位冬

WEI Dong

中國重汽集團青島重工有限公司 山東青島 266111

技術論壇

壓縮式垃圾車副架的參數化設計與分析

位冬

WEI Dong

中國重汽集團青島重工有限公司 山東青島 266111

以3 t壓縮式垃圾車上裝副車架為研究對象，介紹了使用基于參數化的模塊化設計和力學分析的思路，為今后其他車型上裝副車架的個性化設計、快速設計、模塊化設計以及力學分析優(yōu)化提供了參考。

壓縮式垃圾車 副車架 參數化 模塊化 有限元

1 前言

近年來隨著國內外人民對生活環(huán)境要求的日益提升，環(huán)衛(wèi)車市場獲得了史無前例的發(fā)展空間。在對底盤進行改造的過程中，副車架作為連接底盤與上裝最關鍵的部件，其設計的合理與否，對壓縮式垃圾車的性能有著至關重要的影響。本文以3 t壓縮式垃圾車副車架為研究對象，對其進行基于參數化的模塊化設計和受力分析，為今后副車架的設計提供了一套行之有效的設計方法。

2 垃圾壓縮車的底盤形式與副車架結構

目前汽車上采用的車架主要有五種形式：邊梁式、中梁式、綜合式、無梁式和特殊材料一體成型式車架。而在壓縮式垃圾車市場主要采用邊梁式車架，其結構由兩根位于兩邊的縱梁和若干橫梁組成，通過鉚接或焊接方式將縱梁與橫梁連接成堅固的剛性構架，橫梁用于連接左右兩個縱梁，以保證車架的扭轉剛度并能夠承受一定的縱向載荷，同時支撐發(fā)動機、散熱器等主要部件[1]。

副車架作為連接底盤主車架與上裝的唯一部件，其原理和設計思路與主車架相同，其設計的合理性將直接影響整車的性能。

副車架由兩根豎梁、中間橫梁、中間橫梁封口板、中間橫梁加強板、后橫梁、后橫梁封口板、后橫梁卸料板等部件組成，副車架的結構如圖1所示。

圖1 副車架結構圖

3 基于參數化的模塊化設計

3.1 副車架的模型參數及設計要求

以3 t壓縮式垃圾車為例，主車架兩豎梁外寬為750 mm，底盤軸距為3 450 mm，對其主車架進行改制，切掉后懸部分長度，使整車底盤長度達到改制的設計要求，副車架的整體長度為3 445 mm，寬度為750 mm，第一根橫梁距豎梁最前端距離為300 mm。副車架尺寸如圖2所示。

圖2 副車架三視圖

基于參數化的模塊化設計是將三視圖中的各個重要尺寸賦予邏輯關系，使其在使用時輸入參數即可生成完全符合設計思路的新模型。其設計要求如下；

a. 副車架的豎梁寬度等于主車架豎梁的寬度；

b. 副車架豎梁長度滿足改制后主車架的要求長度；

c. 副車架的中間橫梁應盡可能地均勻分布，使其受力情況達到最佳；

d. 副車架的中間橫梁、后橫梁組件寬度不得超出整車寬度；

e. 副車架的第一橫梁距豎梁最前端距離符合整體車箱容積的設計要求，且避免干涉；

f. 各副車架橫梁加強板應位于中間橫梁的中間位置，使受力情況達到最佳。

3.2 副車架模型模塊化邏輯關系及參數設定

根據設計要求，在CREO軟件中對圖中的相關參數進行設定及邏輯編輯。

3.2.1 兩豎梁外端面寬度

定義兩豎梁外端面寬度為kuan。賦值1 500，定義距中心距離長度為da_1，

則有：

!kuan=1500 !da_1=kuan/2

3.2.2 兩豎梁長度

定義兩豎梁長度為chang。賦值3445，定義參數da_2進行中間代換，則有：

!chang=3445 !da_2=chang

3.2.3 均勻分布中間橫梁間距及第一橫梁間距

定義第一橫梁距豎梁最前端距離da_3，且賦值300，并定義中間參數代換，則有：

!dshaoc=300 !da:3=dshaoc

定義需要參與邏輯運算的名義長度，均勻分布的名義長度，均勻分布的個數，均勻分布的長度，以及需要中間進行代換的參數和其他相關重要參數changd、nduoc 、chang1、dshaoc、 jianjud 、beta、cgm等。則有：

!changd=chang1-dshaoc !jianjud=1000 !beta=changd/jianjud !nduoc=floor(beta)

!cgm=beta-nduoc !if cgm=0 !dduoc=jianjud !nduoc=changd/jianjud

!else !dduoc=(changd/(floor(changd/jianjud)+1)) !nduoc=floor(changd/dduoc) !endif

同時定義需要在豎梁上進行切除的參數pb_1，pb_2以及邏輯關系式。

!changd=chang1-dshaoc !jianjud=1000 !beta=changd/jianjud !nduoc=floor(beta)

