王超，苗永，康孝峰，樊于朝，冶金鑫

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某商用車車架輕量化設計

王超，苗永，康孝峰，樊于朝，冶金鑫

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

論文基于用戶對重卡輕量化的需求，介紹了一種在不影響安全性能情況下的輕量化懸架的設計分析優(yōu)選方法，確保輕量化懸架在自重輕的情況下滿足使用強度滿足要求。

重卡；輕量化車架

引言

對于商用重型卡車，車架是汽車的載體，承載著動力系統(tǒng)、駕駛室、傳動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、上裝載貨物等。使在保證強度和剛度需求的基礎上，降低車架總成的重量，不僅可以減少材料用量降低成本，同時可以提高用戶收益，創(chuàng)造經濟價值。商用車車架均為鋼材，占整車質量比重較大，傳統(tǒng)設計為保證承載能力，過于保守導致重量過大。本文基于有限元分析，通過三種設計方案的比對選優(yōu)的方式，將輕量化作為一個考量指標，綜合考慮承載能力可靠性，達到輕量化的目標，同時實現(xiàn)車架的優(yōu)化設計。

1 車架總成輕量化設計CAE分析

1.1 設計方案說明

車架一般由左縱梁、右縱梁、首橫梁、中間橫梁、尾梁等組成。本文主要從橫梁結構形式和連接形式多樣性，分析不同結構形式在同等條件下結構強度。

圖1 橫梁方案說明附圖

本為設計三種對比方案，其中縱梁總成首橫梁、尾梁、變速器盆梁設計方案一致，盆梁后第一、第二、第三、第四橫梁設計方案不同，橫梁結構形式、規(guī)格、材質等參數(shù)見圖1。

車架總成由不同結構形式的橫梁在同等位置布置，布置方案可見圖2。

方案一：采用四根橫梁一（法蘭管梁焊接）結構；

方案二：采用兩根橫梁一+兩根槽型橫梁結構；

方案三：采用四根槽型橫梁結構。

圖2 車架總成方案說明附圖

1.2 數(shù)據(jù)準備

車架各部件材質、性能參數(shù)、不同受力狀態(tài)下的強度見表1和2，整車載荷質量、重心位置見表3。

表1 車架各部位材質及性能參數(shù)

表2 材質力學性能參數(shù)

1.3 分析工況定義

車架對汽車的各個構件起著重要的承載作用，它對汽車整體的安全重要性尤為關鍵，作為重要的承載體，這就需要車架不僅有足夠大的強度，還需要有足夠大剛度。在行駛時汽車所受的工況比較復雜，車架在汽車行駛過程中承受復雜載荷，主要分為彎曲載荷、扭轉載荷、側向載荷和縱向載荷，根據(jù)載荷條件我們設定四種工況，垂直沖擊工況、轉彎工況、車架扭轉工況、制動工況。

對于本文中的車架類型，動力總成及滿載時的總質量為18噸，將這部分總質量以集中載荷的方式加到0-7000mm范圍內，這樣就完成了對整個車架的全部加載，具體工況定義和載荷條件見表4。根據(jù)車輛運行工況、臺架性能試驗數(shù)據(jù)、路譜數(shù)據(jù)采集，以及綜合市場各部件質量反饋情況。

