礦用順槽無軌膠輪車的車架設(shè)計(jì)

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第1章緒論1.1國內(nèi)無軌膠輪車的技術(shù)現(xiàn)狀與提高從上世紀(jì)90年代，國內(nèi)煤礦開始采用井下無軌膠輪車輔助運(yùn)輸，以神華沖東礦區(qū)為代表，從英國、美國、澳大利亞等國引進(jìn)了防爆無軌膠輪車，成功地用無軌膠輪車輔助運(yùn)輸替代了傳統(tǒng)的軌道運(yùn)輸系統(tǒng)和作業(yè)方式，這是煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)囊淮胃锩?。煤礦井下采用無軌膠輪車輔助運(yùn)輸，越來越顯現(xiàn)出其方便快捷、安全高效的優(yōu)勢。近幾年，隨著我國煤炭事業(yè)的快速發(fā)展，防爆無軌膠輪車的研發(fā)制造也發(fā)展迅速。國產(chǎn)無軌膠輪車的發(fā)展，為我國煤礦的安全生產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)。一、我國防爆無軌膠輪車的現(xiàn)狀近幾年防爆無軌膠輪車勢頭迅猛，一批專業(yè)的和非專業(yè)的制造廠都在上馬制造防爆無軌膠輪車。我國防爆無軌膠輪車的研發(fā)制造，學(xué)習(xí)和借鑒了一些國外的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，通過幾年的使用實(shí)踐，技術(shù)性能有所進(jìn)步，但由于發(fā)展晚，缺乏科研技術(shù)力量，缺乏系統(tǒng)研發(fā)，缺乏配套部件、器件的生產(chǎn)．使我國的無軌膠輪車的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，仍處于發(fā)展階段。目前我國防爆無孰車主要有3種類型。1．改裝型利用現(xiàn)有的地面民用運(yùn)輸車輛，進(jìn)行防爆改裝，用于煤礦井下。代表車型有WqC2J、WqC3J(圖1.2)wr20／2J(圖1.1)、WC3ZFB、wc3FB、wc20FB等材料車和FBZL16等裝載車。豐要作為礦井運(yùn)送材料、人受和鏟裝。人原材料車整體結(jié)構(gòu)，兩輪驅(qū)動，承載能力2—3t，載員12—20人，發(fā)動機(jī)功率45—65KW。圖1.1wr20／2J人員運(yùn)輸車圖1.2WqC3J材料車2．開發(fā)型借鑒國外防爆膠輪車車型機(jī)構(gòu)，根據(jù)中國國情，自行開發(fā)設(shè)計(jì)制造。代表車型有WCQ一3B等。WcQ-3B車型具有自卸功能，兩段中央鉸接結(jié)構(gòu)，4輪驅(qū)動，工程車輛車設(shè)計(jì)，承載能力3t，載員20人，發(fā)動機(jī)功率50kW(圖1.3)。圖1.3WCQ-3B工程自卸車3．仿制型仿照國外防爆膠輪車基本原型，消化、吸收、制造，并有所改變。代表車型有Wc一40Y支架搬運(yùn)車及Wc型材料車等。Wc一40Y支架搬承載能力40t(圖1.4)。wc材料車具有自卸功能，兩段中央鉸接結(jié)構(gòu)，發(fā)動機(jī)功率6585kw。圖1.4WC-40Y支架搬運(yùn)車二、我國防爆無軌膠輪車與國外同類型防爆膠輪車技術(shù)性能比較下面，就國產(chǎn)防爆腔輪車與國外同類型的技術(shù)參數(shù)做以對照比較人員材料車技術(shù)參數(shù)比較見表1.1。從表1.1中我們可以看到，國外產(chǎn)品的主要特點(diǎn)有：1．總功率配臀較大；2．變速方式普遍采液力變矩器，液力變速；3．采用四輪驅(qū)動方式，并采用手動載入自動脫離技術(shù)；4．緊急制動作用于驅(qū)動輪；5．驅(qū)動橋采用行星輪邊減速；6．采用重型特制底盤。見圖1.5、圖1.6；7．減震性能優(yōu)越。圖1.5整體剛性縱向底盤圖1.6特制無縫冷軋方鋼底盤表1.1人員材料車主要技術(shù)參數(shù)比較表表1.2支架搬運(yùn)車主要技術(shù)參數(shù)比較表從表1.2我們可以看出，國產(chǎn)的框架式支架搬運(yùn)車的功率配置、行走系統(tǒng)液壓泵配置、行走馬達(dá)的配置都高于國外設(shè)備，特別是行走選用了高速變量達(dá)，并采用了DA技術(shù)，使功率更加匹配，調(diào)速性能更加優(yōu)越。但是，還要進(jìn)一步提高和改進(jìn)，不斷完善車輛性能。三、我國防爆無軌膠輪車的技術(shù)提高我國無軌膠輪車的研發(fā)制造技術(shù)，近幾年有了很大的提高和進(jìn)步，總體來看，還需要大幅度的提高和改進(jìn)。1．下大氣力，深入系統(tǒng)研究防爆無軌膠輪車是用于煤礦井下的一種特殊的專用運(yùn)輸車輛，膠輪車的技術(shù)是一個系統(tǒng)工程，需要全方位進(jìn)行專業(yè)研究。動力系統(tǒng)，防爆系統(tǒng)，進(jìn)、排氣系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，驅(qū)動方式，制動系統(tǒng)，啟動系統(tǒng)，保護(hù)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)等，作到相互匹配合理，設(shè)計(jì)制造出適應(yīng)煤礦井下的、性能優(yōu)良的車輛。2．提高關(guān)鍵部件的可靠性部件的可靠性，是整車可靠性的基礎(chǔ)，沒有部件的可靠性，整車的可靠性只能是一句空話。提高柴油發(fā)動機(jī)、變速箱、車橋、底盤等關(guān)鍵部件的可靠性，改變目前故障率高，服務(wù)壽命短的現(xiàn)狀，使其服務(wù)壽命提高3-5年，從而提高整車的服務(wù)壽命。3．提高主要部件的性能發(fā)電機(jī)、起動機(jī)、監(jiān)測監(jiān)控裝置、燈光、信號裝置、蓄電池等部件的性能要進(jìn)一步提高，要研發(fā)技術(shù)特性優(yōu)良，運(yùn)行可靠，服務(wù)壽命長的產(chǎn)品，減少車輛的日常維護(hù)量，降低運(yùn)行費(fèi)用，降低用戶生產(chǎn)成本。4．研究進(jìn)排氣系統(tǒng)和尾氣處理要深入研究進(jìn)排氣系統(tǒng)，降低防爆功率損耗，降低油耗，提高發(fā)動機(jī)的出力。探索尾氣處理的新方法，降低尾氣有害成分的排放量，消除尾氣處理容易造成防爆柵堵塞和清洗困難的現(xiàn)狀。5．推廣使用先進(jìn)技術(shù)，提高車輛性能要學(xué)習(xí)借鑒國內(nèi)外運(yùn)輸車輛的成熟經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)，提高防爆膠輪車的整車性能。1)．提高發(fā)動機(jī)的輸出功率，降低尾氣污染。采用增壓發(fā)動機(jī)，研究防爆電噴發(fā)動機(jī)。增壓進(jìn)氣系統(tǒng)是用不同的方法去增大發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管的空氣壓力，使單位時間內(nèi)用更多的空氣進(jìn)入氣缸，加大單位時間、單位容積內(nèi)的氧氣含量，使燃油充分燃燒，從而提高發(fā)動機(jī)輸出功率，并同時起到節(jié)能和減少廢氣排放污染的作用。現(xiàn)在流行的增壓裝置有渦輪增壓器和機(jī)械增壓器。近幾年研究的機(jī)械增壓器，利用發(fā)動機(jī)的輸出軸帶動增壓泵，整體結(jié)構(gòu)簡單、高效，從而改善了渦輪增壓器固有的缺陷。2)．采用液力變矩、液力變速，提高傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，提高車輛重載工況的適應(yīng)能力。3)．采用液壓系統(tǒng)負(fù)載傳感式液壓動力載人系統(tǒng)，降低驅(qū)動功率的無效功耗。4)．工作制動、駐車制動、緊急制動采用三合一液壓濕壓制動系統(tǒng)，制動作用于車輪，確保制動系統(tǒng)安全可靠。5)．采用四輪驅(qū)動，充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)功率，提高車輛爬坡能力和道路的適應(yīng)能力。6)．生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品系統(tǒng)化，功能多樣化，部件模塊化。

