重型自卸车主副一体式车架的设计

摘要

目前，国内公路型重型载货自卸汽车整车的生产，主要由改装车厂在整车厂提供的基本型载货汽车平台上派生的自卸汽车底盘上，根据用户需求进行自卸作业系统的设计和改装生产，实现最终的自卸汽车整车。随着我国重型载货汽车快速发展，专业用户对自卸汽车综合性能及可靠性要求的不断提升，使得改装设计生产模式已经不能适应自卸汽车细分市场的发展需求。将重型自卸汽车以底盘与上装一体化设计是解决该问题的主要途径。取消副车架自卸车的设计不仅能实现轻量化，而且可降低整车的重心，提高行驶稳定性，因此，进行取消副车架的重型自卸车主副一体式车架的设计研究具有十分重要的实际意义。
　　 本文从重型自卸汽车车架与上装作业部分一体化设计为主线，通过对装有副车架的TY-1型自卸车车架为分析对象，提出设计硬点参数，在此基础上，取消副车架，提出直接与上装作业部分实现对接的专用自卸车车架总成结构设计方案，并进行分析，为专用自卸汽车整车一体化设计，提供核心部件的设计参考依据。
　　 首先以装有副车架的TY-1型自卸车车架为研究对象，运用有限元方法对其进行静载工况、卸载初工况和货箱举升至45°工况的结构强度分析，并分析其自由模态，获得该车架的应力分布情况和动态特性，并对该车架进行了模态试验，得到车架前8阶自由模态频率和振型，验证有限元模型的可信性。在此基础上，取消了副车架，并重新设计主副一体式车架。该车架纵梁的结构形式为工字型，基于等强度考虑，纵梁前部采用变截面结构，论文设计了四种纵梁截面尺寸的车架结构，且车架的静弯曲应力都能满足强度要求。
　　 其次，对所设计的新车架进行相同工况下稳态力学分析，并比较各车架结构参数，通过综合分析对比，确定TY-G3型车架为所设计车架形式，该车架的强度优于TY-1型车架，重心降低14.35％，重量降低11.18％，满足设计要求。TY-G3型车架的有限元模态分析结果显示，车架的一阶频率有所提高，动态性能得以改善。
　　 最后，结合尺寸优化和拓扑优化的方法对TY-G3车架结构进行优化设计，车架的重量减少了0.29t，降低幅度为19.2％，在实现车架轻量化的同时，车架的材料布置更加合理，强度也得以提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内商用车车架优化设计的研究

1．2．2 国外商用车车架优化设计的研究

1．3 本文研究的主要内容

第二章 车架分析理论及有限元模型的建立

2．1 车架分析理论

2．1．1 车架传统设计方法

2．1．2 有限单元法在车架分析中的应用

2．2 TY-1型自卸车车架基本结构

2．3 车架有限元模型的建立

2．3．1 有限元软件及单元的选择

2．3．2 网格划分及质量控制

2．3．3 悬架的模拟

2．3．4 零件连接方式的处理

2．3．5 车架整体有限元模型

2．4 本章小结

第三章 TY-1型车架性能分析

3．1 车架稳态力学分析

3．1．1 车架基本载荷的确定

3．1．2 静载工况分析

3．1．3 卸载初工况分析

3．1．4 货箱举升至45°工况分析

3．1．5 应力结果综合分析

3．2 车架有限元模态分析

3．2．1 模态有限元模型

3．2．2 模态分析结果

3．3 车架的模态试验

3．3．1 模态试验的实施

3．3．2 模态试验结果

3．3．3 模态分析结果对比及评价

3．4 本章小结

第四章 重型自卸车主副一体式车架的结构设计

4．1 主副一体式车架的设计

4．1．1 主副一体式车架的设计要求

4．1．2 车架结构形式的设计

4．1．3 纵梁断面尺寸的选择

4．1．4 车架结构参数的对比

4．2 主副一体式车架稳态力学分析

4．2．1 TY-G1型车架结果分析

4．2．2 TY-G2型车架结果分析

4．2．3 TY-G3型车架结果分析

4．2．4 TY-G4型车架结果分析

4．3 主副一体式车架的选型

4．4 主副一体式车架的模态分析

4．5 本章小结

第五章 主副一体式车架结构的优化设计

5．1 优化设计理论

5．2 车架结构尺寸优化

5．2．1 优化模型的建立

5．2．2 优化结果分析

5．3 车架结构拓扑优化

5．3．1 优化模型的建立

5．3．2 优化结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文与项目支持