一种电传动自卸车车架结构及其设计方法与流程

本发明涉及电传动自卸车领域，具体涉及一种电传动自卸车车架结构及其设计方法。

背景技术：

车架是整个自卸车承载、支撑和安装的基体，为主要承力部件，安装、承载货箱、悬挂、动力系统、液压系统、电气系统等相关部件，也是整车受力最复杂的部件之一。作为整车最重要的结构部件之一，对车架的结构设计和强度分析的要求极高，确保车辆在复杂的工况下的安全、可靠。由于矿用自卸车在复杂的工况下作业，装载多、承载重，而且运输的道路状况恶劣。所以车架的设计核心要求是：在保证自身质量轻和截面小的前提下，尽可能实现强度大、扭转刚度大、抗弯刚度好。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、结构强度高的电传动自卸车车架结构。

为了解决上述技术问题，本发明包括车架纵梁、车架横梁、车架前保险杠、车架龙门梁、车架中部抗扭管和车架尾部抗扭管，车架纵梁的数量为两个且平行设置，车架前保险杠与两个车架纵梁的前端连接，车架中部抗扭管设于车架纵梁的中部位置，且车架中部抗扭管的两端分别与两个车架纵梁连接，车架尾部抗扭管设于车架纵梁的尾部位置，且车架尾部抗扭管的两端分别与两个车架纵梁连接，车架龙门梁设于车架前保险杠与车架中部抗扭管之间，所述车架龙门梁包括下车架龙门梁体和上车架龙门梁体，所述下车架龙门梁体为u字型结构，下车架龙门梁体的顶部两端分别与两个车架纵梁的底部连接，上车架龙门梁体为倒u字型结构，上车架龙门梁体的底部两端分别与两个车架纵梁的顶部连接，在上车架龙门梁体的顶部设有车架龙门梁横向安装梁，所述车架横梁设在两个车架纵梁之间。

作为本发明的进一步改进，所述车架纵梁的形状为两端窄中部向下凸出的结构，车架纵梁的中部凸出顶部的形状为圆弧形，所述车架纵梁的中部与车架纵梁的两端过渡处为圆弧状，所述车架中部抗扭管的数量为两个，其分别设于车架纵梁的中部的中心位置处和凸出顶部位置处。

作为本发明的进一步改进，所述车架前保险杠的横截面为u字型，车架前保险杠包括一个u型安装槽，车架纵梁的前端处于u型安装槽中，在车架纵梁的外侧面且靠近车架纵梁的前端位置处设有一个第一连接杆，在第一连接杆的上下两端分别设有第一加强板和第二加强板，第一加强板的一端与车架前保险杠连接，第二加强板的一端与车架前保险杠连接，在车架前保险杠的外端面的左右两端设有供人员爬行的爬梯装置，在爬梯装置的两端设有扶手。

作为本发明的进一步改进，所述下车架龙门梁体和上车架龙门梁体连接，在下车架龙门梁体和上车架龙门梁体的连接面设有第一安装平台，在第一安装平台与下车架龙门梁体、上车架龙门梁体之间设有若干个加强筋，所述车架龙门梁横向安装梁的长度大于上车架龙门梁体的横向长度，在车架龙门梁横向安装梁与车架龙门梁体之间设有加强筋，在车架龙门梁横向安装梁的顶部端面设有横向安装座，所述横向安装座包括两个安装板，两个安装板之间形成一个安装槽，在车架龙门梁横向安装梁的两侧面且对应横向安装座位置处设有横向固定座。

本发明的有益效果：两车架纵梁采用平行梁结构，而不是传统的“前宽后窄”，这样更有利于生产制造，降低了焊接和组装工艺的难度。电传动自卸车车架采用全焊接结构。车架纵梁的上盖板平直，能够消除因折弯和断开等导致的应力集中，且制造工艺简单。车架纵梁的中部凸出顶部的形状为圆弧形，所述车架纵梁的中部与车架纵梁的两端过渡处为圆弧状，起到降低电传动自卸车车架应力、减少应力集中的作用，从而提高了电传动自卸车车架的使用寿命。