1.2國外無軌膠輪車的應(yīng)用情況早在20世紀(jì)50年代初，北美的金礦開始使用無軌膠輪車。1959年英國率先在煤礦井下使用防爆柴油機(jī)無軌膠輪車。到70年代初，美國煤礦也開始使用它作為井下回采工作面煤炭、材料以及人員的運(yùn)輸設(shè)備。尤其在綜采工作面搬家上顯示出強(qiáng)大的威力。如美國英格索蘭公司研制的蓄電池支架運(yùn)輸車，目前已在美國煤炭工業(yè)中使用了多臺。美國布萊克維號井曾利用這種運(yùn)輸車創(chuàng)紀(jì)錄的搬完一個工作面液壓支架。目前，世界許多先進(jìn)采煤國家都大量生產(chǎn)和使用礦用無軌膠輪車。無軌膠輪車性能可靠、運(yùn)輸效率高，可保證礦井的高產(chǎn)高效及安全生產(chǎn)，并獲得極佳的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)在，美、澳、南非都有上千臺無軌膠輪車在煤礦井下工作，西歐、前蘇聯(lián)近年來都在研制發(fā)展這種運(yùn)輸設(shè)備。著名的英國賽爾比、前蘇聯(lián)多爾然等新建大型礦井都采用了無軌膠輪車。隨著長壁綜采重型設(shè)備的發(fā)展，美國研制了蓄電池?zé)o軌膠輪車用于運(yùn)輸，英國也研制出了各種型號的柴油機(jī)支架運(yùn)輸無軌膠輪車，其主要動力為防爆低污染柴油機(jī)。無軌運(yùn)輸設(shè)備按動力裝置分為柴油機(jī)膠輪車、蓄電池膠輪車和拖電纜膠輪車。近年來，國外在無軌車輛及其技術(shù)方面不斷開發(fā)和完善中，重載、多用途柴油機(jī)和徐電車膠輪車的牽引動力發(fā)展，趨向于采用對巷道空氣污染小而功率交大的蓄電池組。

1.3無軌膠輪車的應(yīng)用前景順槽用無軌膠輪車的應(yīng)用不僅極大地提高了礦井的生產(chǎn)能力和運(yùn)輸效率，而且也為安全生產(chǎn)提供了保障。首先，順槽用無軌膠輪化運(yùn)輸大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。工人乘坐順槽無軌膠輪車上下班，大大縮減了路途時間，從而能有充足的精力投入生產(chǎn)。其次，簡化了輔助運(yùn)輸環(huán)節(jié)，減少了事故點(diǎn)，提高了工效和安全性。第三，為綜采工作面快速搬家創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。通過幾年來的實(shí)踐，神東公司已總結(jié)出利用順槽用無軌膠輪車搬家的新辦法，6000余噸重的無軌膠輪車在大型立井中實(shí)現(xiàn)從井底至采區(qū)工作面的人員、材料和設(shè)備的直達(dá)運(yùn)輸，在綜采工作面內(nèi)利用支架搬運(yùn)車進(jìn)行設(shè)備的搬家、安裝調(diào)整和拆卸。這必將大幅度提高高產(chǎn)高效礦井輔助運(yùn)輸效率。隨著我國煤炭行業(yè)對輔助運(yùn)輸?shù)穆浜缶置嬷萍s煤炭生產(chǎn)的認(rèn)識逐步提高和重視，以及對無軌膠輪車所獨(dú)有的種種優(yōu)點(diǎn)的加深了解，相信我國煤礦輔助運(yùn)輸——順槽無軌膠輪車的發(fā)展，有望出現(xiàn)一個新的高潮。整套綜采設(shè)備，通過支架搬運(yùn)車、無軌膠輪車的綜合配套高效裝運(yùn)，從設(shè)備回撤、運(yùn)輸、安裝及新工作面的調(diào)試等，僅需7天可以完成，并使搬家過程的安全系數(shù)大為提高。順槽用無軌膠輪車在神東和兗州等礦區(qū)的成功應(yīng)用充分證明：它是一種高效、快速、安全的輔助運(yùn)輸設(shè)備，在我國具有廣闊的應(yīng)用前景。

