基于CATIA 的路面養護車副車架設計

陳 毅，杜蔚華，張全逾，豐 燁

(1.承德石油高等?？茖W校 汽車工程系，河北 承德 067000;2.富泉石油機械有限公司，河北 承德 067000)

瀝青路面養護車是實現公路養護機械化的重要裝備之一，其副車架是聯接二類底盤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汽車底盤主車架產生應力集中，因此其設計的科學性和合理性對整個路面養護車的品質和性能有著重要的影響。在計算機CAD/CAE 技術廣泛應用于專用車輔助設計和分析的今天，使得專用車的研發流程和時間大為簡化，并且使其可靠性大大提高［1］。

1 養護車概述

養護車是專門用于市政道路、高速公路和機場跑道等壞損路面的修補和養護，是實現公路養護機械化和智能化的的重要裝備之一。路面養護車是由汽車二類底盤、瀝青加熱滾筒、路面加熱墻、小型壓路機和瀝青混凝土攪拌器等組成。從發動機取力器輸出動力來驅動液壓系統為養護車的上裝提供動力，電液結合的控制系統確保養護車實現自動化和機械化［2］。

2 副車架三維模型

該車副車架為邊梁式車架結構，主要由兩根矩形鋼的縱梁和七根內橫梁組成，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。它和汽車底盤的主車架的聯接主要通過以下3 種方式:1)U 型螺栓，用來防止主副車架間的縱向跳動;2)止推板，用來防止主車架與副車架縱梁間產生相對水平位移;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算的精度和準確性，所以在建立模型時采用了自動劃分網格，并手動調節部分細節的方法進行。首先利用CATIA 的有限元分析模塊Generative Structural Analysis 對該車架進行有限元模型的建立［4］。將車架的三維模型導入該模塊后，同時系統完成了有限元網格的劃分，考慮計算的準確性，對某些關鍵的細節部位重新做了調整，從而手動設定離散副車架幾何模型的單元尺寸為60 mm，網格垂度為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，就要對其典型的受力工況進行分析了。養護車在行進中工作時，隨著滾筒轉動時對瀝青混合料的加熱，車架的危險工況是彎扭組合受力。因為副車架在既有彎曲變形又有扭轉變形的情況下，車架受力情況最惡劣。圖3 和圖4 分別是副車架的第四強度的等效應力圖和應變位移圖。

觀察其應力圖3 和應變圖4，在彎扭載荷的作用下，根據有限元分析理論改進設計的措施如下:主副車架緊固聯接的地方受力過大，需要進一步加強其連接支架和止推板的強度，車架尾部的應變(撓度)偏大，需要增加內縱梁和加強縱梁的承載能力提高車架的整體剛度［5］，這在后續的設計改進中可以繼續完善。

5 小結

本文通過CATIA 對副車架建立了三維模型，并導入CATIA 的有限元分析模塊Generative Structural Analysis，對該車架進行有限元模型的建立。通過自動和手動兩種模式對其有限元模型進行了劃分網格，使細節的計算更加精確。通過對其典型工況的有限元分析和計算，使副車架的設計更加優化和合理。

［1］ 卞學良.專用汽車結構與設計［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［2］ 徐達，蔣崇賢.專用汽車構造與設計［M］.北京:北京理工大學出版社，1998.

［3］ 王霄，劉會霞.CATIA V5R17 高級設計實例教程［M］.北京:冶金工業出版社，2009.

［4］ 盛選禹.CATIA 有限元分析命令詳解與實例［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［5］ 盛選禹，盛選軍.CATIA V5 運動和力學分析實例教程［M］.北京:化學工業出版社，2008.