬架轴线方向受力曲线4 2 图4 3 8 前悬架长度4 3 图4 3 9 后悬架长度4 3 图5 1 车辆蛇行行驶轨迹：4 6 图5 2 整车行驶速度曲线4 6 图5 3 自卸车横摆角速度4 6 图5 4 自卸车侧向加速度4 7 图5 5 自卸车侧倾角速度一4 7 图5 6 前悬架受力曲线4 7 图5 7 后悬架受力曲线一4 8 图5 8 前悬架长度一4 8 图5 9 后悬架长度4 8 图5 1 0 车辆转向回正行驶轨迹5 l 图5 1 1 整车行驶速度曲线5 1 图5 1 2 自卸车横摆角速度5 1 图5 1 3 自卸车侧向加速度：5 2 图5 1 4 自卸车侧倾角速度5 2 图5 1 5 前悬架受力曲线5 2 图5 1 6 后悬架受力曲线5 3 图5 1 7 前悬架长度5 3 图5 1 8 后悬架长度一5 3 图5 19 整车行驶速度曲线5 5 v i i 重型矿用电动轮自卸车极限工况和操纵稳定性的仿真分析 图5 2 0 自卸车横摆角速度5 5 图5 2 1 自卸车侧向加速度5 6 图5 2 2 自卸车侧倾角速度5 6 图5 2 3 前悬架受力曲线5 6 图5 2 4 后悬架受力曲线图5 7 图5 2 5 前悬架长度5 7 图5 2 6 后悬架长度5 7 图5 2 7 整车行驶速度曲线5 9 图5 2 8 自卸车横摆角速度5 9 图5 2 9 自卸车侧向加速度5 9 图5 3 0 自卸车侧倾角速度6 0 图5 3 1 前悬架受力曲线图6 0 图5 3 2 后悬架受力曲线图6 0 图5 3 3 前悬架长度6 1 图5 3 4 后悬架长度6 1 图5 3 5 整车行驶速度曲线6 3 图5 3 6 自卸车质心加速度6 3 图5 3 7 自卸车侧向位移6 4 图5 3 8 自卸车横摆角速度。6 4 图5 3 9 自卸车侧向加速度6 4 图5 4 0 自卸车侧倾角速度6 5 图5 4 l 前悬架受力曲线6 5 图5 4 2 后悬架受力曲线6 5 图5 4 3 前悬架长度6 6 图5 4 4 后悬架长度6 6 图5 4 5 转弯半径比一侧向加速度关系曲线6 7 图5 4 6 前、后桥侧偏角差值一侧向加速度关系曲线6 7 图5 4 7 稳态转向自卸车行驶轨迹6 8 图5 4 8 车辆单移线行驶轨迹6 8 图5 4 9 整车行驶速度曲线6 9 图5 5 0 自卸车横摆角速度一6 9 图5 5 l 自卸车侧向加速度6 9 图5 5 2 自卸车侧倾角速度一7 0 图5 5 3 前悬架受力曲线一7 0 图5 5 4 后悬架受力曲线一7 0 v l l i 工程硕十学位论文 图5 5 5 前悬架长度7 l 图5 5 6 后悬架长度7 l 图5 5 7 车辆双移线行驶轨迹7 2 图5 5 8 整车行驶速度曲线7 2 图5 5 9 自卸车横摆角速度7 3 图5 6 0 自卸车侧向加速度7 3 图5 6 1 自卸车侧倾角速度一7 3 图5 6 2 前悬架受力曲线7 4 图5 6 3 后悬架受力曲线7 4 图5 6 4 前悬架长度一7 4 图5 6 5 后悬架长度7 5 i x 荸型矿用电动轮白卸车极限工况和操纵稳定性的仿真分析 附表索引 表3 1 轮胎的物理参数1 9 表4 1 左凹坑右凸台仿真结果数据3 0 表4 2 前轮凸台后轮凹坑仿真结果数据3 3 表4 3 前轮凹坑后轮凸台仿真结果数据3 6 表4 4 车辆上坡转弯仿真结果数据4 0 表4 5 车辆下坡转弯仿真结果数据4 3 表5 1 蛇行仿真结果数据一4 9 表5 2 转向回正仿真结果数据5 4 表5 3 阶跃输入时仿真结果数据5 8 表5 4 脉冲输入时仿真结果数据。