本发明还包括一种电传动自卸车车架结构的设计方法，包括以下步骤：

a、采用hypermesh软件对电传动自卸车车架的钢结构进行前处理，建立有限元模型，对于悬挂在电传动自卸车车架上的各附属件，将其简化为集中质量施加于质心处，采用mass21单元对集中质量进行模拟，然后通过rbe3单元和点接触算法与安装接触位置处相连，对于电传动自卸车车架上局部的钢结构梁的焊接，则采用节点耦合的方法建模；

b、确定强度评定准测：对于所有工况计算结果的等效应力均不得大于材料的屈服强度极限，其中等效应力的公式为：

其中，σeq为各节点处等效应力，σi(i＝1,2,3)为各节点主应力；

c、在ansys软件中对建立的模型在典型工况下进行应力计算分析：

1、在满载静止工况下进行应力计算分析，判断该电传动自卸车车架在燃油箱悬挂座与纵梁腹板角焊缝处的应力最大，并与材料的屈服强度极限进行分析比对；

2、在超常运营工况下进行应力计算分析；

3、在满载下坡转弯遇凹坑工况下进行应力计算分析；

4、对电传动自卸车车架的疲劳强度进行计算，选取电传动自卸车车架的顶板、底板、腹板以及筋板中应力较大的点，将各节点应力比及最大应力值放入moore-kommer-japer疲劳曲线图中进行比较。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明的立体视图。

图2为本发明的另一个视角的立体视图。

具体实施方式

由图1至图2所示，本发明包括车架纵梁1、车架横梁、车架前保险杠2、车架龙门梁、车架中部抗扭管3和车架尾部抗扭管4，车架纵梁1的数量为两个且平行设置，所述车架纵梁1的形状为两端窄中部向下凸出的结构，车架纵梁1的中部凸出顶部的形状为圆弧形，所述车架纵梁1的中部与车架纵梁1的两端过渡处为圆弧状，所述车架前保险杠2的横截面为u字型，车架前保险杠2包括一个u型安装槽5，车架纵梁1的前端处于u型安装槽5中，在车架纵梁1的外侧面且靠近车架纵梁1的前端位置处设有一个第一连接杆6，在第一连接杆6的上下两端分别设有第一加强板7和第二加强板8，第一加强板7的一端与车架前保险杠2连接，第二加强板8的一端与车架前保险杠2连接，在车架前保险杠2的外端面的左右两端设有供人员爬行的爬梯装置9，在爬梯装置9的两端设有扶手10，所述车架中部抗扭管3的数量为两个，其分别设于车架纵梁1的中部的中心位置处和凸出顶部位置处，且车架中部抗扭管3的两端分别与两个车架纵梁1连接，车架尾部抗扭管4设于车架纵梁1的尾部位置，且车架尾部抗扭管4的两端分别与两个车架纵梁1连接，车架龙门梁设于车架前保险杠2与车架中部抗扭管3之间，所述车架龙门梁包括下车架龙门梁体11和上车架龙门梁体12，所述下车架龙门梁体11为u字型结构，下车架龙门梁体11的顶部两端分别与两个车架纵梁1的底部连接，上车架龙门梁体12为倒u字型结构，上车架龙门梁体12的底部两端分别与两个车架纵梁1的顶部连接，且所述下车架龙门梁体11和上车架龙门梁体12连接，在下车架龙门梁体11和上车架龙门梁体12的连接面设有第一安装平台13，在第一安装平台13与下车架龙门梁体11、上车架龙门梁体12之间设有若干个加强筋14，在上车架龙门梁体12的顶部设有车架龙门梁横向安装梁15，所述车架龙门梁横向安装梁15的长度大于上车架龙门梁体12的横向长度，在车架龙门梁横向安装梁15与车架龙门梁体之间设有加强筋14，在车架龙门梁横向安装梁15的顶部端面设有横向安装座，所述横向安装座包括两个安装板16，两个安装板16之间形成一个安装槽，在车架龙门梁横向安装梁15的两侧面且对应横向安装座位置处设有横向固定座17，所述车架横梁设在两个车架纵梁1之间。