第2章無軌膠輪車介紹2.1無軌運(yùn)輸在我國煤礦的應(yīng)用輔助運(yùn)輸是指除了煤炭運(yùn)輸以外的材料、設(shè)備及人員運(yùn)輸?shù)慕y(tǒng)稱，無軌運(yùn)輸在我國是一種新的輔助運(yùn)輸方式。在國外，如澳大利亞及一些歐州國家應(yīng)用輔助運(yùn)輸很多年，積累了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。無軌運(yùn)輸具有轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少、使用靈活、爬坡能力大、機(jī)動靈活和一機(jī)多用的特點(diǎn)，另外不受軌道限制，投資費(fèi)用低，減人提效。無軌運(yùn)輸特別適用于煤層賦存淺、頂?shù)装鍡l件好、傾角不大的近水平煤層礦井。這種車輛可以從地面到采區(qū)直接運(yùn)送人員、材料及設(shè)備。在我國山西、陜西、內(nèi)蒙等地，無軌運(yùn)輸有著很好的發(fā)展前景。我國大同礦務(wù)局在80年代中期引進(jìn)了澳大利亞諾依斯公司的支架運(yùn)輸車，英國埃姆科公司的多用途鏟車；90年代初期，潞安礦務(wù)局引進(jìn)了英國埃姆科公司880型無軌膠輪車；90年代中期，神東公司大柳塔礦和活雞兔礦引進(jìn)了英國埃姆科公司913HLD型無軌膠輪鏟車和人車，礦井全部無軌化。90年代末期，兗礦集團(tuán)濟(jì)三煤礦也從國外引進(jìn)了15臺無軌膠輪車，成功地解決了立井使用膠輪車的難題，為我國立井開采使用膠輪車樹立了一個成功的典范。應(yīng)用表明：(1)應(yīng)用無軌膠輪車，實(shí)現(xiàn)了單一化的一條龍輔助運(yùn)輸，運(yùn)輸線路簡單，大大減少了運(yùn)輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，提高了工作效率；(2)大量減少輔助工和電機(jī)車、調(diào)度絞車等設(shè)備費(fèi)用；(3)工作面安裝、搬家工期短，減少了停產(chǎn)時間，經(jīng)濟(jì)效益顯著。但進(jìn)口膠輪車價(jià)格昂貴，每臺膠輪車需150～300萬元人民幣。因此迫切需要研制適合我國國情、價(jià)格低廉的無軌膠輪車。從80年代中期開始，我國相繼研制成功了DZY一16支架運(yùn)輸車、wY一20膠輪運(yùn)輸車、TY3061FB輕型自卸膠輪車、TY6／20FB中型客貨膠輪車、FB一950型防爆三輪運(yùn)輸車。這些膠輪車在山西、陜西等地煤礦應(yīng)用效果良好，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。由于受國內(nèi)防爆動力限制，國內(nèi)研制的膠輪車大多功率偏小。無軌膠輪車動力有防爆低污染柴油機(jī)、蓄電池和拖電纜式3種。從目前國內(nèi)應(yīng)用的機(jī)型來看，都是以防爆低污染柴油機(jī)為動力。

2.2無軌膠輪車的制動系統(tǒng)及其蓄能器1．制動系統(tǒng)簡介井下無軌車輛一般是在井下采區(qū)及巷道內(nèi)工作的，工作環(huán)境比較惡劣。為工作安全，人們對無軌車輛的制動系統(tǒng)及制動器格外重視，并先后開發(fā)了多種制動器，目前應(yīng)用較廣泛、技術(shù)較先進(jìn)、性能更可靠的制動器及制動系統(tǒng)有如下幾種：（1）LCB制動器及制動系統(tǒng)。LCB制動器是多盤濕式制動器的一種，又稱液體冷卻制動器，是一種由液壓力實(shí)施制動，無壓時由彈簧力復(fù)位的制動器，其液壓系統(tǒng)如圖2.1所示。圖2.1LCB制動器液壓系統(tǒng)由圖2.1可見，該系統(tǒng)中有兩個重要的閥：充液閥和腳踏制動閥，充液閥的作用是優(yōu)先給蓄能器回路供油，并將該回路的壓力保持在所設(shè)定的工作范圍內(nèi)，使制動時有充足的液壓力供給，保持行車制動安全可靠。待該系統(tǒng)回路的壓力足夠高時，充液閥自動換位，主泵向二次回路供油。腳踏制動閥的作用主要是控制前后橋制動器，是實(shí)施制動與解除制動的直接實(shí)施者，它可以控制制動力的大小。數(shù)次制動后，充液回路及蓄能器內(nèi)的油液減少，壓力下降，待壓力下降至所設(shè)定的下限工作壓力時(所設(shè)下限工作壓力略高于制動器下限工作油壓)，充液閥在彈簧力作用下?lián)Q位，液壓泵恢復(fù)向充液回路及蓄能器供油，直到達(dá)到充液的上限壓力為止。如此，該回路又可在需要時及時地為車輛實(shí)施制動。（2）Posi-Stop制動器及制動系統(tǒng)。Posi-Stop制動液壓系統(tǒng)應(yīng)用于由液壓解鎖彈簧制動的全封閉多盤濕式制動器，該制動器是世界上目前最為先進(jìn)的制動器，集停車制動、緊急制動、工作制動于一體，三者合一，改變了以往車輛需另配置停車制動器的狀況，使車輛結(jié)構(gòu)簡化，,該制動器的全封閉整體結(jié)構(gòu)，使制動性能不受外界泥水的影響，制動性能穩(wěn)定可靠，廣受歡迎，特別是美國克拉克公司生產(chǎn)的驅(qū)動橋都裝有這種制動器，其工作機(jī)理是彈簧制動液壓解鎖，如果制動系統(tǒng)的任何部位失效使液壓力損失，制動器都會立即制動，安全可靠。該制動器是一種失效保安型，極具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。其液壓系統(tǒng)回路如圖2.2所示。圖2.2Posi-Stop制動器液壓系統(tǒng)如圖2.2所示，該制動系統(tǒng)與LCB制動系統(tǒng)有所不同，所應(yīng)用的元件有充液閥、蓄能器、電磁換向閥、梭閥、手動泵、腳踏制動閥等，圖示的位置，車輛是制動的。當(dāng)車輛起動時，電磁閥換向，來自液壓泵的高壓油經(jīng)充液閥、蓄能器、電磁閥、梭閥、腳踏制動閥進(jìn)入驅(qū)動橋的制動器，頂開制動器彈簧，制動解除，車輛能夠運(yùn)行。當(dāng)需要制動時，須踏下腳踏制動閥，制動閥接通回油箱回路，制動器內(nèi)的油液經(jīng)制動閥返回油箱，制動器在彈簧力的作用下壓緊動靜盤，使車輛制動，車輛不能行走。當(dāng)車輛的動力源(如發(fā)動機(jī))有故障或液壓系統(tǒng)有泄露，油壓不足，車輛也被制動。為使車輛被拖動，必須使用手動泵或由北京礦冶研究總院最近研制的ZSQ型彈簧制動松閘器為制動器輸油，才能重新頂開制動彈簧，解除制動。2．制動系統(tǒng)蓄能器選用公式的推導(dǎo)計(jì)算2．1制動過程分析及公式推導(dǎo)LCB制動系統(tǒng)和Posi-Stop制動系統(tǒng)是比較先進(jìn)的制動系統(tǒng)，在國外，得到了廣泛應(yīng)用，被應(yīng)用到不同的井下車輛上，如井下自卸汽車、井下運(yùn)人車、鏟運(yùn)機(jī)和其它輔助車輛上。國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和廠家在研制井下車輛時也多采用這兩種制動結(jié)構(gòu)。在圖1、圖2中可看到，液壓泵給制動回路充液并不是連續(xù)的，而是間斷的，當(dāng)蓄能器的壓力低于10.5Mpa時，液壓泵就向蓄能器供應(yīng)高壓油，當(dāng)蓄能器的油壓超過13.3Mpa時，即達(dá)到所設(shè)定的壓力時，充液閥換位，充液停止，蓄能器內(nèi)的油壓始終穩(wěn)定在10.5～13.3Mpa，保持制動油壓充足。制動系統(tǒng)的制動液壓油由蓄能器供給，當(dāng)需要制動時，即使在特殊狀態(tài)下，如發(fā)動機(jī)一旦熄火，或充液閥前任一管路破裂，系統(tǒng)也能制動，要求蓄能器需有一定的容量，保證蓄能器能夠獨(dú)立提供進(jìn)行3～7次有效制動油液。顯然，蓄能器的容量是關(guān)鍵參數(shù)，在設(shè)計(jì)中必須選擇正確。在制動過程中，車輛每制動一次，蓄能器就釋放一定的油量，其內(nèi)部油壓發(fā)生變化，氣體質(zhì)量不變，溫度不變，所以可用定量等溫的氣態(tài)方程描述。由定量等溫的氣態(tài)方程得出：當(dāng)充入油量V1時：P0V0=P1(V0-V1)，V1=V0-P0V0/P1(2.1)當(dāng)充入油量V2時：P0V0=P2(V0-V2),V2=V0-P0V0/P2(2.2)全部制動油液量：Vx=V2-V1=（P0/P1-P0/P2）V0，得V0=P1P2Vx/[P0(P2-P1)]=P1Vx/[P0(1-P1/P2)](2.3)式中，V0—蓄能器容積，L；V1—最低工作壓力時，進(jìn)入蓄能器的油液量，L；V2—最高工作壓力時，進(jìn)入蓄能器的油液量，L；P0—充氣壓力，Mpa；P1—最低工作壓力，Mpa；P2—最高工作壓力，Mpa；Vx—全部制動油液量，L，Vx=V2-V1。所以，應(yīng)用式(2.3)可求出蓄能器的容量，在設(shè)計(jì)中選擇正確容量的蓄能器。2.2實(shí)例計(jì)算某車輛為前后橋驅(qū)動，即4輪驅(qū)動，4制動器制動，在進(jìn)行車輛液壓系統(tǒng)改造中，要求選擇適當(dāng)?shù)男钅芷鳎瑟?dú)立供應(yīng)進(jìn)行至少3次有效制動的油量，求蓄能器的容量。其中，蓄能器充氣壓力P0=8.4Mpa；最低工作壓力P1=10.5Mpa；最高工作壓力P2=13.3Mpa；每個制動器的排量q=39.9mL。解：4個制動器分別進(jìn)行3次制動所需油量為：Vx=q×4×3=39.9×4×3=0.4788L將P0,P1,P2,Vx代入式(3)得，V0=10.5/[8.4×(1-10.5/13.3)]×0.4788=2.843L結(jié)合蓄能器標(biāo)準(zhǔn),該制動系統(tǒng)可選用3個1L或者2個1.6L的蓄能器，方能滿足使用要求。結(jié)論我們在研制井下無軌車輛時，基本采用了Posi-Stop制動系統(tǒng)，在選擇制動系統(tǒng)中的蓄能器的容量時，基本按照上述式子設(shè)計(jì)計(jì)算。所研制的車輛的制動性能明顯地穩(wěn)定可靠，安全性大大提高，整機(jī)性能明顯改善，已應(yīng)用于礦山，使用多年，沒有出現(xiàn)過制動失靈等現(xiàn)象。所研制車輛的制動系統(tǒng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，制動系統(tǒng)及其蓄能器的設(shè)計(jì)選用是合理的成功的。