6 1 表5 5 稳态回转仿真结果数据6 6 表5 6 单移线仿真结果数据7 l 表5 7 双移线仿真结果数据7 5 x 工程硕上学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 重型电动轮自卸车，以其效率高、运量大、灵活性强、经济性好而成为大型 露天矿运输的理想工具。自19 6 3 年由美国u n i t r i g 公司和g e 公司合作研制出 世界上第一台装载质量为7 7 t 矿用电动轮自卸车以来，经过4 0 多年的不断完善和 大量新技术、新材料、新工艺的采用，重型矿用电动轮自卸车作为汽车中的新品 种已发展成熟，形成了以美国小松德莱赛公司、尤克里德一日产公司、尤里特一 里格公司等为代表的矿用电动轮自卸车生产企业，其装载质量已从第一台车的7 7 t 上升到目前最大3 2 0 t ，并具有1 0 8 t 、1 2 0 t 、1 7 0 t 、1 9 0 t 、2 2 0 t 、2 8 0 t 等多个系列， 在年开采量千万吨以上大型露天矿山的运输设备中，矿用电动轮自卸车已占有了 全世界2 3 的市场，承担着世界上4 0 的煤、9 0 的铁矿的开采运输量。【l 】 随着我国国民经济的高速稳步发展，“十一五”期间露天有色金属矿山和露天 煤矿的开发利用将大幅增长，对矿用车需求将大幅增加，近几年年增长率均保持 在2 0 以上。同时出口保持快速增长态势，2 0 0 6 年在增加2 0 0 之后，2 0 0 7 年继 续保持3 0 以上的增幅。煤矿工业和钢铁生产一直保持良好的增长态势，各类矿 山，特别是大型露天矿山的建设方兴未艾，产量年年攀升；作为大型露天矿山主 要运输工具一重型电动轮矿用自卸车也得到了迅速的增长。 随着人们生活水平的提高、汽车的普及和道路条件的改善，人们对重型汽车 的要求越来越高，在获得良好动力和经济性的同时，对影响汽车安全、乘坐舒适、 货物安全以及汽车使用寿命等的操纵稳定性和平顺性也提出了更高的要求【2 1 。 随着市场经济的发展，汽车产业已经成为国民经济的支柱产业并仍在高速发 展，国内整车及零部件设计厂家众多，但是普遍存在提升汽车及零部件设计水平 的迫切需求。c a d 技术的日益渗透，国内汽车企业对设计方法和设计手段提出了 新的要求，传统的设计方法采用“经验设计一试制一反复试验和修改一定型 的 设计流程已满足不了需求1 3 巧j ，由于矿用特种工程车辆批量小，品种多，价值高， 且载荷重，对道路有一定要求，国际上对其结构的动态分析计算和稳定性分析， 无法像公路车辆一样通过实验室实验装置如道路振动实验台来模拟车辆运动，世 界上只有极少数先进的制造厂商如美国的小松德莱赛通过建立专门的实验场来获 取实验数据，通过实验分析验证。而国内制造厂则是主要通过模仿设计或通过转 让技术进行生产，无自主创新能力和手段，主要靠矿山工业试验运行来检验设计， 成本高，时间长，风险大。目前国内矿用特种工程车辆制造厂主要采用计算机进 重型矿用电动轮自卸车极限r t 况和探纵稳定性的仿真分析 行大型结构件的有限元静力计算，车辆的结构动力分析计算和运动分析尚处于刚 刚起步阶段。 基于多体动力学的虚拟样机技术得到越来越多的重视【6 。