農用車車架的結構分析與優化

郭永祺

摘 要：隨著我國農業科技的發展，農業設施的完善，農用車也在積極地改良和精進，車架作為農業車整體車身結構的主要承載構成部分，對于車身整體的負載起著主要的承擔作用。所以，車架的結構對于其車身整體的性能和用途有很大的影響，以農用車車架為主要研究對象，建立有限元模型，從靜態、模態和隨機振動等方面進行分析，并進一步建立優化模型，對農用車車架的結構優化和改型設計提供參考。

關鍵詞：農用車;車架結構;模型分析;結構優化

中圖分類號：U463.32 ???????文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.12.013

農用車作為農業種植和生產等方面的重要工具，對農業的效率和效果有著很大的影響，農用車一般都是行駛在鄉間公路或者一些比較崎嶇不平的土路上，由于道路條件和環境相對比較惡劣，所以對農用車車架的質量要求很高。對于農用車車架結構的分析和優化需要將有限元方法、實驗技術和優化算法進行有效結合，這也是目前對于農用車車架結構優化的主要途徑。

1 車架有限元模型的建立

我們確定以某型號農用三輪車作為研究對象，觀察其車架的結構，主要運用的是邊梁式雙層結構，上層主要固定車身整體的輪廓和構架，下層主要作為安裝發動機和一些其他傳動設備，車架前后同寬，為焊接組成不可拆卸。對于車架有限元模型的建立首先要進行車架各個部件的網格劃分，由于車架結構比較復雜，在進行網格劃分的過程中，板單元相比梁單元可以更好的將薄梁的彎曲、變形甚至斷裂進行計算，相比較更加精準和細致，可以充分滿足車架優化的需求和目標。

2 車架結構分析與優化

2.1 車架受力分析

農用車在不工作時，由于其是一個靜止不動的狀態，車架只承受懸掛以上部分的載荷，也就是我們所說的靜載荷，此時的車架受力相對較小較平穩。在進行模型建立的過程中，根據靜力等效的原則，對車架所施加的外部載荷進行一定程度上的補償行為，并且將農用車駕駛室、發動機、駕乘人員等的質量對車架所產生的作用設定為車架的集中載荷。車斗以及貨廂的質量和裝載的實際面積以及裝載量對于車架的影響設定為車架的平均分布載荷。通過對農用三輪車進行測評我們得出數據，駕駛室質量為550 kg、發動機為500 kg、駕乘人員195 kg、含油油箱100 kg、車廂及載荷1500 kg等，通過數據可以看出車架的受力主要是在車廂及載荷，其次發動機、駕駛室以及駕乘人員也占有很大的比例。

2.2 車架靜載分析

農用車作為農業生產的交通運輸工具，其需要承載的貨物重量很大，在進行運輸的過程中，車架除了承載自身車身以及固定的零部件重量之外，還需要承擔不同貨物的重量，并且在運輸的過程中，還要承受路面所帶來的壓力和沖擊而產生的承重量以及位移沖擊。比如行駛經過崎嶇不平的路面時，自身、貨物以及運輸過程中會帶來很大的負荷以及沖擊，如果車架的剛度和強度較弱，則容易導致車架變形、彎曲甚至出現裂痕或者斷裂。通過ANSYS有限元軟件可以對農用車車架的整體結構進行分析和測評，通過對承受力的分布以及車架零件的承重度，找出車架中容易因受重而產生危險的部位，并通過改變車架的結構和尺寸或者局部增加承重材料的方法，平衡車架的各個受力點，從而提高車架整體的承載能力，提高農用車整體的性能。

2.3 車架優化分析

通過對農用車車架的仿真設計以及有限元模型的分析，車架橫梁中間有均勻分布的圓孔，這些圓孔使得車架無法承受過重的壓力，也就導致車架的承載能力下降。在進行車架結構優化的過程中，考慮到這一點，我們將車架橫梁中的圓孔去掉，合理的安裝載荷約束和邊界條，通過數據調查顯示，優化前應力大小為60.5 MPa，應變變形量為0.3 mm，優化后應力大小為40 MPa，應變變形量為0.2 mm。可以看出，通過對車架結構的改良，可以將車架所能承受的載荷大大增強。

3 結論

農用車主要的用途就是生產和運輸，由于其所承載的貨物重量較大，所以對農用車車架的承載能力要求很高。通過對車架有限元模型的建立，利用ANSYS對車架結構進行靜態的分析，并且優化車架的結構來提升車架的承載能力，結果表明優化車架橫梁局部結構對車架的整體應力分布起到很明顯的改善作用，也為以后的車架優化研究奠定了基礎。

參考文獻：

[1] 馬廣，黃東明，王志明.農用三輪車車架結構靜動態特性仿真分析[J].浙江大學學報（農業與生命科學版），2007（5）.

[2] 馬迅，盛勇生.車架剛度及模態的有限元分析與優化[J].客車技術與研究，2004（4）.

[3] 厲輝，李萬瓊.貨車車架的等效載荷簡化[J].汽車工程，1994（5）.