CN107066715A - 工程机械中轮胎优化设计方法 - Google Patents

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梁远雄
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Abstract

一种工程机械中轮胎优化设计方法，包括以下步骤：建立轮胎和场地有限元模型；将静止状态、直线行驶、急刹、急驶状态下的数值记录并进行有限元分析；在位移的基础上进行轮胎受力分析，根据取值的不同，分析轮胎静止受力、瞬时受力、自振受力、承压局部受力情况，对场地数值进行建模分析，并使用有限元仿真软件计算对应的承受压力情况，比较上述受力数值和承受压力数值进行修正，以精确仿真轮胎受力情况，优化轮胎设计。

Description

工程机械中轮胎优化设计方法
技术领域
本发明属于工程机械中设计优化方法，特别是一种工程机械中轮胎优化设计方法。
背景技术
随着软件技术发展，使用CAD等辅助自动化软件机型机械工程自动化设计越来越广泛，它在降低开发成本起到越来越大的作用，尤其是可以针对整体机械的局部进行优化设计从而减少设计人员的工作量。
在工程机械使用中，轮胎作为拖拉机的承重装置是影响其工作效率的重要部分，传统的设计方法是采用静止状态下轮胎的受力变化来计算其参数，但是在拖拉机工作中，轮胎在不停的运动，受到撞击时的压力突变都能影响轮胎的工作。尤其是来自发动机的震动传导，在机械设计中，应当避免结构的固有频率和外在的激振频率相同或接近，放置发生共振。使用传统的设计方法就不能保证其动态性能满足实际要求。对于轮胎部分的设计优化应当充分考虑工作状态下的实际情况进行。虽然现有技术中也存在有限元对工程机械的优化设计，但对于轮胎通常也是根据受力分析以设计符合标准的轮胎，但是仅根据轮胎的受力分析难以保证分析的精确性。如何确保轮胎在仿真计算过程中受力分析的准确是设计人员在轮胎计算机辅助设计时需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种工程机械中轮胎优化设计方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种工程机械中轮胎优化设计方法，包括以下步骤：
a)堆建数据采集场地，场地平面铺设均匀的某种材料，可以是泥土等可塑性能够反映地形受力产生变化的材料，对采集场地平面进行网格化处理，以场地左下角为坐标原点，建立三维坐标系，设定当前轮胎中心高度为h，地面高度为0，形成三维坐标，把整个场地划分为若干个网格，通过连接相邻顶点对应的三维坐标点来描述地形的起伏变化；
b)对工程机械的轮胎进行四面体网格划分，建立工程机械轮胎和场地的CAD模型；
c)将静止状态下的轮胎和地面作为初始状态，启动工程机械，不做行驶运动，以每运行一分钟作为时间段，记录轮胎和地形网格数值T1和E1，运行一定时间后，对工程机械进行直线行驶，以轮胎行驶一圈分段，每隔一段记录轮胎和地形网格数值T2和E2，对工程机械做急刹，每次记录轮胎和地形网格数值T3和E3，对工程机械做急停，每次记录轮胎和地形网格数值T4和E4，设置障碍物，记录障碍物尺寸，将工程机械行驶到障碍物，记录轮胎和地形网格数值T5和E5；
d)设置轮胎材料、尺寸参数以及场地材料和尺寸，通过有限元计算模型进行有限元计算，首先根据Ti，i取1-5的整数，计算位移变化，进行结构位移分析，在位移的基础上进行轮胎受力分析，根据取值的不同，分析轮胎静止受力、瞬时受力、自振受力、承压局部受力情况，对场地数值进行建模分析，并使用有限元仿真软件计算对应的承受压力情况，比较上述受力数值和承受压力数值进行修正。
