文档介绍：大连理工大学硕士学位论文
摘 要
大型矿用自卸车长年工作在矿山等恶劣环境中，从事矿石等货品的装载、运输和卸
载等作业，车体受到各种复杂冲击载荷。其中，装载冲击是矿车作业中的重要工况之一。
尤其在矿车装载大块矿石过程中，车体受到巨大的冲击载荷，整车振动剧烈，给矿车自
身及驾驶人员都会造成负面影响，甚至造成安全隐患。本文基于矿车装载大块矿石工况，
建立针对该工况的矿车刚柔耦合模型；提出了综合有限元模型和多体模型分析装载工况
的研究方法，并基于建立的数值模型，对车架结构及整车减振系统进行了多目标优化设
计。
首先，利用 ADAMS 软件开发了基于多体动力学方法的大型矿用自卸车刚柔耦合
模型。其次，基于 ANSYS 软件平台建立了矿石冲击车箱的局部简化模型，并采用显式
动力学方法求解得到矿石冲击载荷，之后将冲击载荷加载到矿车刚柔耦合模型上，最终
获得矿石冲击整车工况模型。实现了有限元模型与多体模型相结合的研究方法。然后，
对车架尺寸和整车减振支撑系统参数化，分析了车架尺寸参数对车架刚度和质量的影
响，同时分析了减振支撑系统参数以及不同矿石装载工况对整车在冲击工况下的驾驶室
竖直方向振幅和振动加速度的影响。最后，基于提高车架刚度和降低车架质量的目标对
车架尺寸参数进行多目标优化设计，得到 Pareto 设计前沿；对整车层面，则基于降低装
载过程中驾驶室最大振幅和最大振动加速度的目标，对整车减振支撑系统的阻尼和刚度
进行多目标优化设计并得到了 Pareto 前沿。
本文基于 ADAMS 软件开发的大型矿用自卸车刚柔耦合模型，引入柔性体建模方
法，考虑了主要受载件的变形，保证了模型精度。同时，相对于有限元整车模型，计算
效率提高数十倍，并且易于参数化，便于纳入车辆早期多目标优化设计。在矿石冲击矿
车工况研究方法上，合理简化车箱模型，利用有限元方法提取碰撞载荷并加载到整车刚
柔耦合模型上实现对装载工况的仿真。通过有限元显式动力学方法求解碰撞载荷保证了
载荷提取精确性，利用多体动力学方法完成整车层面碰撞工况仿真则保证了求解效率，
综合有限元和多体的研究方法为相关研究提供了新思路。另外，基于装载工况分析，通
过提高车架刚度和轻量化、降低驾驶室振幅和振动加速度的多目标优化设计，得到可信
的最优设计解集的 Pareto 前沿，该设计结果显著提高车架刚度和轻量化水平，降低了装
载过程中驾驶室的振动，提高了矿车自身及驾驶人员安全性。优化设计结果为矿车设计
人员提供了参考。
关键词：矿车；装载；刚柔耦合；多目标优化设计；Pareto
- I -
矿石装载下的矿用自卸车结构设计与优化
Design and Optimization of Large Rear-Dump Mining Truck
Base on Ore Loading
Abstract
Large rear-dump mining truck works in harsh environment such as mining, engaged in ore
and other goods loading, transportation and unloading operations, and the body suffers a variety
of complex impact load. As one of the important conditions in the operation of the mine, the
loading makes the truck exposed to big impact from goods, especially in loading large ore.
During the loading, to the truck and the driver, the vibration can have negative impact and even
cause security risk. In this paper, based