陳志斌 趙守顥

摘 要：為了節(jié)能降耗，降低制造成本，提升自卸車產(chǎn)品性能，本文基于CAE建模分析，應用高強度鋼板設(shè)計，實現(xiàn)了自卸車車箱輕量化的研究。在滿足強度要求的前提下總質(zhì)量減少了10%，達到了輕量化目的。

關(guān)鍵詞：自卸車車箱設(shè)計 CAE分析 輕量化 高強度板

1 前言

傳統(tǒng)設(shè)計主要增大貨箱的材料厚度，加強相關(guān)結(jié)構(gòu)，使貨箱自重越來越重，導致整車采購成本和運輸成本居高不下，企業(yè)和用戶的利潤空間縮小。國外研究表明：一般情況下，車重每減輕10%，可節(jié)省燃油3%-7%?？梢娍焖侔l(fā)展自卸車輕量化、低消耗設(shè)計勢在必行。

為了適應多種運輸工況的要求，自卸車的設(shè)計也廣泛應用了新材料，新技術(shù)，新工藝，新結(jié)構(gòu)，在滿足使用功能的前提下，貨箱重量得到有效降低，從而提高了整車載質(zhì)量利用系數(shù)，降低用戶的使用成本。

2 輕量化設(shè)計的趨勢

汽車輕量化的目的是減輕重量，節(jié)能，減少污染。輕量化要有原則的，不是減輕重量就行，減輕重量了減輕質(zhì)量了不能降低強度，不能降低安全性，不能降低汽車的舒適性，有些輕量化的做法，可能在這些方面沒有達到要求。對于輕量化自卸車來說，國內(nèi)主要應用高強度鋼、鋁合金材料等，通過先進的制造工藝包括成形、輥壓等方面應用。

近年來，國內(nèi)輕量化自卸車也得到了快速發(fā)展，超薄高強鋼的應用，外形結(jié)構(gòu)多半是矩形箱體，邊板田字格或井字格;隨著自卸車輕量化趨勢的發(fā)展，結(jié)合國外先進技術(shù)，U型箱體也越來越被推廣應用。

輕量化技術(shù)雖然在國內(nèi)得到了一定的發(fā)展，但與歐洲國家比較還有很大差距;歐洲專用車設(shè)計和制造水品世界領(lǐng)先，輕量化步伐走在全球的前列。歐洲自卸車大多采用輕量化設(shè)計，材料主要為鋁合金/高強度鋼/塑料和復合材料等，在歐洲國家的自卸車普遍采用高強度板，并選用U形車箱結(jié)構(gòu)，邊板和底板無橫豎筋骨架，在減輕自重和提高載重都有一定的優(yōu)點，為客戶創(chuàng)造更大效益;重心低、穩(wěn)定性好、卸貨快。

3 輕量化自卸的設(shè)計

3.1 輕量化設(shè)計思路

為了適應自卸車市場的需求，提升自卸車的品質(zhì)，贏得更多的市場資源，根據(jù)工況和載貨質(zhì)量，選擇國內(nèi)知名鋼廠不同等級的高強度鋼代替普通鋼板，通過CAE建模分析，分別對貨箱總成和各組件分別受載后的應力分布及強度位移變化情況進行分析，應用高強度鋼板代替普板設(shè)計以實現(xiàn)輕量化的結(jié)果。

高強度板與普通低碳鋼相比，具有耐磨性好、抗沖擊性高、會彈性好、具有非常好的可焊性等優(yōu)點，被廣泛應用于飛機、高鐵和汽車等交通工具中。另一方面具有相對力學性能特性。高強度板應用到輕量化自卸車中具有自重輕、載重更大、箱體使用壽命更長等優(yōu)點。

采用CAE分析軟件，對新結(jié)構(gòu)輕量化自卸車進行以下結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，使箱體結(jié)構(gòu)及各部件總成受力達到最佳狀態(tài)。

（1）箱體采用矩形田字格結(jié)構(gòu)（筋縮窄）或邊板和底板無橫豎筋骨架，外形簡單;

（2）車箱主要材料使用高強板700L或1250耐磨鋼（NM360）;邊板底板采用壓模成型技術(shù)，與傳統(tǒng)車廂比較結(jié)構(gòu)更強，材料性能更加優(yōu)良。

3.1.1 材料屬性-靜態(tài)數(shù)據(jù)

自卸車箱設(shè)計材料屬性表：

3.1.2 輕量化箱體分析模型

（1）對箱體用10mm網(wǎng)格大小進行劃分，焊縫采用RBE3+PENTA+RBE3進行模擬。

如圖1所示：

3.1.3 分別對零部件底板總成、邊板總成、前板總成、后板總成建模，從兩種工況應力分析：

工況一：貨箱在靜載工況下（最大載質(zhì)量20.5t）的強度。

工況二：貨箱在舉升0度工況下（最大載質(zhì)量20.5t）的強度

結(jié)論和建議如下 （分析結(jié)果見上圖）：

（1）靜載工況：底板最大應力為628.9MPa，底板骨架最大應力為359.1MPa，側(cè)板最大應力382MPa，側(cè)板骨架最大應力為268.5MPa，前板最大應力156MPa，后板最大應力295.9MPa。

（2）舉升0°工況：底板最大應力為668.7MPa，底板骨架最大應力為381.7MPa，側(cè)板最大應力443.7MPa，側(cè)板骨架最大應力為261.3MPa，前板最大應力302.6MPa，后板最大應力295.7MPa。

（3）最大應力與安全系數(shù)表如表2：

分析結(jié)論：內(nèi)應力值越大風險越大，安全系數(shù)值越大安全系數(shù)越高。貨箱材料選用AG600-AG700L或1250耐磨鋼（NM360），是安全的，設(shè)計滿足要求。

3.1.4 CAE分析結(jié)果評價（表3）

從上述應力云圖可以看出，在靜態(tài)時，車箱各部件總成均未超出高強板材料的屈服極限（T700L或1250耐磨鋼（NM360）），輕量化車箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理的;分析過程中，動載系數(shù)取1.5，分析結(jié)果趨于安全。

4 結(jié)論（結(jié)果應用）

通過CAE模擬分析，輕量化自卸車箱采用T700高強度鋼（如果采用1250耐磨鋼NM360，承載力會加大）有效降低貨箱自重，節(jié)約了成本，確保其結(jié)構(gòu)承載的可靠性，筆者通過幾年的設(shè)計幾千臺實車驗證，輕量化貨箱完全滿足使用要求，并在工程自卸車及渣土車上已廣泛應用。

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