e)设置阈值，根据数值之间的差值是否超过阈值判断，判断轮胎此时受力情况。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：通过对轮胎和地面的仿真情况的比较确保仿真设计时轮胎受力情况的准确性，保证了仿真设计参数的准确，为优化设计提供更确切的参数。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是优化方法流程图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种工程机械中轮胎优化设计方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种工程机械中轮胎优化设计方法，包括以下步骤：
a)堆建数据采集场地，场地平面铺设均匀的某种材料，可以是泥土等可塑性能够反映地形受力产生变化的材料，对采集场地平面进行网格化处理，以场地左下角为坐标原点，建立三维坐标系，设定当前轮胎中心高度为h，地面高度为0，形成三维坐标，把整个场地划分为若干个网格，通过连接相邻顶点对应的三维坐标点来描述地形的起伏变化；
b)对工程机械的轮胎进行四面体网格划分，建立工程机械轮胎和场地的CAD模型；
c)将静止状态下的轮胎和地面作为初始状态，启动工程机械，不做行驶运动，以每运行一分钟作为时间段，记录轮胎和地形网格数值T1和E1，运行一定时间后，对工程机械进行直线行驶，以轮胎行驶一圈分段，每隔一段记录轮胎和地形网格数值T2和E2，对工程机械做急刹，每次记录轮胎和地形网格数值T3和E3，对工程机械做急停，每次记录轮胎和地形网格数值T4和E4，设置障碍物，记录障碍物尺寸，将工程机械行驶到障碍物，记录轮胎和地形网格数值T5和E5；
d)设置轮胎材料、尺寸参数以及场地材料和尺寸，通过有限元计算模型进行有限元计算，首先根据Ti，i取1-5的整数，计算位移变化，进行结构位移分析，在位移的基础上进行轮胎受力分析，根据取值的不同，分析轮胎静止受力、瞬时受力、自振受力、承压局部受力情况，对场地数值进行建模分析，并使用有限元仿真软件计算对应的承受压力情况，比较上述受力数值和承受压力数值进行修正。
e)设置阈值，根据数值之间的差值是否超过阈值判断，判断轮胎此时受力情况。
以某品牌拖拉机为例，根据上述实施方式，计算得到轮胎受力情况，与该品牌拖拉机的公开数字相比较：根据计算得到的负荷值为4859Kg，而标准值为5000kg，误差处于可接受范围。该仿真方法能够精确模拟受力情况从而辅助设计人员优化轮胎设计。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种工程机械中轮胎优化设计方法，包括以下步骤：
a)堆建数据采集场地，场地平面铺设均匀的某种材料，能够反映地形受力产生变化，对采集场地平面进行网格化处理，以场地左下角为坐标原点，建立三维坐标系，设定当前轮胎中心高度为h，地面高度为0，形成三维坐标，把整个场地划分为若干个网格，通过连接相邻顶点对应的三维坐标点来描述地形的起伏变化；
b)对工程机械的轮胎进行四面体网格划分，建立工程机械轮胎和场地的CAD模型；
c)将静止状态下的轮胎和地面作为初始状态，启动工程机械，不做行驶运动，以每运行一分钟作为时间段，记录轮胎和地形网格数值T1和E1，运行一定时间后，对工程机械进行直线行驶，以轮胎行驶一圈分段，每隔一段记录轮胎和地形网格数值T2和E2，对工程机械做急刹，每次记录轮胎和地形网格数值T3和E3，对工程机械做急停，每次记录轮胎和地形网格数值T4和E4，设置障碍物，记录障碍物尺寸，将工程机械行驶到障碍物，记录轮胎和地形网格数值T5和E5；
d)设置轮胎材料、尺寸参数以及场地材料和尺寸，通过有限元计算模型进行有限元计算，首先根据Ti，i取1-5的整数，计算位移变化，进行结构位移分析，在位移的基础上进行轮胎受力分析，根据i取值的不同，分析轮胎静止受力、瞬时受力、自振受力、承压局部受力情况，对场地数值Ei进行建模分析，并使用有限元仿真软件计算对应的承受压力情况，比较上述受力数值和承受压力数值进行修正；
e)设置阈值，根据受力数值和承受压力数值之间的差值判断是否超过阈值，判断轮胎此时真实受力情况。
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