基于CATIA 的路面養(yǎng)護(hù)車副車架設(shè)計(jì)

陳 毅，杜蔚華，張全逾，豐 燁

(1.承德石油高等專科學(xué)校 汽車工程系，河北 承德 067000;2.富泉石油機(jī)械有限公司，河北 承德 067000)

瀝青路面養(yǎng)護(hù)車是實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械化的重要裝備之一，其副車架是聯(lián)接二類底盤(pán)與專用上裝的重要承載部件，它的主要功用是為了防止上裝對(duì)汽車底盤(pán)主車架產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此其設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性對(duì)整個(gè)路面養(yǎng)護(hù)車的品質(zhì)和性能有著重要的影響。在計(jì)算機(jī)CAD/CAE 技術(shù)廣泛應(yīng)用于專用車輔助設(shè)計(jì)和分析的今天，使得專用車的研發(fā)流程和時(shí)間大為簡(jiǎn)化，并且使其可靠性大大提高［1］。

1 養(yǎng)護(hù)車概述

養(yǎng)護(hù)車是專門用于市政道路、高速公路和機(jī)場(chǎng)跑道等壞損路面的修補(bǔ)和養(yǎng)護(hù)，是實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械化和智能化的的重要裝備之一。路面養(yǎng)護(hù)車是由汽車二類底盤(pán)、瀝青加熱滾筒、路面加熱墻、小型壓路機(jī)和瀝青混凝土攪拌器等組成。從發(fā)動(dòng)機(jī)取力器輸出動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)為養(yǎng)護(hù)車的上裝提供動(dòng)力，電液結(jié)合的控制系統(tǒng)確保養(yǎng)護(hù)車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)械化［2］。

2 副車架三維模型

該車副車架為邊梁式車架結(jié)構(gòu)，主要由兩根矩形鋼的縱梁和七根內(nèi)橫梁組成，縱梁和橫梁之間采用全焊接形式連接。矩形鋼的材料是16Mn，屈服極限是345 MPa。它和汽車底盤(pán)的主車架的聯(lián)接主要通過(guò)以下3 種方式:1)U 型螺栓，用來(lái)防止主副車架間的縱向跳動(dòng);2)止推板，用來(lái)防止主車架與副車架縱梁間產(chǎn)生相對(duì)水平位移;3)連接支架，連接支架所能承受的水平載荷較小，連接支架應(yīng)和止推連接板配合使用。圖1 為基于CATIA 建立的副車架的三維模型［3］。

3 有限元模型的建立

有限元模型建立的好壞直接決定了有限元計(jì)算的精度和準(zhǔn)確性，所以在建立模型時(shí)采用了自動(dòng)劃分網(wǎng)格，并手動(dòng)調(diào)節(jié)部分細(xì)節(jié)的方法進(jìn)行。首先利用CATIA 的有限元分析模塊Generative Structural Analysis 對(duì)該車架進(jìn)行有限元模型的建立［4］。將車架的三維模型導(dǎo)入該模塊后，同時(shí)系統(tǒng)完成了有限元網(wǎng)格的劃分，考慮計(jì)算的準(zhǔn)確性，對(duì)某些關(guān)鍵的細(xì)節(jié)部位重新做了調(diào)整，從而手動(dòng)設(shè)定離散副車架幾何模型的單元尺寸為60 mm，網(wǎng)格垂度為10 mm。如圖2 所示。

4 典型工況的有限元分析

在建立了有限元模型并處理了邊界條件以后，就要對(duì)其典型的受力工況進(jìn)行分析了。養(yǎng)護(hù)車在行進(jìn)中工作時(shí)，隨著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)瀝青混合料的加熱，車架的危險(xiǎn)工況是彎扭組合受力。因?yàn)楦避嚰茉诩扔袕澢冃斡钟信まD(zhuǎn)變形的情況下，車架受力情況最惡劣。圖3 和圖4 分別是副車架的第四強(qiáng)度的等效應(yīng)力圖和應(yīng)變位移圖。

觀察其應(yīng)力圖3 和應(yīng)變圖4，在彎扭載荷的作用下，根據(jù)有限元分析理論改進(jìn)設(shè)計(jì)的措施如下:主副車架緊固聯(lián)接的地方受力過(guò)大，需要進(jìn)一步加強(qiáng)其連接支架和止推板的強(qiáng)度，車架尾部的應(yīng)變(撓度)偏大，需要增加內(nèi)縱梁和加強(qiáng)縱梁的承載能力提高車架的整體剛度［5］，這在后續(xù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)中可以繼續(xù)完善。

5 小結(jié)

本文通過(guò)CATIA 對(duì)副車架建立了三維模型，并導(dǎo)入CATIA 的有限元分析模塊Generative Structural Analysis，對(duì)該車架進(jìn)行有限元模型的建立。通過(guò)自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式對(duì)其有限元模型進(jìn)行了劃分網(wǎng)格，使細(xì)節(jié)的計(jì)算更加精確。通過(guò)對(duì)其典型工況的有限元分析和計(jì)算，使副車架的設(shè)計(jì)更加優(yōu)化和合理。

［1］ 卞學(xué)良.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］ 徐達(dá)，蔣崇賢.專用汽車構(gòu)造與設(shè)計(jì)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1998.

［3］ 王霄，劉會(huì)霞.CATIA V5R17 高級(jí)設(shè)計(jì)實(shí)例教程［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2009.

［4］ 盛選禹.CATIA 有限元分析命令詳解與實(shí)例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［5］ 盛選禹，盛選軍.CATIA V5 運(yùn)動(dòng)和力學(xué)分析實(shí)例教程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.