2.3無軌膠輪車的柴油機(jī)與變矩器匹配液力變矩器自從上世紀(jì)年代開始在輪胎式裝載機(jī)上使用以后，不但使得裝載機(jī)插入料堆平穩(wěn)，工作速度加快，而且在鏟取物料的過程中，還不會因插入阻力增大而使發(fā)動機(jī)熄火，從而極大地推動了裝載機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展。近年來，隨著國內(nèi)煤礦井下柴油機(jī)車的推廣應(yīng)用，液力變矩器也越來越多地應(yīng)用在煤礦井下柴油機(jī)車的傳動系統(tǒng)中，并顯示出了它的優(yōu)越性，如起步平穩(wěn)，自動變速，不會使發(fā)動機(jī)因超載而熄火，并能減緩傳動系統(tǒng)的沖擊而使操作平穩(wěn)、工作可靠。由于液力變矩器具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，在設(shè)計(jì)TY6/20FB型井下防爆低污染中型客貨膠輪車時也采用了液力機(jī)械傳動。設(shè)計(jì)任何一種井下輔助運(yùn)輸車輛，當(dāng)選定了發(fā)動機(jī)后，不是任選一種變矩器都能很好地適用該發(fā)動機(jī)的匹配關(guān)系的。眾所周知，煤礦井下膠輪車選用的防爆柴油機(jī)的速度特性曲線包括外特性和調(diào)速特性兩部分。外特性段近似于二次曲線，調(diào)速特性段近似于直線。而液力變矩器的輸入特性曲線則是一束負(fù)荷拋物線。匹配設(shè)計(jì)時，應(yīng)使變矩器在傳動比（為最高效率時的傳動比）的低、中速工況時的負(fù)荷拋物線與發(fā)動機(jī)外特性曲線中的曲線相交在額定扭矩點(diǎn)的左方，如圖2.3所示，這樣才可使膠輪車的主要工作范圍處于發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，因而使發(fā)動機(jī)油耗下降、運(yùn)行特性平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)性提高、磨損減小。若變矩器在工況時的負(fù)荷拋物線與發(fā)動機(jī)外特性曲線相交于發(fā)動機(jī)最大功率對應(yīng)的點(diǎn)附近，則既能充分利用發(fā)動機(jī)的功率，又可使變矩器在高效率區(qū)段工作，因而發(fā)熱少，能充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)功率。在變矩器制動工況時，即時的負(fù)荷拋物線與線相交于外特性區(qū)段最大扭矩點(diǎn)時，膠輪車具有較大的起步力矩和一定的超載能力。所以發(fā)動機(jī)與液力變矩器匹配計(jì)算的意義重大。圖2.3發(fā)動機(jī)變矩器共同工作輸入特性曲線

