翔龙粉粒物料吸排车车架的设计(附件)
在工程建设快速发展的背景下，我国对于粉粒物料，尤其是水泥的需求量日益增加，传统的运输方式难以满足日益增长的发展需求，物料吸排专用车的发展逐渐受到重视。但由于我国专用车起点较低，因此总体发展的水平不高，在发展过程中逐渐暴露出设备不先进、创新性不强、专业人才稀缺等多方面的问题。工程建设的高速运转对专用车性能提出了更高的要求，要求我们提高车架的设计性能以满足市场对于物料吸排车运载能力的需求。本文首先简单介绍了翔龙粉粒物料吸排车车架设计的具体要求，然后运用计算与应力分析相结合的方法从纵梁、横梁的截面型式、截面宽度、腹板高度和铆钉的尺寸选择等方面进行设计计算，得到用于三维建模的零件尺寸，接着在ANSYS软件中建立有限元模型并进行三种工况下的受载分析，分析结果并得到了设计出的车架符合实际的使用要求。关键词 专用车，车架设计，三维建模，有限元分析
目 录
1 绪论 1
1.1 论文选题的背景与目的 1
1.2 国内外发展现状及水平 2
1.3 课题研究的内容 3
2 吸排车车架的结构设计 3
2.1 翔龙吸排车车架设计概述 3
2.2 车架结构型式的选择 3
2.3 横梁、纵梁及其联接型式 5
2.4 车架横、纵梁以及铆钉的设计 6
3 吸排车车架三维模型的建立 10
3.1 Pro/E软件介绍 10
3.2 三维模型的建立 11
4 翔龙吸排车车架有限元静力分析 25
4.1 有限元法的基本概述 26
4.2 ANSYS Workbench 19.0概述 28
4.3 车架有限元模型的建立 29
4.4 车架弯曲工况分析 31
4.4.1 满载工况分析 31
4.4.2 单侧偏载工况分析 34
4.5 车架双侧扭转工况分析 36
4.6 各工况分析结果总结 38
结 论 40
致 谢 41
参考文献 42
1 绪论
1.1课题的背景与意义
粉粒物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
料吸排车集多种粉粒物料的收集、运输、卸料等功能为一体，在水泥、煤灰粉、铁粉以及石灰粉等粉粒物料的收集时十分便捷。其优点有节省资源，降低劳动强度以及保护环境等。此车型也可用于收集因突发交通事故而泄漏的有害、有毒物料。粒物料吸排车可按罐体结构的种类划分为三类，分别为立式、卧式和斗式，因为卧式罐车有结构简单，装卸料性能稳定等优点，所以现在市面上以卧式罐车为主。
在我国经济社会发展以及城镇化的建设快速推进的背景下，尤其是近年来新公路、地铁以及高铁等宏伟工程项目的建设，势必会带来水泥等粉粒物料消耗的增长。在此背景下，工程建设为我国专用车发展带来了广阔的发展空间[1]。如果想要抢夺市场的先机并扩大市场的占有率的话，国内大型的专用车生产厂家必须加大在生产研发上的投入。在车辆行业中，有限元法在各个汽车部件的设计中获得广泛应用，包括车架、主减速器、车桥、差速器、离合器、车身等的设计和分析，很大程度上改善了汽车各部件的整体设计水平，目前CAE技术已经成为高效的设计计算工具。
设计人员在进行车架设计时多数依旧在使用传统的办法来简化和计算，或者直接将其分析计算交由别的部门来完成。这样的设计模式会带来两个不足: 其一是车架的设计精度不足，为追求刚度和强度而使车架的结构设计得过重，导致了制造成本的增加;二是使得车架的设计与计算脱离，不利于设计者提高水平[2]。为了提高设计人员车架的整体设计水平，确保车型有市场竞争力，需要提高有限元技术在车架中的研究地位。
当前，有限元法做为新兴车架的设计计算方法和技术，对于解决传统设计计算无法解决的问题有很大帮助，并能够为企业带来实际的经济效益和社会效益[3]。综上，其意义在于：
（1）使用有限元法帮助设计分析车架能够加快车架的开发、设计、分析和制造的效率以及车架的性能。
（2）传统设计方式难以全面考虑到复杂的受力和变形，因为车架会在外力作用下发生弯曲、偏心扭转和整体扭转等变形。有限元法能够切实有效地解决一系列问题。
（3）依据有限元分析的结果对设计进行改良和优化，不仅可以减低质量，还能在保证满足性能要求的同时节省材料，对于节省生产成本有很大帮助。
1.2国内外发展现状及水平
节能减排，降低车辆油耗一直是世界汽车工业研究的重点，研究人员早已意识到降低整车质量能够有效地降低资源和材料的消耗[4]。应用轻质材料以及先进的复合材料是目前研究的热点和难点。现在已经能够在各种汽车结构上看到复合材料和轻质材料的身影，但是在承载主要重量的零部件上使用的很少见，这是因为新材料的应用成本相当高。由于需求的研发投资较多，研究时间较长，要求的制造工艺水平较高，因此在较短时间内达到普及很难实现。另一方面，钢材作为传统的车辆制造材料，由于其成本低，工艺成熟，并且易于回收的优点，因此利用钢材进行车架改善设计的可能性备受关注[5]。
（1）十九世纪七十年代，我国首次使用有限元法设计分析车架的结构强度。随后在计算机技术的快速发展和国家综合技术水平不断提高的背景下，有限元法在我国的汽车领域实现了全面的发展。
2004年3月北京理工大学的孟庆功、徐宝云和黄华采用梁单元的某全承载式客车骨架有限元模型，对截面尺寸进行优化，约束分别为一阶模态频率，以及扭转刚度矩阵，分成多步来优化，完成了百分之十九点六七的减重[6]。
