五轴线280吨重型矿用车轻量化设计研究

摘要

重型矿用自卸车因其运输量大、生产效率高、经济性好等优点在露天大型矿山中的应用逐渐成为一种发展趋势，但重型矿用车的自重比较大，生产成本和油耗比较高，因此对重型矿用自卸车进行轻量化设计研究具有重要意义。 本文首先结合280t矿用自卸车的研究背景，对国内外相关研究概况进行分析，并对国内外轻量化技术的研究现状进行了概括总结。结合企业对项目组的要求，提出了研究内容，给出了技术路线图。 其次，本文确定了车辆的整体布置方案，给出车辆的整体参数和结构形式，并根据车辆的设计要求确定矿用自卸车主体部件的基本结构。在此基础上，针对280t矿用自卸车提出轻量化研究方法，提出采用结构优化设计方法对车辆进行轻量化设计，并将新型结构和装置应用到结构设计中，之后根据车辆初步设计方案中零部件的结构特点提出了轻量化研究的总体方案，确定对车辆中自重比较大的行走机构和车架进行结构优化设计。 对不同布置形式下的行走机构进行初步设计，然后对初始结构进行有限元仿真分析，确定行走机构中的最优布置形式。最优布置形式下的初始结构确定后，针对驱动桥壳的设计要求和结构特点提出一种实体分层的拓扑优化设计方法，对行走机构进行拓扑优化设计。进行可制造化处理后，对新结构进行有限元分析。结果表明，新结构满足材料要求，并减重达32.3%，说明轻量化设计是有效的。 最后，通过理论计算和设计经验确定车架纵梁和横梁的基本尺寸参数，并对集成式燃油箱容积进行验证。建立纵梁和横梁的有限元模型，模拟多轴线车辆的平衡悬架结构，选取三个典型工况对结构进行有限元分析，判断其强度、刚度是否满足要求。尺寸优化时将纵梁的前中后三段以及第1轴线横梁和其余四组横梁分别进行参数化设计，根据优化结果建立新结构并进行校核。结果表明，结构满足强度、刚度要求，并且轻量化效果显著，说明车架优化方案是合理的。 本文通过对行走机构和车架轻量化的研究取得了较好的减重效果，两者的轻量化研究方法也可以为同类型结构的研究提供一定的参考价值。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 研究内容

第2章 车辆总体布置方案的确定

2.1 车辆相关参数的确定

2.2 行走机构结构形式的确定

2.3 转向方式的确定

2.4 车架和举升机构类型的确定

2.5 本章小结

第3章 轻量化设计方案的研究

3.1 轻量化设计研究途径

3.2 结构优化设计理论和方法

3.3 新型结构的提出

3.4 轻量化总体研究方案

3.5 本章小结

第4章 行走机构的轻量化设计研究

4.1 宽距双胎式行走机构的受力分析

4.2 行走机构的初步设计

4.3 行走机构布置形式的选择

4.4 行走机构的拓扑优化

4.5 可制造化处理及校核

4.6 本章小结

第5章 集成式车架的轻量化设计研究

5.1 新结构和装置与车架的设计

5.2 车架结构尺寸的设计

5.3 车架的有限元分析

5.4 车架的尺寸优化

5.5 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果