第3章無軌膠輪車的車架結(jié)構(gòu)3.1總體方案設(shè)計(jì)此次車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作主要分為實(shí)際測繪階段、三維建模階段、理論分析與優(yōu)化階段、二維出圖階段等四部分內(nèi)容，通過上述過程實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，以利于山東達(dá)潤汽車有限公司對礦用無軌膠輪車的研發(fā)與生產(chǎn)工作。在實(shí)際測繪過程中采用精密的測繪工具，并通過多次測繪取平均值的方法降低測繪過程中的誤差，提高測繪精度，使各零部件的數(shù)據(jù)更為接近實(shí)際情況。三維建模階段，采用UG三維設(shè)計(jì)軟件，合理分配個零部件的樹關(guān)系，建立實(shí)體模型，并最終形成無軌膠輪車車架總成。理論分析與優(yōu)化階段，此階段是本次課程設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，在此次優(yōu)化過程中要重點(diǎn)分析無軌膠輪車車架各零部件的結(jié)構(gòu)合理性與不合理性，并提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以供山東達(dá)潤汽車有限公司技術(shù)部相關(guān)人員參閱，利于對礦用無軌膠輪車車的研發(fā)和生產(chǎn)工作。二維出圖階段是對已生成的三維實(shí)體模型抽出二維圖紙，并利用AtuoCAD繪圖軟件修正相關(guān)圖形、尺寸，圖紙最終要達(dá)到下發(fā)生產(chǎn)的要求。

3.2現(xiàn)有無軌膠輪車車架的結(jié)構(gòu)形式此次測繪的無軌膠輪車車架采用邊梁式車架，車架的主要結(jié)構(gòu)成左右對稱，由兩根相互平行的主梁、4根橫梁和2塊腹板焊接在一起構(gòu)成復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)。主梁采用400mmX200mm方鋼作為原材料，經(jīng)切割加工而成，橫梁采用150mmX150mm方鋼加工而成，橫梁兩端均與主梁用腳焊法焊接，梁主梁后方各有一個鏈輪箱用以安裝主動鏈輪作為無軌膠輪車的動力端，其三維實(shí)體模型如圖3.1，圖3.2圖3.1現(xiàn)有無軌膠輪車車架總成（1）圖3.2現(xiàn)有無軌膠輪車車架總成（2）

第4章車架各零部件的三維建模4.1UG三維設(shè)計(jì)軟件簡介Ugigraphics（簡稱UG）是一個交互式的CAD/CAM/CAE系統(tǒng)。CAD功能實(shí)現(xiàn)了目前制造行業(yè)中常規(guī)的工程技術(shù)、設(shè)計(jì)和繪圖功能的自動化。CAM功能則為使用UG設(shè)計(jì)模型描繪部分的現(xiàn)代機(jī)器工具提供了NC編程技術(shù)。利用它強(qiáng)大的混合式繪圖結(jié)構(gòu)，用戶就可以方便地繪制出復(fù)雜的實(shí)體以及造型特征。UG以豐富的模塊、強(qiáng)大的功能廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、船舶、汽車、家電、電子、機(jī)械、玩具等行業(yè)。它可以用于產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、設(shè)計(jì)分析等產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域。近年來，UG以其迅猛的發(fā)展速度，用戶遍布各行各業(yè)，已被中國航天航空、汽車、機(jī)械、家用電器等部門的首選軟件。UG擁有豐富的應(yīng)用模塊，主要包括如下幾種：（1）基本環(huán)境：提供了所有應(yīng)用模塊所共有的常規(guī)工具。（2）建模：用戶設(shè)計(jì)產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)。將基于約束的特征建模和顯示幾何建模方法無縫地結(jié)和起來。提供強(qiáng)勁的“復(fù)合建模”工具，將實(shí)體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模于參數(shù)化建模合于一體。（3）裝配：包括構(gòu)建部件裝配的工具?；赪EVE技術(shù)，能夠建立局部的部件間關(guān)系。提供了并行、自上而下和自下而上的場頻開發(fā)方法。（4）外觀造型：提供了針對：“行業(yè)設(shè)計(jì)”應(yīng)用模塊而特別創(chuàng)建的設(shè)計(jì)工具，用于建立復(fù)雜的曲面形狀。（5）制圖：用于創(chuàng)建和維護(hù)模型圖紙。快速獲得與三維實(shí)體模型完全相關(guān)的二維工程圖。（6）加工：用于銑鉆車床和線切割等交互式編程和后處理。（7）機(jī)器構(gòu)建器：創(chuàng)建和用于集成的仿真和驗(yàn)證機(jī)床。（8）高級仿真：提供有限元素建模和結(jié)果可視化的綜合工具，專門用來滿足專業(yè)分析的需求。（9）設(shè)計(jì)仿真：提供了有限元素建模和結(jié)果的工具，專門用來執(zhí)行初始設(shè)計(jì)的驗(yàn)證研究。（10）運(yùn)動仿真：用于運(yùn)動仿真，是一種提供了仿真和評估機(jī)械系統(tǒng)位移復(fù)雜運(yùn)動的工具。（11）NX鈑金：提供了設(shè)計(jì)直行制動器鈑金部件的工具。（12）航空鈑金：提供了機(jī)身中最常見的鈑金部件類型的設(shè)計(jì)工具。（13）成形、平整：用于更改鈑金特征的成形、未成形狀態(tài)。（14）柔性印刷電路設(shè)計(jì)：提供了設(shè)計(jì)柔性印刷電路的工具。（15）電氣管線布置：用于電氣線管布置，提供了定義電力、信號、設(shè)置等的布線裝配和線束等。（16）機(jī)械管線布置：用于定義3D機(jī)械系統(tǒng)（如管線布置、管道和連接件）。（17）邏輯管線布置：用于2D圖表（PID-工藝和儀器繪制圖表）定義邏輯系統(tǒng)。（18）船舶設(shè)計(jì)：提供了包括從概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)鋼規(guī)劃、詳細(xì)裝配和組建建模一直到每個圖紙生產(chǎn)的信息等。（19）注塑模向?qū)В禾峁┝嗽O(shè)計(jì)塑料注射模具和其他類型模具的工具，包括工程圖的自動操作和管理。（20）級進(jìn)模向?qū)В禾峁┝嗽O(shè)計(jì)級進(jìn)模的一系列工具?？蓪⒈馄秸{(diào)料變換成3D部件。（21）電極設(shè)計(jì)：用于需要將電子放電加工（EDM）的項(xiàng)目進(jìn)行電極設(shè)計(jì)。（22）PMI：應(yīng)用注釋工具在3D環(huán)境中記錄產(chǎn)品文檔。（23）知識融合：將工程知識驅(qū)動的規(guī)則和設(shè)計(jì)意圖應(yīng)用于幾何模型和裝配的第一個零部件。在本章節(jié)中，我們主要用到了UG軟件的三維建模功能。

