基于CATIA 的路面养护车副车架设计

陈 毅，杜蔚华，张全逾，丰 烨

(1.承德石油高等专科学校 汽车工程系，河北 承德 067000;2.富泉石油机械有限公司，河北 承德 067000)

沥青路面养护车是实现公路养护机械化的重要装备之一，其副车架是联接二类底盘与专用上装的重要承载部件，它的主要功用是为了防止上装对汽车底盘主车架产生应力集中，因此其设计的科学性和合理性对整个路面养护车的品质和性能有着重要的影响。在计算机CAD/CAE 技术广泛应用于专用车辅助设计和分析的今天，使得专用车的研发流程和时间大为简化，并且使其可靠性大大提高［1］。

1 养护车概述

养护车是专门用于市政道路、高速公路和机场跑道等坏损路面的修补和养护，是实现公路养护机械化和智能化的的重要装备之一。路面养护车是由汽车二类底盘、沥青加热滚筒、路面加热墙、小型压路机和沥青混凝土搅拌器等组成。从发动机取力器输出动力来驱动液压系统为养护车的上装提供动力，电液结合的控制系统确保养护车实现自动化和机械化［2］。

2 副车架三维模型

该车副车架为边梁式车架结构，主要由两根矩形钢的纵梁和七根内横梁组成，纵梁和横梁之间采用全焊接形式连接。矩形钢的材料是16Mn，屈服极限是345 MPa。它和汽车底盘的主车架的联接主要通过以下3 种方式:1)U 型螺栓，用来防止主副车架间的纵向跳动;2)止推板，用来防止主车架与副车架纵梁间产生相对水平位移;3)连接支架，连接支架所能承受的水平载荷较小，连接支架应和止推连接板配合使用。图1 为基于CATIA 建立的副车架的三维模型［3］。

3 有限元模型的建立

有限元模型建立的好坏直接决定了有限元计算的精度和准确性，所以在建立模型时采用了自动划分网格，并手动调节部分细节的方法进行。首先利用CATIA 的有限元分析模块Generative Structural Analysis 对该车架进行有限元模型的建立［4］。将车架的三维模型导入该模块后，同时系统完成了有限元网格的划分，考虑计算的准确性，对某些关键的细节部位重新做了调整，从而手动设定离散副车架几何模型的单元尺寸为60 mm，网格垂度为10 mm。如图2 所示。

4 典型工况的有限元分析

在建立了有限元模型并处理了边界条件以后，就要对其典型的受力工况进行分析了。养护车在行进中工作时，随着滚筒转动时对沥青混合料的加热，车架的危险工况是弯扭组合受力。因为副车架在既有弯曲变形又有扭转变形的情况下，车架受力情况最恶劣。图3 和图4 分别是副车架的第四强度的等效应力图和应变位移图。

观察其应力图3 和应变图4，在弯扭载荷的作用下，根据有限元分析理论改进设计的措施如下:主副车架紧固联接的地方受力过大，需要进一步加强其连接支架和止推板的强度，车架尾部的应变(挠度)偏大，需要增加内纵梁和加强纵梁的承载能力提高车架的整体刚度［5］，这在后续的设计改进中可以继续完善。

5 小结

本文通过CATIA 对副车架建立了三维模型，并导入CATIA 的有限元分析模块Generative Structural Analysis，对该车架进行有限元模型的建立。通过自动和手动两种模式对其有限元模型进行了划分网格，使细节的计算更加精确。通过对其典型工况的有限元分析和计算，使副车架的设计更加优化和合理。

［1］ 卞学良.专用汽车结构与设计［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［2］ 徐达，蒋崇贤.专用汽车构造与设计［M］.北京:北京理工大学出版社，1998.

［3］ 王霄，刘会霞.CATIA V5R17 高级设计实例教程［M］.北京:冶金工业出版社，2009.

［4］ 盛选禹.CATIA 有限元分析命令详解与实例［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［5］ 盛选禹，盛选军.CATIA V5 运动和力学分析实例教程［M］.北京:化学工业出版社，2008.