表3 車架各總成質量及質心

表4 工況定義和載荷條件

1.4 靜強度分析 對三種方案在四種不同工況下加載對比分析，對總成結構進行比對校核。 1.4.1 垂直沖擊載荷下的有限元分析 汽車滿載狀態(tài)下在良好的路面行駛，所有車輪著地。車架承受路面反作用力，車架在保證足夠承載條件下，還應保證變形不會太大，否則易造成車架的扭曲。為消除剛體位移的影響，不同的工況設定不同自由度。 看了這一條，讀者通過邏輯思維必然會覺得“原來鵝鼻山就是秦望山！秦始皇是登上鵝鼻山‘以望南海’的！”但再一想又不對了：大越不會有兩座秦望山，前一條說山在縣東南四十里，入城者已經難以看到它，現(xiàn)在搬到縣西南七十里，使涉境者更難見到了。 垂直沖擊工況加載方式和載荷分布見圖3，在Z向重力加載3.5g。 約束條件： 從2011年至2016年，日本大學的專利轉讓件數(shù)和專利轉讓獲得的收入也呈現(xiàn)出了增長的態(tài)勢，具體數(shù)量見圖2。 1輪左端自由度DOF(13) = 0mm，2輪左端自由度DOF(3) = 0mm。 “八百里分麾下炙”的辛棄疾，二十歲便出入行伍，曾在萬軍中俘虜敵軍大將，屢立戰(zhàn)功；二十五歲執(zhí)筆上言平戎十論，有霍去病、衛(wèi)青的氣概，指點江山豪氣干云。但不久一貶再貶，英雄淪落為田舍菜翁，其間幽忿落寞之情，有誰共鳴？寫下“而今識盡愁滋味”的辛棄疾，不想抱怨嗎？他不是不想，而是明白抱怨無用，干脆就不抱怨了，他把他的一腔孤憤化為詞中溝壑，那怨氣怒氣、不平之氣釀成了他青史留名的底氣。 1輪右端自由度DOF(123)= 0mm，2輪右端自由度DOF(3)= 0mm。 圖3 垂直沖擊加載方式和載荷分布 三種方案車架總成分析對比結果見圖4，方案一在第一橫梁、第三橫梁和第四橫梁處出現(xiàn)明顯的應力較大區(qū)域，靜態(tài)安全因子1.28.方案二在第一橫梁和第四橫梁出現(xiàn)應力較大區(qū)域，靜態(tài)安全因子1.46。方案三在第四橫梁處應力較大，靜態(tài)安全因子1.52。均滿足設計運行條件。垂直沖擊加載工況下，車架各部位應力較大區(qū)域主要在縱梁與橫梁連接部位、板簧支架螺栓連接部位。車架兩側應力集中區(qū)相近，說明加載在車架的分布較理想。 顏曉晨有些糾結，超支三十塊，可今天借沈侯的光，省下了乘公車地鐵的錢，顏曉晨問沈侯，“你覺得呢？我要嗎？” 圖4 垂直沖擊整體分析 1.4.2 轉彎工況載荷下的有限元分析 第三，建立持續(xù)性雙向激勵及約束機制。外部監(jiān)督的實現(xiàn)要求政府在政策制定、實施細則、需求發(fā)布等環(huán)節(jié)進行動態(tài)評估和人員追蹤，落實懲戒措施以杜絕共謀行為的發(fā)生。一是形成有效監(jiān)督網(wǎng)絡，構建嚴厲懲處問責機制。二是持續(xù)動態(tài)審查。在委托購買前應對承接組織進行資質審核。簽訂合同后應通過科學細化的量化性指標，對中標組織進行持續(xù)性動態(tài)化專業(yè)考核以保證公共服務質量。購買合同中關于購買服務的各項參數(shù)及指標應由專業(yè)性權威機構確立。政府應根據(jù)第三方評估機構的評估及動態(tài)考察結果對效果較差的承接主體予以撤銷資格并確立相應的懲罰措施。 車輛在行駛過程中急轉彎時遇到障礙物或者路面凹凸不平的工況時，會使車輪并不在同一平面上，由于載荷力的分布不均，在非對稱支撐條件下，車輛會收到扭轉載荷的影響，這種工況容易使得車架結構收到破壞，因此該類型工況對車架剛度相對于其他工況下剛度的要求要高很多，本章通過加速度的方式施加載荷模擬轉彎工況。 轉彎工況加載方式見圖5，Z向重力加速度1g；Y向0.6g加速度。 約束條件： 1輪左端自由度DOF(13) = 0 mm ，2輪左端自由度DOF(3) = 0 mm； 1輪右端自由度DOF(3) = 0 mm ，2輪右端自由度DOF(3) = 0 mm； 連接左、右側車輪的彈簧另一端自由度（2）=0 mm。 