4.2焊接件1各零部件的三維建模4.2.1側(cè)板的三維建模過程第一步，通過測繪所得數(shù)據(jù)繪制草圖，如圖4.1。圖4.1側(cè)板草圖第二步，拉伸草圖至側(cè)板厚度，如圖4.2。圖4.2側(cè)板拉伸圖總體建模過程，如圖4.3。圖4.34.2.2墊片的三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得數(shù)據(jù)繪制墊片草圖，如圖4.4。圖4.4墊片草圖第二步，拉伸草圖至墊片厚度20mm，如圖4.5。圖4.5墊片拉伸圖總體建模過程，如圖4.6。圖4.64.2.3上板的三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得數(shù)據(jù)繪制上板的草圖，如圖4.7。圖4.7上板草圖第二步，將草圖拉伸13mm至所需厚度，如圖4.8。圖4.8上板拉伸圖第三步，選擇螺紋命令，打螺紋孔，如圖4.9。圖4.9打螺紋孔總體建模情況如圖4.10圖4.10總體建模情況

4.2.4Han1-1的三維建模過程第一步，根據(jù)測繪數(shù)據(jù)繪制han1-1草圖，如圖4.11。圖4.11han1-1草圖第二步，拉伸草圖至所需尺寸，如圖4.12。圖4.12han1-1拉伸圖han1-1總體建模過程如圖4.13圖4.13han1-1總體建模過程

4.2.5Han1-2三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得尺寸，繪制han1-2草圖，如圖4.14。圖4.14han1-2草圖第二步，選擇腔體命令，打四方孔，如圖4.15。圖4.15打四方孔第三步，選擇倒圓角命令，倒四方孔圓角，如圖4.16。圖4.16倒圓角第四步，選擇草圖命令和布爾運(yùn)算，切去一端三角，如圖4.17圖4.17切去一端三角第五步，選擇倒圓角命令，倒中間圓角，如圖4.18。圖4.18倒圓角總體建模過程如圖4.19圖4.19總體建模過程

4.2.6Han1-3三維建模過程第一步，根據(jù)測繪數(shù)據(jù)繪制han1-3的草圖，如圖4.20。圖4.20han1-3草圖第二步，拉伸草圖至相關(guān)尺寸，如圖4.21。圖4.21han1-3拉伸圖第三步，繪制草圖并利用布爾運(yùn)算命令，切去一端三角，如圖4.22。圖4.22切一端三角第四步，選擇倒圓角命令，倒中間圓角，如圖4.23。圖4.23倒中間圓角總體建模過程如圖4.24圖4.24總體建模過程

4.3焊接件2各零部件的三維建模4.3.1Han2-1三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊長方體命令，建立長方體如圖4.25。圖4.25建立長方體第二步，點(diǎn)擊基準(zhǔn)平面命令，在據(jù)長方體一邊25mm處建立一基準(zhǔn)平面，如圖4.26。圖4.26插入基準(zhǔn)平面第三步，根據(jù)測繪所得數(shù)據(jù)，在長方體上打4個Φ12mm的通孔，如圖4.27圖4.27打Φ12mm通孔整體建模過程如圖4.28。圖4.28整體建模過程

4.3.2Han2-2三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得尺寸繪制草圖，如圖4.29。圖4.29han2-2草圖第二步，將草圖拉伸13mm至所需尺寸，如圖4.30。圖4.30han2-2拉伸圖第三步，點(diǎn)擊基準(zhǔn)平面命令，建立兩基準(zhǔn)平面，如圖4.31。圖4.31建立基準(zhǔn)平面第四步，點(diǎn)擊孔命令，在相應(yīng)位置打Φ16mm的通孔，如圖4.32。圖4.32打Φ16mm的通孔第五步，點(diǎn)擊陣列命令，復(fù)制Φ16mm的通孔到相應(yīng)位置，如圖4.33。圖4.33復(fù)制Φ16mm的通孔第六步，點(diǎn)擊鍵槽命令，在板上打兩個鍵槽通孔，如圖4.34。圖4.34打鍵槽通孔第七步，點(diǎn)擊陣列命令，復(fù)制鍵槽通孔至相應(yīng)位置，如圖4.35。圖4.35復(fù)制鍵槽通孔整體建模過程如圖4.36。圖4.36整體建模過程4.4焊接件3各零部件的三維建模4.4.1Han3-2三維建模過程第一步，點(diǎn)擊長方體命令，創(chuàng)建所需長方體，如圖4.37。圖4.37創(chuàng)建長方體第二步，點(diǎn)擊基準(zhǔn)平面命令，創(chuàng)建基準(zhǔn)平面，如圖4.38。圖4.38創(chuàng)建基準(zhǔn)平面第三步，點(diǎn)擊鍵槽命令，在板上打連個鍵槽通孔，如圖4.39。圖4.39打鍵槽通孔第四步，繪制草圖，并采用布爾運(yùn)算，剪去板上半圓，如圖4.40。圖4.40剪去板上半圓總體建模過程如圖4.41圖4.41總體建模過程4.4.2Han3-3三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得數(shù)據(jù)，繪制草圖，如圖4.42。圖4.42han3-3草圖第二步，點(diǎn)擊拉伸命令，將草圖拉伸13mm，如圖4.43。圖4.43拉伸圖總體建模過程如圖4.44圖4.44總體建模過程

4.4.3Han3-4三維建模過程第一步，點(diǎn)擊長方體命令，創(chuàng)建長方體，如圖4.45。圖4.45創(chuàng)建長方體第二步，點(diǎn)擊基準(zhǔn)平面命令，創(chuàng)建基準(zhǔn)平面，如圖4.46。圖4.46創(chuàng)建基準(zhǔn)平面第三步，點(diǎn)擊孔命令，創(chuàng)建Φ13mm通孔，如圖4.47。圖4.47創(chuàng)建Φ13mm通孔第四步，點(diǎn)擊鏡像命令，以第二步創(chuàng)建的基準(zhǔn)平面為鏡像平面鏡像Φ13mm通孔，如圖4.48。圖4.48鏡像Φ13mm通孔總體創(chuàng)建過程如圖4.49圖4.49總體建模過程

4.4.4Han3-5三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得尺寸，點(diǎn)擊長方體命令，創(chuàng)建長方體，如圖4.50。圖4.50創(chuàng)建長方體第二步，點(diǎn)擊孔命令，在創(chuàng)建的長方體上打兩個Φ14mm通孔，如圖4.51。圖4.51打Φ14mm通孔總體建模過程如圖4.52圖4.52總體建模過程