8 】。虚拟样机技术是指 人们依靠计算机技术、软件技术和虚拟实现技术【9 。1 1 1 ，通过在计算机上构造数字 化产品模型，并在各种虚拟环境中真实地模拟各种十几种工况以进行仿真分析获 得各种数据，进行最优化处理的一种产品开发技术【1 2 d 引。 目前国外先进的汽车公司有关“数字化虚拟样车 技术的理论研究已经发展 成为产品开发中的成熟技术，所开发出的动力学仿真模块能够广泛应用于汽车及 零部件的新产品开发。国外有关系统能够实现轿车、载重汽车整车的全面建模与 仿真分析【1 4 以引，仿真模型经实验数据标定和校核能够达到一定精度的要求，仿真 分析己确定为在产品开发早期预测产品性能并进行优化的有效手段1 1 9 - 2 1 】。但从目 前看，国内对矿用自卸车进行多体动力学仿真开展得比较少。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 国内研究现状 重型矿用电动轮自卸车在我国大型露天矿山的使用始于2 0 世纪7 0 年代中期， 到目前为止使用单位已达10 个，主要分布在煤炭、冶金等行业，总购车量达5 4 3 台，其装载质量主要为1 0 8 t 、15 4 t 两种。目前仍然在矿山使用的4 7 1 台电动轮自 卸车中( 已报废7 2 台) ，进口电动轮自卸车2 19 台，占4 6 5 ，中外合作生产 车8 7 台，占l8 5 ，国产车1 6 5 台，占3 5 。 我国矿用汽车行业起源于2 0 世纪6 0 年代末7 0 年代初，l9 6 9 年1 0 月，国产 第一台3 2 吨矿用自卸车在上海试制成功，从此，我们的矿山有了国产车，19 7 1 年，一汽试制的第一辆6 0 吨( c a 3 9 0 型) 等多种矿用自卸车。这时期应为我国 矿用汽车研制的第一次高潮【2 ：，： 。 到2 0 世纪7 0 年代中期，本溪重型汽车制造厂开始研制载重6 8 吨自卸车和 1 0 8 吨电动轮自卸车，湘潭电机厂也开始研制1 0 8 吨电动轮自卸车，经鉴定后投 入批量生产。这时期应为我国矿用车研制的第二高潮。 进入2 0 世纪8 0 年代，随着改革开放政策的实施，许多企业尝试着通过与国 外企业合资、技贸合作等多种方式，从国外引进先进的产品和技术，大大促进了 我国矿用汽车技术的发展，拉开了国内矿用汽车新一轮发展的序幕。 2 0 0 7 年6 月，中国兵器工业集团北方重工北方股份生产的3 6 0 吨尤尼特瑞格 m t 5 5 0 0 型世界最大电动轮矿用车在神华集团准格尔黑岱沟露天矿完成总体装 配，这是国内首台3 6 0 吨世界最大电动轮矿用车的问世，标志着中国矿用汽车事 业的发展又迈上了一个新的台阶。 工程硕士学位论文 我国重型矿用电动轮自卸车的生产大约经历了独立开发、合作生产、国产化 三个阶段，生产厂家主要有三家：湖南湘潭电机厂、辽宁本溪重型汽车厂、江苏 常州冶金机械厂。湘潭电机厂于1 9 7 7 年5 月研制出国产第一台s f 310 0 型1 0 8 t 电动轮自卸车样车，其后经过2 0 余年不断改进和完善，该类车已经形成了s f 3l0 2 、 s f 310 3 、s f 310 2 c 、s f 310 2 d 型四个系列，分别适用于热带( 最高环境工作温度 可为5 0o c ) 、温带及高寒冷地区( 最低环境工作温度为3 5 。c ) ，并具备年产1 0 0 余台车的生产能力。