!cgm=beta-nduoc !if cgm=0 !pb_2=jianjud !pb_1=changd/jianjud

!else !pb_2=(changd/(floor(changd/jianjud)+1)) !pb_1=floor(changd/dduoc) !endif

3.2.4 其他部件設計

在模型中使用整體化建模的思路和參數化裝配的設計思路對其他附屬部件：封口板，支撐板，以及后橫梁組件（后橫梁、后橫梁封口板、后橫梁卸料板）進行設計、裝配。

對相關參數以及邏輯編寫完成后，將其導入模型，進行操作，即可實現參數化驅動，生成個性化且符合設計要求的新模型。

在相關的設計要求中，橫梁的均勻分布是一個相對重要的設計要求，在設定的邏輯參數中，首先定義其間距為1 000，即jianjud=1000，但因其參與邏輯運算的名義長度不滿足整除條件，因此會在間距的基礎上向下遞減，直至其間距符合在名義長度下的均勻分布的要求，即942（取整數）。

3. 3 參數模塊化的應用

將定義參數和邏輯關系傳遞至上裝總成，進行變換。

圖3為廂體、副車架原尺寸模型及更改窗口，圖4為設定副車架豎梁間距參數分別為400、750（原尺寸）、1 000、1 125模型圖，圖5為設定副車架橫梁間距參數分別為500、750、1 000（原尺寸）、2 000模型圖，圖6為設定副車架第一根橫梁間距參數分別為100、300（原尺寸）、500、1 000模型圖，圖7為設定副車架豎梁總長度參數分別為1 720、3 445（原尺寸）、6 890、10 335模型圖。

圖3 廂體及副車架參數更改窗口

圖4 副車架豎梁間距400、750（原尺寸）、1 000、 1 125模型圖

圖5 副車架橫梁間距500、750、1 000（原尺寸）、2 000模型圖

圖6 副車架第一根橫梁間距100、300（原尺寸）、500、1 000模型圖

圖7 副車架豎梁總長度1 720、3 445（原尺寸）、6 890、10 335模型圖

由圖3～7可見，在進行參數更改時，廂體以及副車架的變化能夠符合設計者意圖，且效率極高，在對其他不同底盤進行設計時可大幅提高工作效率，最大限度減少工作量，同時其生成的模型可以滿足個性化、標準化及模塊化的設計要求。組合使用可以覆蓋所有車型對上裝尺寸的要求。

4 副車架的強度計算

4.1 模型前處理

將原尺寸模型導入ABAQUS中，因其尺寸較大，需要對其進行0.01的縮放，以便于進行計算。模型前處理如圖8所示。

對模型進行材料定義（Q235B），分析步設定，載荷設定豎梁下表面約束，即x軸、y軸和z軸方向的平移約束和轉動約束。為更直觀地體現受力變形，在豎梁上表面以及橫梁上表面施加10 MPa壓強，網格劃分等操作，最后提交任務[2]。

4.2 模型后處理結果及分析

得到應力、應變、位移、反作用力后處理結果如圖9所示，最大值點如圖10所示。選取應力最大值單元和應變最大值單元，繪制應力、應變與時間的變化關系曲線如圖11所示。

由圖9～11可知：

a.在應力方面，第一根橫梁與豎梁連接處所受的應力最大，因此在橫梁均勻分布的前提下，對第一橫梁進行結構和位置的優(yōu)化很有必要；

b. 在應變方面，中間橫梁與豎梁外側連接處的應變最大，因此可以考慮在豎梁外側與各橫梁之間焊接加強板來減少應變；

c. 在位移方面，各橫梁最外側的位移最大，同樣需要在豎梁外側與各橫梁之間焊接加強板來減小位移；

d. 反作用力方面，后橫梁組件與豎梁連接處的反作用力最大，因此在豎梁末端使用導角過渡，可使豎梁所受的反作用力更均勻，受力情況更好。

5 結語

本文以3 t垃圾壓縮車的副車架為研究對象，提出了一種新的設計思路，即基于參數化的模塊化設計，其優(yōu)勢主要表現在能夠大幅提高設計效率、降低工作強度；生成的模型符合規(guī)范、標準，能夠極大限度地降低因設計人員失誤所造成的零部件的干涉問題；可以覆蓋同類型所有產品規(guī)格尺寸，為因客戶需要而帶來的個性化設計提供了解決方案。

圖11 應力、應變最大值單元關系曲線

本設計方法使用有限元分析軟件對模塊化設計后的副車架進行分析，并提出合理的優(yōu)化方案，為企業(yè)今后優(yōu)化副車架的結構提供了一定的參考。

[1]陳家瑞.汽車構造[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

[2]石亦平.ABAQUS有限元分析實例詳解[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.

Based on Parametric Module Design and Structural Analysis of Compression Type Garbage Truck Sub-frame

Based on the sub-frame of compression type garbage truck, the module design (based on parametric) and analysis were elaborated, basing on the sub-frame of 3t truck, and some suggestions were put forward about module design (based on parametric) and analysis, providing reference for the henceforth problems related to the same case.

compression type garbage truck; sub-frame; parametric design; module design; finite element

U469.6+91.02

A

1004-0226(2017)08-0098-04

位冬，男，1989年生，助理工程師，現從事環(huán)衛(wèi)車設計工作。

2016-09-18