4.5焊接件4各零部件的三維建模4.5.1Han4-3三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得尺寸繪制草圖，如圖4.53。圖4.53han4-3草圖第二步，點(diǎn)擊拉伸命令，將草圖拉伸至相應(yīng)尺寸，如圖4.54。圖4.54草圖拉伸總體建模過程如圖4.55圖4.55總體建模過程4.5.2Han4-4三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得尺寸，繪制草圖，如圖4.56。圖4.56繪制草圖第二步，拉伸草圖10mm厚，如圖4.57。圖4.57草圖拉伸第三步，點(diǎn)擊孔命令，在板上打Φ240mm通孔，如圖4.58。圖4.58打Φ240mm通孔總體建模過程如圖4.59圖4.59總體建模過程

4.5.3Han4-5三維建模過程第一步，點(diǎn)擊長方體命令，創(chuàng)建長方體，如圖4.60。圖4.60創(chuàng)建長方體第二步，點(diǎn)擊基準(zhǔn)平面命令，創(chuàng)建2個基準(zhǔn)平面，如圖4.61。圖4.61創(chuàng)建2個基準(zhǔn)平面第三步，點(diǎn)擊鍵槽命令，創(chuàng)建鍵槽，如圖4.62。圖4.62創(chuàng)建鍵槽第四步，點(diǎn)擊孔命令，打Φ6mm通孔，如圖4.63。圖4.63打Φ6mm通孔第五步，點(diǎn)擊螺紋命令，對第四步的孔進(jìn)行攻螺紋，如圖4.64。圖4.64攻螺紋第六步，選擇鏡像命令，對螺紋孔進(jìn)行鏡像，如圖4.65。圖4.65鏡像螺紋孔總體建模過程如圖4.66圖4.66總體建模過程

4.5.4Han4-6三維建模過程第一步，點(diǎn)擊圓柱命令，創(chuàng)建圓柱體，如圖4.67。圖4.67創(chuàng)建圓柱體第二步，點(diǎn)擊基準(zhǔn)平面命令，創(chuàng)建基準(zhǔn)平面，如圖4.68。圖4.68創(chuàng)建基準(zhǔn)平面第三步，點(diǎn)擊孔命令，打Φ16.5mm孔，如圖4.69。圖4.69打Φ16.5mm孔第四步，點(diǎn)擊螺紋命令，對Φ16.5mm孔攻螺紋，如圖4.70。圖4.70攻螺紋第五步，點(diǎn)擊孔命令，對圓柱體打階梯孔，如圖4.71。圖4.71打階梯孔第六步，點(diǎn)擊環(huán)形陣列命令，對Φ18mm螺紋孔做陣列，如圖4.72圖4.72陣列螺紋孔總體建模過程如圖4.73圖4.73總體建模過程

4.6焊接件6各零部件的三維建模在焊接件6的建模過程中，由于有幾個零件是與焊接件4的零部件完全相同的，所以在此不再陳述相同零部件的三維建模過程，僅將不同的零部件的三維建模過程敘述如下：4.6.1Han6-3的三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得尺寸，繪制草圖，如圖4.74。圖4.74繪制草圖第二步，拉伸草圖至10mm厚，如圖4.75。圖4.75拉伸草圖整體建模過程如圖4.76。圖4.76整體建模過程

4.6.2Han6-4的三維建模過程第一步，根據(jù)測繪所得尺寸，繪制草圖，如圖4.77。圖4.77繪制草圖第二步，拉伸草圖至10mm厚，如圖4.78。圖4.78拉伸草圖第三步，點(diǎn)擊孔命令，打Φ240mm通孔，如圖4.79。圖4.79打Φ240mm通孔總體建模過程如圖4.80圖4.80總體建模過程

第5章車架總成的裝配5.1裝配說明在本章節(jié)中我們主要應(yīng)用了UG的裝配功能，UG的裝配功能包括構(gòu)建部件裝配的工具?；赪EVE技術(shù)，能夠建立局部的部件間關(guān)系。提供了并行、自上而下和自下而上的場頻開發(fā)方法。在進(jìn)行部件的裝配之前首先要建立一個空的文件，然后按照并行、自上而下或自下而上等方法逐步添加零部件，并選擇合適的配合方式，使各零部件之間建立位置關(guān)系，最終形成總的裝配部件，可供選擇的配合方式有面對面、平行、配對等。5.2焊接件1的裝配第一步，新建空文件，添加上板為絕對部件，如圖5.1。圖5.1添加上板第二步，添加部件han1-4，確定定位方式，如圖5.2。圖5.2添加部件han1-4第三步，添加部件han1-3，確定定位方式，如圖5.3。圖5.3添加部件han1-3第四步，添加部件han1-2，確定定位方式，如圖5.4。圖5.4添加部件han1-2第五步，添加部件側(cè)板，確定定位方式，如圖5.5。圖5.5添加部件側(cè)板第六步，添加部件han1-1，確定定位方式，如圖5.6。圖5.6添加部件han1-1焊接件1的總裝配圖如圖5.7。圖5.7焊接件1裝配圖焊接件1的BOM清單如表5.1。表5.1Han1BOM清單序號部件名稱編號材料用量尺寸備注han12A焊接件1件1上板2A16Mn鋼板0.175㎡0.777*0.225*δ131件2han1-12A16Mn鋼板0.022㎡0.73*0.030*δ131件3側(cè)板2A16Mn鋼板0.011㎡0.165*0.065*δ132件4han1-32A16Mn鋼板0.02㎡1件5han1-42A16Mn鋼板0.022㎡0.335*0.065*δ13無圖1件6han1-22A16Mn鋼板0.03㎡1件

5.3焊接件2的裝配第一步，新建空文檔，添加部件han2-1為絕對部件，如圖5.8。圖5.8添加部件han2-1第二步，添加部件han2-2，確定定位方式，如圖5.9。圖5.9添加部件han2-2焊接件2的裝配圖如圖5.10。圖5.10焊接件2裝配圖焊接件2的BOM清單如表5.2。表5.2han2BOM清單序號部件名稱編號材料用量尺寸備注han22A焊接件1件1han2-12A16Mn鋼板0.064㎡0.97*0.065*δ131件2han2-22A16Mn鋼板0.269㎡0.942*0.285*δ131件

