车车架的结构设计与强度和刚度分析

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1、万方数据第29卷第7期2007年7月北京科技大学报J佣maIofUnive玮ityofscien傥andT∞hnolo科BeijingVoI．29No．7Jul．2007SGA92150型半挂车车架的结构设计与强度和刚度分析张国芬1’张文明1’剥、玉亮1’董翠燕2)1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)北京首钢重型汽车制造厂，北京100043摘要对渊2150型半挂车车架的总体布置、纵梁、横梁、纵梁与横梁的连接等进行了设计．利用有限元软件Ansysworkbench对车架进行应力和变形计算，利用Matlab

2、软件采用传统方法对纵梁进行受力分析和应力计算．结果表明车架强度和刚度均满足要求．关键词半挂车；车架；结构设计；强度分析；刚度分析；有限元法；实体单元分类号TD402；U469．5+3；U463．32SGA92150型半挂车是笔者设计、北京首钢重型汽车制造厂2005年生产的重型运输车辆，它是迄今为止国内载重量最大的半挂车，具有以下四大特点：(1)属非公路平板运输车，适用于露天矿山运输大型设备，工作条件恶劣；(2)载重量大，额定载重质量150t；(3)半挂车车架纵梁长(23m)，支点跨距大(18．8m)，货箱面积大(17m×6

3、m)；(4)半挂车车架采用变截面梁，质量轻(总质量31t)．因而，半挂车车架的设计与普通车辆不同，需要考虑每部分应力和变形，而且尽可能减轻自身重量．由于车架结构复杂，用经典力学方法分析其强度和刚度不可能得到精确的结果．有限元法以离散、逼近的灵活算法广泛地运用于结构强度和刚度分析，已成为一种常用的效果最好的结构强度和刚度分析方法⋯．本文先利用有限元法计算车架的应力和变形，然后用传统方法进行受力分析和应力计算，并与实际使用情况对比分析车架的强度和刚度．1结构设计半挂车车架按纵梁形式，可分为平板式、鹅颈式(阶梯式)和凹梁式(桥式

4、)[2]．平板式承载面大、强度高，但车架重心高，对道路要求高；凹梁式车架重心低，但需要一套起吊设备把物件放到半挂车上，所以成本较高；鹅颈式具有两者的优点，可以兼顾重心和道路两方面的要求．因为车架在矿山上运行，道路标准低，所以采用收稿日期：2006一02一12修回日期：2006-09一12作者简介：张国芬(1975一)，女，博士研究生；张文明(1955一)，男教授．博士生导师鹅颈式．为了具有足够的强度和刚度，所设计车架材料选用16Mn钢板，采用焊接式结构．1．1总体布置sGA92150型半挂车车架总体布置如图1所示，这里总体

5、布置的几个总成是按照焊接次序分层的，牵引销座属于前部鹅颈总成，轮轴座属于后部轮轴座总成，牵引车通过牵引销与车架的牵引销座相连，车轮通过轮轴与车架轮轴座相连，在后面车架的强度和刚度计算中这两个位置是约束点．本车架纵梁共有2根、横梁共有19根．BL夕__!IJ

6、01．u心——]厂＼㈨＼．1＼hJB1一前部鹅颈总成；2一前部横梁总成；3一纵梁总成；4一加强板；5一后部轮轴座总成；6一后部横梁总成；7一尾座总成；8一尾部支撑板；9一后部支撑板；10一轮轴座；11一前部支撑板；12一上盖板；13一牵引销座图lsGA92150型半挂车

7、车架总体布置图Fjg．1LayoutsketchofSGA92150辩mi．tmil盯’sfraI眦1．2纵梁纵梁是车架的主要承载部件，在半挂车行驶中受弯曲应力．为了满足半挂车非公路运输、道路条件差等使用性能的要求，纵梁采用具有很好抗弯性能的箱形结构，纵梁断面如图2所示．上盖板是一块覆盖整个车架的大板，图中只截取一部分．为了万方数据第7期张国芬等：sGA92150型半挂车车架的结构设计与强度和刚度分析保证牵引装置足够的活动空间，此车架纵梁的前段较高，且鹅颈处设计成变截面；而后段的货箱较低，便于装卸货物，增加半挂车的稳定性．

8、为了减轻车架的重量，纵梁后段下翼板也采用变截面．＼。1／2：＼，、、j●v’＼‘、＼、、、、＼＼＼＼＼＼、＼、＼、、l一外腹板；2一下翼板；3一内腹板；4一上盖板图2纵梁截面示意图ng．2Sc蛔mticsketchoftheI蚰gitudi衄lgIrder’scro踟secti∞纵梁鹅颈形状有平鹅颈和弧形(上翘)鹅颈两种．平鹅颈结构适合普通公路的半挂车；而对于非公路用的半挂车，因道路条件差，半挂车相对牵引车有较大的纵向俯仰，采用弧形鹅颈较好[3]．根据半挂车的整体布局、强度和刚度计算和校核，车架采用弧形鹅颈结构，在鹅颈下方

9、设置了牵引板和专用的牵引销．鹅颈形状如图3所示，上翘角y=6。和过渡圆弧R=500mm比一般非公路用半挂车的y=4。和R=250mm要大，从而可以保证车架有较大的俯仰和减小应力集中．美国MEGA公司生产的E配00(载重量200t)和E配50(载重量250t)都是采用平鹅颈，纵梁采用等截面，质量大；美国T