圖5 轉彎工況加載和載荷分布 三種方案車架總成分析對比結果見圖6，方案一在第一橫梁、第三橫梁和第四橫梁處出現(xiàn)明顯的應力較大區(qū)域，靜態(tài)安全因子1.44.方案二在第一橫梁和第四橫梁出現(xiàn)應力較大區(qū)域，靜態(tài)安全因子1.79。方案三在第四橫梁處應力較大，靜態(tài)安全因子1.72。 1.4.3 扭轉工況載荷下的有限元分析 車輛在行駛過程中由于路面不平整，在遇到凸包或凹坑路面時，會產生一側輪胎處于抬起狀態(tài)，而另一側處于懸空狀態(tài)，從而對車架造成劇烈的扭轉。 圖6 轉彎工況整體分析 扭轉工況加載方式見圖7，Z向重力加速度1g，對角太高300mm。 約束條件： 1輪左端自由度DOF(13)=300mm，3輪左端自由度DOF (3)=0mm； 1輪右端自由度DOF(123)=0mm，3輪右端自由度DOF(3) = 300mm。 圖7 扭轉工況加載和載荷分布 三種方案車架總成分析對比結果見圖8，車架由于非對稱性支撐產生扭轉，應力較大區(qū)域主要集中在盆梁區(qū)域。主要原因在于整車布置條件的限制，在車架前端承載抗扭載荷只有首橫梁和盆梁，兩個部件之間距離較大，且此區(qū)域承載動力總成發(fā)動機、變速器運轉產生的震動載荷和駕駛室抖動沖擊載荷。扭轉工況下此區(qū)域受力復雜，重點在于如何設計首橫梁和盆梁的結構和相對位置關系。三種方案總體應力分布一致，安全因子均在1.22左右，均能滿足承載要求。 利用DNASTAR軟件分析JEV P3株C基因編碼127個氨基酸(如表2)，分子量大小13 KDa；從氨基酸組成上，25個強酸性氨基酸 (K,R)，5個強堿性氨基酸 (D, E)，53個疏水性氨基酸(A, I, L, F, W, V)，18個兩性氨基酸 (N, C, Q, S, T, Y)，等電點為11. 89，在中性環(huán)境中帶正電。C蛋白的二級結構分析 (圖4) 發(fā)現(xiàn)C蛋白主要由β片層結構和α螺旋結構構成，中間有少量的β轉角相連接。整個蛋白親水性一般，有較強的抗原性。 帕里認為，程式是相同格律條件下，為表述特定意義而常用的一組詞語[7]。換句話說，在民歌中，程式是一種具有固定韻律結構的語言模式，是一種出現(xiàn)頻率很高的語言文體現(xiàn)象。程式是民歌歌手在即興創(chuàng)作時所依賴的文體表達思想，具有相對的穩(wěn)定性。因此，程式是民歌的突出本質。西北民歌“花兒”也不例外，無論是在唱詞還是曲調上都具有高度的前景化、程式化特點。這些程式化特質具體而言，就是“花兒”中習以為常的思維方式與敘事方式，約定俗稱的語言習慣與表演習慣。筆者認為，“花兒”的程式可大致可分為：曲令程式、格律程式、語言程式、修辭程式、謀篇程式及表演程式。 圖8 扭轉工況整體分析 1.4.4 制動工況載荷下的有限元分析 車輛在正常行駛過程中通常會出現(xiàn)加速或者減速的情況，由于車架在加減速的一瞬間仍然保持原有的速度在前進，這種情況下就會出現(xiàn)一個慣性力，從而使車輛在運行的方向上收到一個縱向的載荷影響。制動工況主要考慮的車輛制動瞬間沖擊載荷對車架結構產生的影響，通過載荷和約束條件轉化為靜力結構模擬動態(tài)工況。 近紅外光譜分析系統(tǒng)的設計與出現(xiàn)，有助于更好地檢測小麥中蛋白質的含量，同時采用MPA光譜儀驗證了近紅外光譜分析方法用于谷物品質檢測的可行性。然后利用CA-06光柵光譜分析儀建立小麥蛋白、水分的偏最小二乘法模型，使得儀器性能的穩(wěn)定性和準確性大大提高。利用凱氏定氮、DA 7200和8620近紅外光譜儀這三種方法研究小麥面粉蛋白質含量的快速測定方法，測定出籽粒蛋白質差異較大的60個小麥品種（系）蛋白質含量，發(fā)現(xiàn)可以用8620、DA 7200近紅外光譜儀對育種材料進行早期測定[2]。 制動工況加載方式和載荷分布見圖9，加載載荷X方向1g，Z方向1g。 約束條件： 1,2輪左端自由度DOF(123 ) =0mm， 1,2輪右端自由度DOF(13) =0mm 。 受原材料價格上漲影響，復合肥價格自國慶節(jié)過后一直呈現(xiàn)階梯狀上揚的走勢。