2008年吉林大学的王兴东和荣安琪，运用灵敏度分析理论来指导轿车车身刚度、质量的优化设计。针对国产某轿车有限元模型进行刚度计算分析与优化，得到的结果使车身扭转刚度得到显著的提高，降低了车身结构中的最大应力[7]。
从我国的现有研究成果看，目前研究主要集中在客车车身骨架以及汽车一般零部件上。在已有研究中，问题的规模很小，考虑的工况和因素也并不多，采用的算法不适用于更大规模的问题。
目 录
1 绪论 1
1.1 论文选题的背景与目的 1
1.2 国内外发展现状及水平 2
1.3 课题研究的内容 3
2 吸排车车架的结构设计 3
2.1 翔龙吸排车车架设计概述 3
2.2 车架结构型式的选择 3
2.3 横梁、纵梁及其联接型式 5
2.4 车架横、纵梁以及铆钉的设计 6
3 吸排车车架三维模型的建立 10
3.1 Pro/E软件介绍 10
3.2 三维模型的建立 11
4 翔龙吸排车车架有限元静力分析 25
4.1 有限元法的基本概述 26
4.2 ANSYS Workbench 19.0概述 28
4.3 车架有限元模型的建立 29
4.4 车架弯曲工况分析 31
4.4.1 满载工况分析 31
4.4.2 单侧偏载工况分析 34
4.5 车架双侧扭转工况分析 36
4.6 各工况分析结果总结 38
结 论 40
致 谢 41
参考文献 42
1 绪论
1.1课题的背景与意义
粉粒物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
料吸排车集多种粉粒物料的收集、运输、卸料等功能为一体，在水泥、煤灰粉、铁粉以及石灰粉等粉粒物料的收集时十分便捷。其优点有节省资源，降低劳动强度以及保护环境等。此车型也可用于收集因突发交通事故而泄漏的有害、有毒物料。粒物料吸排车可按罐体结构的种类划分为三类，分别为立式、卧式和斗式，因为卧式罐车有结构简单，装卸料性能稳定等优点，所以现在市面上以卧式罐车为主。
在我国经济社会发展以及城镇化的建设快速推进的背景下，尤其是近年来新公路、地铁以及高铁等宏伟工程项目的建设，势必会带来水泥等粉粒物料消耗的增长。在此背景下，工程建设为我国专用车发展带来了广阔的发展空间[1]。如果想要抢夺市场的先机并扩大市场的占有率的话，国内大型的专用车生产厂家必须加大在生产研发上的投入。在车辆行业中，有限元法在各个汽车部件的设计中获得广泛应用，包括车架、主减速器、车桥、差速器、离合器、车身等的设计和分析，很大程度上改善了汽车各部件的整体设计水平，目前CAE技术已经成为高效的设计计算工具。
设计人员在进行车架设计时多数依旧在使用传统的办法来简化和计算，或者直接将其分析计算交由别的部门来完成。这样的设计模式会带来两个不足: 其一是车架的设计精度不足，为追求刚度和强度而使车架的结构设计得过重，导致了制造成本的增加;二是使得车架的设计与计算脱离，不利于设计者提高水平[2]。为了提高设计人员车架的整体设计水平，确保车型有市场竞争力，需要提高有限元技术在车架中的研究地位。
当前，有限元法做为新兴车架的设计计算方法和技术，对于解决传统设计计算无法解决的问题有很大帮助，并能够为企业带来实际的经济效益和社会效益[3]。综上，其意义在于：
（1）使用有限元法帮助设计分析车架能够加快车架的开发、设计、分析和制造的效率以及车架的性能。
（2）传统设计方式难以全面考虑到复杂的受力和变形，因为车架会在外力作用下发生弯曲、偏心扭转和整体扭转等变形。有限元法能够切实有效地解决一系列问题。
（3）依据有限元分析的结果对设计进行改良和优化，不仅可以减低质量，还能在保证满足性能要求的同时节省材料，对于节省生产成本有很大帮助。
1.2国内外发展现状及水平
节能减排，降低车辆油耗一直是世界汽车工业研究的重点，研究人员早已意识到降低整车质量能够有效地降低资源和材料的消耗[4]。应用轻质材料以及先进的复合材料是目前研究的热点和难点。现在已经能够在各种汽车结构上看到复合材料和轻质材料的身影，但是在承载主要重量的零部件上使用的很少见，这是因为新材料的应用成本相当高。由于需求的研发投资较多，研究时间较长，要求的制造工艺水平较高，因此在较短时间内达到普及很难实现。另一方面，钢材作为传统的车辆制造材料，由于其成本低，工艺成熟，并且易于回收的优点，因此利用钢材进行车架改善设计的可能性备受关注[5]。
（1）十九世纪七十年代，我国首次使用有限元法设计分析车架的结构强度。随后在计算机技术的快速发展和国家综合技术水平不断提高的背景下，有限元法在我国的汽车领域实现了全面的发展。
2004年3月北京理工大学的孟庆功、徐宝云和黄华采用梁单元的某全承载式客车骨架有限元模型，对截面尺寸进行优化，约束分别为一阶模态频率，以及扭转刚度矩阵，分成多步来优化，完成了百分之十九点六七的减重[6]。
2008年吉林大学的王兴东和荣安琪，运用灵敏度分析理论来指导轿车车身刚度、质量的优化设计。针对国产某轿车有限元模型进行刚度计算分析与优化，得到的结果使车身扭转刚度得到显著的提高，降低了车身结构中的最大应力[7]。
从我国的现有研究成果看，目前研究主要集中在客车车身骨架以及汽车一般零部件上。在已有研究中，问题的规模很小，考虑的工况和因素也并不多，采用的算法不适用于更大规模的问题。
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