从2 0 世纪8 0 年代中期开始，该厂在国家政策的扶植下，通 过技贸结合、技术引进、合作生产等方式与美国d r e s s e r 公司合作生产装载质量 为1 5 4 t 的矿用电动轮自卸车，逐步消化和掌握了美国d r e s s e r 公司转让的部分技 术，并把它用于s f 3 1 x x 系列1 0 8 t 矿用电动轮自卸车的改进设计中，以提高其整 车性能和工作可靠性。此后，该厂利用自身在电机设计、制造、车辆电气控制等 方面的优势，自主开发了美国g e 公司不肯转让的主发电机、电动轮总成、电控 等2 7 种关键部件，并于1 9 9 2 年生产出国产率达8 0 的s f 3 1 5 0 型1 5 4 t 矿用电动 轮自卸车投入矿山运行，通过一年的矿山工业运行试验，该车于1 9 9 3 年年底通过 了国家鉴定。 辽宁本溪重型汽车厂生产矿用电动轮自卸车的历史与湘潭电机厂都起步于 2 0 世纪7 0 年代，该厂于8 0 年代曾生产了10 余台l n 31 0 1 型10 8 ：t 电动轮自卸车， 其后由于多种原因已停产。 江苏常州冶金机械厂主要是与美国u n i t r i g 公司合作生产m a r k 一3 6 型1 5 4 t 矿用电动轮自卸车，其产品主要在南芬铁矿使用。 国内厂家主要存在以下三个问题： ( 1 ) 产品系列过于单一，新产品开发周期偏长，不能满足市场的需求； ( 2 ) 产品关键部件大多外购，造成整体性能匹配不好，总结构不优化； ( 3 ) 质量管理有待加强，工艺设备相对滞后，外购配套件质量难以满足整车 性能要求，致使整车质量不稳定。 1 2 2 国外研究现状 目前世界上生产重型矿用电动轮自卸车的国家有：美国、日本、白俄罗斯和 法国等国。主要生产厂家有：小松德莱赛矿用设备公司、卡特彼勒、尤克里德一 日产公司、尤尼特一里格公司、利勃海尔公司、特雷克斯公司和白俄罗斯的别拉 斯等。 小松矿用设备公司是由伟步( w a b c o ) 公司一德莱赛( d r e s s e r ) 公司一小 松德莱赛公司演变而来，虽然几换门庭，但它的总部一直在公司伊利诺斯州的皮 奥里亚市，以生产电动轮自卸车为主。 卡特彼勒( c a t e r p i l l a r ) 是美国一家大型工程机械公司，生产各种工程机械， 重型矿用电动轮自卸车极限t 况和操纵稳定十牛的仿真分析 包括矿用自卸车、推土机、轮式装载机、铲运机、平地机等，在我国一些地方如 山西平朔煤矿、小浪底、香港新机场都已用到该公司的一些产品，其生产的矿用 自卸车都是采用机械传动方式。 特雷克斯公司是美国通用汽车公司的一个部分，现属于英国。它既生产机械 传动自卸车又生产电传动自卸车，它的电传动自卸车采用电动桥式，其柴油机、 发电机、牵引电机均由g m 公司配套。 国外厂家生产的共同特点是： 全系列：从最小的2 0 t 到最大的3 0 0 t 全系列生产。 专业化：主要部件以及关键部件采用专业厂生成的产品。如发动机选用康明 斯( c u m m i n s ) 、底特律( d d c ) 、m t u 等柴油机生产的产品，电传动系列选用 通用、东洋公司产品，变矩器选用艾里森产品，制动器选用洛克威尔产品等。 完整的配套体系：专业厂为了满足主机厂配套的需要进行产品的全系列开发 设计，而且还可以根据主机厂的要求进行o e m 生产配套和备件供应，专业厂和 主机厂之间形成了一个完整的生产供应体系。 