干奇銀

（北京福田戴姆勒汽車有限公司技術(shù)中心，北京 101400）

0 引言

低貨臺(tái)半掛牽引車，顧名思義其牽引鞍座承載面低，可用來(lái)匹配低承載面半掛車，主要運(yùn)輸挖掘機(jī)、推土機(jī)等工程設(shè)備。近年來(lái)，隨著道路條件變好以及快遞物流業(yè)的迅猛發(fā)展，低貨臺(tái)牽引車被用于運(yùn)輸體積大，質(zhì)量輕的貨物，且路況多為高速和一級(jí)公路。因此低貨臺(tái)牽引車在運(yùn)輸業(yè)的比重逐年增加。

1 車架設(shè)計(jì)方案

低貨臺(tái)牽引車，其外觀如圖1所示。

圖1 低貨臺(tái)半掛牽引車

目前我國(guó)的低貨臺(tái)牽引車多為4×2型重型卡車，而國(guó)內(nèi)主流的重卡車架，車架截面高度均在270～320mm之間，如果將其在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)為低貨臺(tái)運(yùn)輸車，根據(jù)對(duì)貨臺(tái)高度的需求反推車架縱梁高度需求為200～250mm，因此必須將車架截面變窄至200～250mm之間。這勢(shì)必影響所有與車架相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，車架縱梁高度整體變窄后將影響車架總成的剛度，同時(shí)需要重新規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)計(jì)工作量及成本投入極大。

本文通過(guò)更改普通牽引車的車架結(jié)構(gòu)，使其應(yīng)用于低貨臺(tái)牽引車。并通過(guò)有限元分析，對(duì)車架的薄弱區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)[1-2]。

如果在原車架基礎(chǔ)上，對(duì)后橋處的車架縱梁，做局部弧面壓型處理，如圖2所示.縱梁的主體截面高度不變，僅對(duì)車架后部的模具作調(diào)整即可，投入小，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期短。為普通的重卡車架轉(zhuǎn)為低貨臺(tái)車架提供技術(shù)支持。

圖2 車架弧面壓型

2 車架變更結(jié)構(gòu)校核

做弧面壓型的目的是為后橋提供跳動(dòng)空間?；∶鎵盒徒Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)要避讓開(kāi)前后空氣懸架，并保證后橋跳動(dòng)至極限位置時(shí)，不會(huì)與弧面變形處產(chǎn)生干涉。

以某截面為285mm的車架為設(shè)計(jì)原型，在其后懸架處做弧面壓型設(shè)計(jì)。壓型深度為45mm，總行程h=90mm（氣囊懸架的跳動(dòng)行程要求h≥65mm，h值較大可獲得較大的舒適性），完全可滿足后橋的跳動(dòng)量，并為空氣懸架的設(shè)計(jì)提供了足夠的空間，此方案在結(jié)構(gòu)上完全可行。此時(shí)，需要對(duì)車架的強(qiáng)度做有限元分析，并對(duì)其受力較強(qiáng)的區(qū)域做加強(qiáng)方案，以滿足整車工況的需求[3-5]。

3 車架受力有限元分析條件設(shè)定

采用Hypemesh軟件對(duì)車架做有限元前處理，劃分網(wǎng)格，采用軟件對(duì)車架做有限元分析。

3.1 CAE分析參數(shù)設(shè)定

將該結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)CAE分析，并和原成熟結(jié)構(gòu)相比較。材質(zhì)及其參數(shù)設(shè)定如表1：

表1 車架材質(zhì)及參數(shù)設(shè)定

3.2 CAE分析工況設(shè)定

根據(jù)笛卡爾坐標(biāo)系，設(shè)定分析坐標(biāo)：

車輛行進(jìn)方向?yàn)閄向，向后為正；

車輛左右側(cè)方向?yàn)閅向，右側(cè)為正；

高度方向?yàn)閆向，向上為正。

工況加載，對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊、極限轉(zhuǎn)向、扭轉(zhuǎn)、制動(dòng)、疲勞等幾方面的分析。

其中設(shè)定參數(shù)為：

（1）沖擊及彎曲工況：Z=[-0.4g,-1.6g]；

（2）轉(zhuǎn)彎工況：Z=-1g，Y=[0.4g,0.4g]；

（3）扭轉(zhuǎn)工況：Z=[-150,150]，即車架左右側(cè)在-150mm至150mm，上下來(lái)回扭轉(zhuǎn)；

（4）其余同靜態(tài)工況。

4 CAE仿真結(jié)果分析

4.1 扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力云圖

通過(guò)CAE分析，扭轉(zhuǎn)工況為其危險(xiǎn)工況，其仿真分析為判定優(yōu)化結(jié)果的關(guān)鍵依據(jù)。經(jīng)過(guò)分析，應(yīng)力最大出現(xiàn)在第三橫梁和弧面壓型后端處，仿真云圖如圖3所示：

圖3 車架及其應(yīng)力較大處的仿真云圖

4.2 扭轉(zhuǎn)工況疲勞仿真云圖

經(jīng)過(guò)計(jì)算，扭轉(zhuǎn)工況為其危險(xiǎn)工況，根據(jù)設(shè)計(jì)原則，在該極端工況下，能承受30萬(wàn)次以上的反復(fù)測(cè)試，可認(rèn)定為符合設(shè)計(jì)要求。即車架能夠經(jīng)受住，左右側(cè)在Z=-150mm至150mm來(lái)回扭轉(zhuǎn)的工況，30萬(wàn)次以上。車架的最弱點(diǎn)亦出現(xiàn)在第三橫梁和弧面壓型后端處，如圖4所示：

圖4 車架扭轉(zhuǎn)工況下疲勞壽命云圖（圖中數(shù)值單位均為：百萬(wàn)次）

針對(duì)以上分析結(jié)果，對(duì)應(yīng)力較大處做加強(qiáng)處理。在車架薄弱點(diǎn)增加一層5mm厚的加強(qiáng)板。如圖5所示：

圖5 車架加強(qiáng)方案

4.3 仿真對(duì)比分析

經(jīng)過(guò)加強(qiáng)之后，車架應(yīng)力及壽命的仿真結(jié)果提升明顯。除此之外，該分析結(jié)果還和其基礎(chǔ)車架結(jié)構(gòu)（未做弧面壓型）的受力相比較。仿真分析值應(yīng)優(yōu)于或不能明顯劣于原結(jié)構(gòu)[5]。對(duì)比結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2和表3所示：

表2 扭轉(zhuǎn)工況，應(yīng)力仿真分析對(duì)比結(jié)果

表3 扭轉(zhuǎn)工況，耐久仿真分析對(duì)比結(jié)果

5 結(jié)論

針對(duì)以上分析得到以下結(jié)論：

（1）該車架能夠在保留原車型平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)車架的局部更改，就能將其改為低貨臺(tái)用車架。設(shè)計(jì)工作及整體投入成本大大降低。

（2）做弧面壓型之后的車架，弧面壓型的前后變?yōu)榱吮∪鯀^(qū)域，需要對(duì)此處做加強(qiáng)處理。理論上加強(qiáng)后的結(jié)構(gòu)能滿足車架的強(qiáng)度要求。

至截稿日起，該車架結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)場(chǎng)通過(guò)了整車耐久試驗(yàn)，未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損壞。因此，經(jīng)過(guò)仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證，該型式的低貨臺(tái)車架有效可靠。