多轴特种车辆底盘车架多工况分析与优化Multi-loadC.pdf

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1、2006年用户年会论文多轴特种车辆底盘车架多工况分析与优化[朱学斌，张生][北京航天发射技术研究所，100076][摘要]对于多轴特种车辆底盘而言，车架是基础的承力机构。不但要承受上装设备的各种工况载荷，而且还要保证各种行驶工况的刚度、强度要求。此外，作为整车重量构成中比例最大的总成，必须进行减重设计。本文以HTF八轴特种汽车底盘车架为例，通过整车动力学分析获得了各行驶工况下车架的载荷条件，利用ANSYS和WORKBENCH软件完成了结构力学分析和多工况优化。优化结果综合协调了各工况对车架力学特性的要求，达到了减轻结构重量的目的。[关键词]多轴特种汽车，车架，多工况优化Mult

2、i-loadCaseAnalysisandOptimizationofSpecialMulti-axleVehicleFrame[ZhuXuebin,ZhangSheng,100076][BeijingInstituteofSpaceLaunchTechnology][Abstract]Forspecialmulti-axlevehicle,frameisthemainsupportstructureofthechassis.Exceptforstandingallloadcasesofsuperstructure,framemusthaveenoughstrengthands

3、tiffnessforalldrivingconditions.Astheheaviestassemblyofthechassis,frameshouldbedesignedaslightaspossible.TakeHTFeight-axlespecialvehicleasexample,theANSYSandWORKWENCHareusedtoperformthemechanicanalysisandoptimizationforstaticandmulti-dynamicloadcases,inwhichtheforcesofdrivingconditioncomefro

4、mdynamicanalysisofwholevehicle.Theframestructureisoptimizedconsideringmechanicscharacteristicofallloadcases,thegoaloflightestdesignisachieved.[Keyword]SpecialMulti-axleVehicle,Frame,Multi-loadCaseOptimization1前言车架是多轴特种车辆的基础承力结构，其载荷可以分为两大类。第一类是上装设备工作过程中产生的载荷，如举升油缸对车架的作用力、调平过程中支腿油缸的反作用力等，此类载荷作

5、用点相对集中，在计算和分析过程中一般按静态载荷处理；另一类是车辆在行驶过程中产生的动载，如行驶、转弯、制动等工况，此类载荷的特点是作用点分散，在时2006年用户年会论文间历程上各作用点的载荷变化较大，需要对时间历程中不同时刻的载荷组合进行对比分析，找出最恶劣的载荷工况。多轴车辆底盘的车架一般采用高强度钢板焊接结构，由纵梁、横梁、尾梁、支腿和油缸支承等部件组成。受到结构尺寸以及复杂程度的影响，多轴车辆底盘车架的试制、静态试验等工作一般情况下不少于3个月。再考虑到底盘装配、调试后进行动态测试的周期，全部载荷工况验证所需要的周期至少需要6个月的时间。如果在设计阶段不能对车架的动态、静

6、态力学性能进行全面准确的计算和分析，则有可能导致研发工作的反复，在经费、周期等方面造成无法挽回的损失。尤其是近年来各应用领域的用户对研发周期、经费以及多轴车辆的性能指标提出了更高的要求，不但要通过优化设计达到减轻重量、提高性能的目的，而且还要缩短产品推向市场的时间。综合考虑上述要求，本文介绍了HTF系列八轴特种汽车底盘车架的多工况优化设计工作，以有限元和多体动力学理论为基础，通过整车动力学分析获得车架的动态载荷工况，在ANSYS和WORKBENCH软件平台上完成了多载荷工况的优化设计，达到了提高设计质量和减轻结构重量的目的。2载荷工况分析2.1静态载荷工况车架的静态载荷工况主要

7、是上装设备工作过程中产生的作用力和反作用力，根据总体设计要求，载荷作用点集中于三个位置，主要考虑三种载荷状态作为设计、计算依据，如表1所示。表1上装载荷状态载荷F-cylF-leftF-right分量XZXZXZ载荷状态Ⅰ669.4540.1521.0147.8249.0125.3载荷状态Ⅱ568.4566.8469.0168.6199.4131.1载荷状态Ⅲ492.4580.6429.0182.8163.4130.72.2动态载荷工况HTF系列八轴特种汽车底盘为自行式结构，为了提高整车的机