当今世界上生产15 4 t 级以上自卸车的厂商，主要集中在美国3 个公司，即小 松德莱赛公司( k o m a t s ud r e s s e r ) 生产6 3 0 e 型车、尤克里德生产r 1 7 0 型 车和尤尼特瑞格设各公司生产m t 3 6 0 0 最新改进型车。上述3 种车辆国内均有使 用，在国际市场占有率达8 0 以上。 1 2 3 重型电动轮矿用自卸车技术发展趋势 1 2 3 1 大型化 促使矿用电动轮自卸车朝大型化方向发展的动因主要有两个：一是大型露天 矿山开采的需要，二是大型机械传动自卸车的发展。机械传动自卸车与电动轮自 卸车的竞争在过去的3 0 多年里一直非常激烈。在2 0 世纪6 0 、7 0 年代由于技术、 材料、工艺水平的限制，特别是大功率液力变扭器的设计及制造技术没有过关， 机械传动自卸车很难朝大型化发展，于是电动轮自卸车趁机得到了发展，并几乎 占领了装载质量10 0 t 级以上矿用自卸车市场。直到l9 8 3 年美国c a t e r p i l l a r 公司 1 18 t 的7 8 5 型、日本小松公司1 2 0 t 的h d 一1 2 0 0 m 型机械传动自卸车的相继问 世，机械传动自卸车才逐步进入10 0 t 级矿用自卸车市场，但其在当时的市场占有 率也仅为2 3 。从8 0 年代中后期开始，由于技术的发展和艾里森大型液力 变扭器的研制成功，机械传动型自卸车得到了迅速发展。大型机械传动型自卸车 迫使矿用电动轮自卸车朝着更大吨位、性能更加先进和可靠的方向进行发展。矿 用电动轮自卸车的大型化已成为许多矿用电动轮自卸车制造厂家为开拓市场吸引 更多用户而普遍采用的一种竞争策略。据有关资料介绍，目前国外有关厂家正在 研究开发装载质量为3 5 0 一0 0 t 的重型矿用电动轮自卸车，其柴油发动机功率为 工程硕士学位论文 2 8 0 0 3 0 0 0 k w ，设计最大车速为6 0 k m h ，电动系统全部采用计算机控制。 1 2 3 2 设计方法现代化 为了提高整车性能和工作可靠性，目前国内外许多厂家已将大量先进的设计 方法和成熟的分析软件应用在矿用电动轮自卸车的前后桥悬架系统、车架、后桥 壳、电动轮总成等关键零部件的结构设计及应力分析中，以提高整车的操纵稳定 性、行驶平顺性、工作可靠性及整车使用寿命，美国小松德莱赛公司投资数千万 美元，采用m t s 公司的技术建立动态实验室，对多种型号的车架、后桥壳和悬 架系统精心了动态模拟实验，使其大型构件的使用寿命得到了显著提高，车架的 保证寿命已达到了1 0 年。美国的小松德莱赛公司还花费巨资，通过建立专门的实 验场来获取实验数据，通过实验分析验证。通过提高零部件的工作可靠性，矿用 电动轮自卸车的每台年运输周期量由2 0 世纪8 0 年代的2 万吨公里提高到目前3 万吨公里，矿用电动轮自卸车的维修成本也随着大修期延长而显著降低。 1 3 研究意义 本论文研究的某重型电动轮自卸车是千万吨级特大型露天矿的重要运输设 备。对于矿用自卸车，在不同矿山使用的工况会有很大的区别。如，环境工作温 度、海拔高度、装载物料种类、物料松散比、铲装设备等，用户在订货时会提出 一些特殊的要求，因此矿用电动轮自卸车应满足使用要求的多样性。 该型电动轮矿用自卸车的运行环境复杂，工作条件恶劣，车辆承载量大，外 形尺寸宽，而且随着露天矿开采规模扩大，开采深度的增加，多数自卸车经常是 满载连续上