農(nóng)用車車架的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化

郭永祺

摘 要：隨著我國農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，農(nóng)業(yè)設(shè)施的完善，農(nóng)用車也在積極地改良和精進(jìn)，車架作為農(nóng)業(yè)車整體車身結(jié)構(gòu)的主要承載構(gòu)成部分，對(duì)于車身整體的負(fù)載起著主要的承擔(dān)作用。所以，車架的結(jié)構(gòu)對(duì)于其車身整體的性能和用途有很大的影響，以農(nóng)用車車架為主要研究對(duì)象，建立有限元模型，從靜態(tài)、模態(tài)和隨機(jī)振動(dòng)等方面進(jìn)行分析，并進(jìn)一步建立優(yōu)化模型，對(duì)農(nóng)用車車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改型設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)用車;車架結(jié)構(gòu);模型分析;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U463.32 ???????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.12.013

農(nóng)用車作為農(nóng)業(yè)種植和生產(chǎn)等方面的重要工具，對(duì)農(nóng)業(yè)的效率和效果有著很大的影響，農(nóng)用車一般都是行駛在鄉(xiāng)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(huán)境相對(duì)比較惡劣，所以對(duì)農(nóng)用車車架的質(zhì)量要求很高。對(duì)于農(nóng)用車車架結(jié)構(gòu)的分析和優(yōu)化需要將有限元方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和優(yōu)化算法進(jìn)行有效結(jié)合，這也是目前對(duì)于農(nóng)用車車架結(jié)構(gòu)優(yōu)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(hào)農(nóng)用三輪車作為研究對(duì)象，觀察其車架的結(jié)構(gòu)，主要運(yùn)用的是邊梁式雙層結(jié)構(gòu)，上層主要固定車身整體的輪廓和構(gòu)架，下層主要作為安裝發(fā)動(dòng)機(jī)和一些其他傳動(dòng)設(shè)備，車架前后同寬，為焊接組成不可拆卸。對(duì)于車架有限元模型的建立首先要進(jìn)行車架各個(gè)部件的網(wǎng)格劃分，由于車架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在進(jìn)行網(wǎng)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(jìn)行計(jì)算，相比較更加精準(zhǔn)和細(xì)致，可以充分滿足車架優(yōu)化的需求和目標(biāo)。

2 車架結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化

2.1 車架受力分析

農(nóng)用車在不工作時(shí)，由于其是一個(gè)靜止不動(dòng)的狀態(tài)，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(shí)的車架受力相對(duì)較小較平穩(wěn)。在進(jìn)行模型建立的過程中，根據(jù)靜力等效的原則，對(duì)車架所施加的外部載荷進(jìn)行一定程度上的補(bǔ)償行為，并且將農(nóng)用車駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)、駕乘人員等的質(zhì)量對(duì)車架所產(chǎn)生的作用設(shè)定為車架的集中載荷。車斗以及貨廂的質(zhì)量和裝載的實(shí)際面積以及裝載量對(duì)于車架的影響設(shè)定為車架的平均分布載荷。通過對(duì)農(nóng)用三輪車進(jìn)行測評(píng)我們得出數(shù)據(jù)，駕駛室質(zhì)量為550 kg、發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)據(jù)可以看出車架的受力主要是在車廂及載荷，其次發(fā)動(dòng)機(jī)、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(nóng)用車作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的交通運(yùn)輸工具，其需要承載的貨物重量很大，在進(jìn)行運(yùn)輸?shù)倪^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(dān)不同貨物的重量，并且在運(yùn)輸?shù)倪^程中，還要承受路面所帶來的壓力和沖擊而產(chǎn)生的承重量以及位移沖擊。比如行駛經(jīng)過崎嶇不平的路面時(shí)，自身、貨物以及運(yùn)輸過程中會(huì)帶來很大的負(fù)荷以及沖擊，如果車架的剛度和強(qiáng)度較弱，則容易導(dǎo)致車架變形、彎曲甚至出現(xiàn)裂痕或者斷裂。通過ANSYS有限元軟件可以對(duì)農(nóng)用車車架的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和測評(píng)，通過對(duì)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(chǎn)生危險(xiǎn)的部位，并通過改變車架的結(jié)構(gòu)和尺寸或者局部增加承重材料的方法，平衡車架的各個(gè)受力點(diǎn)，從而提高車架整體的承載能力，提高農(nóng)用車整體的性能。

2.3 車架優(yōu)化分析

通過對(duì)農(nóng)用車車架的仿真設(shè)計(jì)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(dǎo)致車架的承載能力下降。在進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，考慮到這一點(diǎn)，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(shù)據(jù)調(diào)查顯示，優(yōu)化前應(yīng)力大小為60.5 MPa，應(yīng)變變形量為0.3 mm，優(yōu)化后應(yīng)力大小為40 MPa，應(yīng)變變形量為0.2 mm。可以看出，通過對(duì)車架結(jié)構(gòu)的改良，可以將車架所能承受的載荷大大增強(qiáng)。

3 結(jié)論

農(nóng)用車主要的用途就是生產(chǎn)和運(yùn)輸，由于其所承載的貨物重量較大，所以對(duì)農(nóng)用車車架的承載能力要求很高。通過對(duì)車架有限元模型的建立，利用ANSYS對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)的分析，并且優(yōu)化車架的結(jié)構(gòu)來提升車架的承載能力，結(jié)果表明優(yōu)化車架橫梁局部結(jié)構(gòu)對(duì)車架的整體應(yīng)力分布起到很明顯的改善作用，也為以后的車架優(yōu)化研究奠定了基礎(chǔ)。

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