两车架纵梁1采用平行梁结构，而不是传统的“前宽后窄”，这样更有利于生产制造，降低了焊接和组装工艺的难度。电传动自卸车车架采用全焊接结构。车架纵梁1的上盖板平直，能够消除因折弯和断开等导致的应力集中，且制造工艺简单。车架纵梁1的中部凸出顶部的形状为圆弧形，所述车架纵梁1的中部与车架纵梁1的两端过渡处为圆弧状，起到降低电传动自卸车车架应力、减少应力集中的作用，从而提高了电传动自卸车车架的使用寿命。车架龙门梁的上车架龙门梁体12为倒u字型结构，下车架龙门梁体11为u字型结构，这样车架龙门梁的形状为“o”形，可以有效地保护发动机油底壳，车架龙门梁的刚度和强度，尤其是扭转刚度大大增强，并为电传动自卸车车架提供了一定的抗扭作用，使电传动自卸车车架结构更加牢固和安全。由于自卸车走台横向跨度大，所以上龙门组件在横向增设有翅膀状的车架龙门梁横向安装梁15，且车架龙门梁横向安装梁15的长度大于上车架龙门梁体12的横向长度，避免走台因横向跨度大而晃动，横向安装座和横向固定座17方便车架龙门梁横向安装梁15与自卸车走台的连接固定。车架中部抗扭管3和车架尾部抗扭管4由于承受后桥传递过来的整车牵引力，是电传动自卸车车架最为重要的部件之一，车架中部抗扭管3和车架尾部抗扭管4采用全焊接抗扭管结构，贯穿两个车架纵梁1，结构简单，制造成本低，生产周期短。在车架前保险杠2的外端面的左右两端设有供人员爬行的爬梯装置9，在爬梯装置9的两端设有扶手10，方便工作人员通过爬梯装置9上下自卸车。在车架纵梁1的外侧面且靠近车架纵梁1的前端位置处设有一个第一连接杆6，在第一连接杆6的上下两端分别设有第一加强板7和第二加强板8，第一加强板7的一端与车架前保险杠2连接，第二加强板8的一端与车架前保险杠2连接，这样可以对车架前保险杠2的结构进行进一步加固，防止车架前保险杠2发生碰撞后容易发生形变。

本发明还包括一种电传动自卸车车架结构的设计方法，包括以下步骤：

a、采用hypermesh软件对电传动自卸车车架的钢结构进行前处理，建立有限元模型，对于悬挂在电传动自卸车车架上的各附属件，将其简化为集中质量施加于质心处，采用mass21单元对集中质量进行模拟，然后通过rbe3单元和点接触算法与安装接触位置处相连，对于电传动自卸车车架上局部的钢结构梁的焊接，则采用节点耦合的方法建模，在建模中采用三维实体单元solid95，其中，为提高保证计算精度，solid95单元设置为非协调模式的完全积分算法，并且控制有限元计算模型的三角形单元所占比例小于5％，单元翘曲小于10度；

b、确定强度评定准测：对于所有工况计算结果的等效应力均不得大于材料的屈服强度极限，其中等效应力的公式为：

其中，σeq为各节点处等效应力，σi(i＝1,2,3)为各节点主应力；

c、在ansys软件中对建立的模型在典型工况下进行应力计算分析：

1、在满载静止工况下进行应力计算分析，判断该电传动自卸车车架在燃油箱悬挂座与纵梁腹板角焊缝处的应力最大，并与材料的屈服强度极限进行分析比对；

2、在超常运营工况下进行应力计算分析，结合车辆的实际运行环境及工况，有限元计算和分析的工况计算结果如下表所示：

表1计算工况及其边界条件

3、在满载下坡转弯遇凹坑工况下进行应力计算分析，根据矿山道路的特点，满载下坡转弯遇凹坑是最危险的工况之一，如果在此极限工况下车架的应力值仍在材料许用应力内，证明车架的设计合理可靠；

4、对电传动自卸车车架的疲劳强度进行计算，选取电传动自卸车车架的顶板、底板、腹板以及筋板中应力较大的点，将各节点应力比及最大应力值放入moore-kommer-japer疲劳曲线图中进行比较。