新型非公路矿用自卸车的车架设计浅议
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[摘 要]随着我国科技的不断进步与发展，越来越多的企业为了使车架能够满足结构强度的需要，同时还可以最大限度的减少设计成本与设计周期，他们通过多年的努力研究发现，对传统车架结构进行适当的改进可以达到这一目的。在近些年提出了一种专门性的使用后桥新型一百一十吨（具有独立悬架的）非公路矿用自卸车车架结构，这样一来就将过去的那种传统车架后部纵梁位置从原来的向内收缩变为向外扩展，与此同时还去除了尾部抗扭管。经过实践结果观察发现，该新型车架质量比传统的车架要轻，同时它的应力分布比起以往更为科学而合理。整车零部件布局更为灵活机动。鉴于此，本文将会着重对这种新型非公路矿用自卸车车架的合理设计提出一些建议和看法，以供采纳。
[关键词]矿用自卸车；非公路；新型；车架；有限元
中图分类号：TD50 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0023-01
随着人们越来越关注我们周边的环境，最近这些年也一直在倡导低碳生活，这在很大程度上促进了我国非公路矿用自卸车市场的快速发展，众多有一定经济实力的制造商不约而同的加入到该行列中也正好印证了这一点。但是有一点值得注意的是，生产矿用自卸车的工作环境通常是非常恶劣的，不仅仅需要忍受汽油、柴油、涂料对身体的侵袭，同时还要忍受不同程度的噪音污染。并且生产车架对结构强度要求非常高。它作为整车当中不可或缺的重要组成部分之一是身兼数职的，不仅仅担负着承载货物，同时还需要传递牵引与制动力的不同负荷的使命。经过我们调查发现，就目前而言，研究车架强度当中最为惯用的方法当有限元方法莫属了，我们应该对此加以深入研究，从而更好的为我们所用。
一、新型非公路矿用自卸车的车架结构分析
众所周知，过去那种传统的矿用自卸车后桥通常采用的悬架都是非独立，这种设计理念的指引下所生产出来的后桥是一个整体，并且完整的连接在车架中部抗扭管的中间位置，两侧双胎也都是位于车架外侧位置（有的靠左，有的靠右），举升缸下支点位于纵梁车架的中间位置，后悬挂缸与车架由质量有绝对保证的球铰连接在一起，水平方向位移由横拉杆约束。一百一十吨的矿用自卸车后桥一般是采用独立悬架（后桥在很多时候会分为左、右两个重要组成部分），左右两侧双胎分别分布在车架内侧和外侧。与这种传统结构相比较而言，新型自卸车车架所采用的是独立悬架，这样做最大的好处在于可以保证较好的舒适性，让人在驾驶的过程中感觉更加的轻松。另外，举升缸下支座比以往出现一定程度的缩小并前移至到龙门与纵梁的交界位置，具体如下图（图1）所示。
二、合理建立自卸车车架的三维模型和划分网格
1、建模
一般地说，车架为钢板和铸件焊接的箱型结构，他的主要组成部分有四个：
它们分别为龙门段、保险杠到龙门前端的一段、尾部铸件段以及龙门到尾部铸件的一段。其中龙门段通常是采用铸件打造成左右端，然后焊接上下盖板；货箱与车架由尾部铸件的销轴连接起来，接着在车架龙门后端与垂直方向的梁这二者之间分别布置两个举升缸座；在龙门至尾部铸件段安装一定数量的中部抗扭管（具体的可以根据实际情况而定），通过这种方式可以在很大程度上提升自卸车车架的抗扭性能，与此同时还能够通过关节轴承连接中部抗扭管的两端与后桥来更好的传递动力。
2、划分网格
就目前而言，网格最为普遍的就是采用HyperMesh软件来进行划分，采用这种方式来划分的话都是使用六面体的Sohdl85单元，这是三维八节点固体结构单元，其中每个节点有立体空间（XYZ三个轴）的平移自由度。我们为了更好的提高网格的质量以及满足用户的分析需要，当前我们已经将车架有限元模型设置成十万零两千零三十一个单元和十五万九千八百四十七个节点。如下图（图2）所示。
三、约束和载荷的设计
前面已经明确的之处，矿用自卸车的工作环境通常都是恶劣的，在这种情况下我们为了保证工作人员的身体健康以及生产的顺利进行，很多时候都需要对其中的一些主要工况加以科学合理的分析。考虑到该车载重一百一十吨，而自重却不超过九十吨，鉴于此，我们可以将空载工况忽略不计，只需要对满载工况进行计算即可。而满载工况绝大多数时候可以分为平路匀速行驶、或加速、平路举升、不平路面举升等多种不同的形式。由于形式多样，下面就选择其中几种具有代表性的恶劣工况来进行具体计算。
1、满载状态下的平路均匀行驶或者静止状态
在这种状态下，左前轮约束（我们用FL表示）、右前轮约束（我们用FR表示）：左或者右悬挂支撑板通过相关工具绑定到左或者右前轮接地点做立体三维的x、y、z平移约束；左A型架支持力（我们用MLL表示），右A型架支持力（我们用MRL表示）：左或者右后悬挂缸通过左后车桥和左（或者右）A型架传递到前部销轴纵向作为支持力来加以利用，经过反复的计算得出，这个值大约为十七万牛顿；
2、满载路面不平的举升
当车辆举升的初期阶段（换言之，就是举升缸出于满负荷状态，但举升角为
零的情况下），在满足设计要求的基础上通过模拟计算出车架在当前能够承受变形的最大值。约束与载荷，如下图（图3）所示。值得注意的是，其他约束均与满载平路匀速行驶席止工况是保持一致的。
四、结束语
综上所述，随着科技的迅猛发展以及人们环保意识的逐渐提升，很多企业都竞相进入新型非公路自卸车的市场，而作为企业生存和发展过程中的一个重要环节：设计，我们需要从多个方面进行综合考虑，首先需要根据实际情况（车型、结构等），借助有限元模型来进行网格划分以及确定约束和载荷，值得注意的是，在确定约束和载荷的过程中要根据不同的状态来分别进行对待，只有这样才能设计出符合国家规范的新型非公路矿用自卸车车架，为保护环境和提高企业经济效益提供强而有力的保证。
参考文献
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