尿素價格近期持續(xù)高位，進入11月份，而在供應方面，受北方供暖影響，天然氣供應緊張，北方氣頭將相繼停車，造成供應減少。原料方面，煤炭價格繼續(xù)高位，企業(yè)成本繼續(xù)高位。再加上環(huán)保檢查力度加大，預計后期尿素價格下降的可能性不大。 圖9 制動工況加載條件和載荷分布 圖10 制動工況整體分析 三種方案車架總成分析對比結果見圖10，方案一在第一橫梁和第三橫梁之間縱梁處出現(xiàn)明顯的應力較大區(qū)域，靜態(tài)安全因子1.42以上。在X方向加載1g的制動力，車架主要承載由地面摩擦傳遞至板簧支架扭轉力矩。在橫梁與縱梁連接處對產生位移，在各部件分析時重點關注此區(qū)域。 對三種方案縱梁對比分析見圖4.43，應力較大區(qū)域均在第一橫梁與第三橫梁之間縱梁下平面區(qū)域，靜態(tài)應力安全因子均在1.4以上。 通過四種工況對三個方案進行比對分析可知均滿足使用要求，對比輕量化指標，方案一較方案二輕15kg，較方案三輕30kg，從而可得出方案一為輕量化優(yōu)選方案。 人才是社會主義現(xiàn)代化建設的第一資源，社會組織人才是我國人才隊伍的重要組成部分，其專業(yè)化程度直接關系到社會組織發(fā)展與和諧社會構建。當前，學術界關于社會組織人才專業(yè)化的專門研究并不多見，已有的相關研究成果主要體現(xiàn)在以下三個方面。 2 總結 本文重點對車架總成輕量化優(yōu)選設計方法進行論述，并通過有限元法對不同滿足設計強度需求的方案進行不同工況條件下的校核分析，從而優(yōu)選出最優(yōu)的輕量化設計方案，達到很好的降重效果。 參考文獻 [1] 譚繼錦,張代勝.汽車結構有限元分析[M].北京:清華大學出版社.2009. [2] 陳傳增.基于Hypermesh有限元分析的橋殼輕量化設計[J].汽車實用技術,2014年第1期:60-64. [3] 陳明,周城.某型號摩托車車架有限元分析[J].裝備制造技術,2012年第7期:43-45. [4] 張文博.重型商用汽車車架輕量化設計[J].汽車實用技術,2012年第9期:18-22. A commercial vehicle frame lightweight design Wang Chao, Miao Yong, Kang Xiaofeng, Fan Yuchao, Ye Jinxin ( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Shaanxi Xi'an 710200 ) Abstract:Based on the user's demand for light weight, this paper introduces a method of design analysis and optimization for light weight suspension without affecting the overall performance, so as to ensure that the strength of one suspension can meet the requirements in the case of light weight. Keywords:heavy-duty truck;Lightweightframe CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)21-214-04 中圖分類號：U462.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988(2018)21-214-04 作者簡介：王超，畢業(yè)于吉林大學車輛工程專業(yè)，本科生學歷，現(xiàn)就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，從事產品設計與技術管理工作。 10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.072