5.4焊接件3的裝配第一步，建立空文件，添加部件han3-1為絕對部件，如圖5.11。圖5.11添加部件han3-1第二步，添加部件han3-1，確定定位尺寸，如圖5.12。圖5.12添加部件han3-1第三步，添加部件han3-3，確定定位尺寸，如圖5.13。圖5.13添加部件han3-3第四步，添加部件han3-4，確定定位尺寸，如圖5.14。圖5.14添加部件han3-4第五步，添加部件han3-3，確定定位尺寸，如圖5.15。圖5.15添加部件han3-3第六步，添加部件han3-5，確定定位尺寸，如圖5.16。圖5.16添加部件han3-5第七步，添加部件han3-2，確定定位尺寸，如圖5.17。圖5.17添加部件han3-2焊接件3的裝配圖如圖5.18圖5.18焊接件3裝配圖焊接件3原料BOM清單見表5.3。表5.3Han3BOM清單序號部件名稱編號材料用量尺寸備注han32A焊接件1件1han3-22A16Mn鋼板0.118㎡0.728*0.162*δ131件2han3-12A16Mn鋼板0.059㎡0.728*0.08*δ13無圖2件3han3-52A16Mn鋼板0.0128㎡0.16*0.08*δ131件4han3-32A16Mn鋼板0.017㎡0.19*0.088*δ132件5han3-42A16Mn鋼板0.039㎡0.19*0.205*δ131件

5.5焊接件4的裝配第一步，建立空文件，添加han4-3為絕對部件，如圖5.19。圖5.19添加部件han4-3第二步，添加部件han4-1，確定定位條件，如圖5.20。圖5.20添加部件han4-1第三步，添加部件han4-2，確定定位條件，如圖5.21。圖5.21添加部件han4-2第四步，添加部件han4-4，確定定位條件，如圖5.22。圖5.22添加部件han4-4第五步，添加部件han4-5，確定定位條件，如圖5.23。圖5.23添加部件han4-5第六步，添加部件han4-6，確定定位條件，如圖5.24。圖5.24添加部件han4-6焊接件4裝配圖如圖5.25。圖5.25焊接件4裝配圖焊接件4的BOM清單如表5.4表5.4Han4BOM清單序號部件名稱編號材料用量尺寸備注han42A焊接件1件1han4-12A16Mn鋼板0.0702㎡0.18*0.39*δ20無圖1件2han4-42A16Mn鋼板0.217㎡0.7*0.31*δ201件3han4-22A16Mn鋼板0.0405㎡0.18*0.225*δ20無圖1件4han4-62A16Mn1件5han4-52A16Mn鋼板0.0783㎡0.18*0.435*δ201件6han4-32A16Mn鋼板0.217㎡0.7*0.31*δ201件

5.6焊接件6的裝配焊接件6的裝配過程與焊接件4的裝配過程完全相同，所以在本節(jié)中不再贅述，僅將焊接件6的總體裝配圖提供如圖5.26，BOM清單如表5.5。圖5.26焊接件6裝配圖序號部件名稱編號材料用量尺寸備注han62A焊接件1件1han4-12A16Mn鋼板0.864㎡0.18*0.39*δ20無圖1件2han6-42A16Mn鋼板0.217㎡0.7*0.31*δ201件3han6-22A16Mn鋼板0.864㎡0.18*0.48*δ20無圖1件4han4-62A16Mn1件5han4-52A16Mn鋼板0.0783㎡0.18*0.435*δ201件6han6-32A16Mn鋼板0.217㎡0.7*0.31*δ201件表5.5Han6BOM清單

5.7車架總成的裝配由于車架總成中各零部件相對較多，且總體裝配原則與焊接件1到焊接件4的裝配原則相同，所以在本節(jié)中不再贅述，僅將車架總成圖提供如圖5.27，BOM清單如表5.6圖5.27車架總成圖表5.6車架BOM清單序號部件名稱編號材料用量尺寸備注車架總成2A裝配圖1件1Han22A焊接件1件2Han42A焊接件1件3Han62A焊接件1件4左側(cè)總成焊接件1件5右側(cè)總成焊接件1件6Han12A焊接件1件7Han32A焊接件1件8Fanggang216Mn1件9Han7焊接件1件10Han8焊接件1件

第6章車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與分析6.1現(xiàn)有車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化在滿足功能要求的基礎(chǔ)上，為降低生產(chǎn)成本，結(jié)合機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，對現(xiàn)有車架的部分結(jié)構(gòu)作優(yōu)化如下：1．在圖6.1中①處加加強(qiáng)筋圖6.1車架總成在現(xiàn)場測繪的過程中，我們發(fā)現(xiàn)安裝座①被壓彎，可見其承受力太大，而本身其強(qiáng)度不夠，做一應(yīng)加加強(qiáng)筋。2．將圖6.2中②處圓角改為直角圖6.2車架總成為便于機(jī)械加工，可將圖6.2中②處改為直角。3．將圖6.2中③處安裝座增加外凸圓為便于定位，應(yīng)將圖圖6.2中③處安裝座增加外凸圓，凸圓高度與方鋼厚度相同，直徑與方鋼圓孔直徑相同，并插入方鋼圓孔內(nèi)，在定位焊接牢固后，再對安裝座進(jìn)行精加工。

6.2汽車車架支座及焊接接頭的有限元分析前言汽車車架承受著來自路面和裝載的各種載荷作用，是一個承受復(fù)雜空間力系的框架結(jié)構(gòu)。為了使車架上的部件能夠正常發(fā)揮作用，車架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和合適的剛度。在汽車實(shí)際行駛中，車架上某些焊接部位常常發(fā)生開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響汽車行駛的安全性，因此對汽車車架上重要焊接接頭進(jìn)行有限元分析是汽車設(shè)計(jì)的必要步驟。有限元法是一種有效的數(shù)值計(jì)算方法，它用一個離散結(jié)構(gòu)來代替原結(jié)構(gòu)，建立真實(shí)結(jié)構(gòu)的近似模型，能對幾何形狀不規(guī)則、載荷和支撐情況復(fù)雜的各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)變計(jì)算和應(yīng)力分析，在汽車行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，其計(jì)算結(jié)果得到了認(rèn)可。對汽車車架進(jìn)行有限元分析也是汽車自主設(shè)計(jì)制造的必須步驟。焊接接頭是由焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)(HAZ)和母材組成的不均勻體。焊接接頭的整體強(qiáng)度與母材和焊縫之間的力學(xué)匹配有關(guān)，且匹配類型對焊接接頭的疲勞壽命也有影響。研究不同匹配焊接接頭受載時的應(yīng)力應(yīng)變，對于提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、防止斷裂事故發(fā)生有重要意義。本節(jié)次通過車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，特別計(jì)算了車身第三支架受靜載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變場，找出了此焊接部件的薄弱位置以及焊縫強(qiáng)度對焊接接頭應(yīng)力應(yīng)變分布的影響。1模型的建立1．1有限元模型現(xiàn)有車架整體模型如圖6.12所示，該車架由兩根縱梁和六根橫梁焊接而成，構(gòu)成承載部件的整體。車架全長4098mm，寬度l070mm。其中5個車身支架承受裝載、車身、駕駛員等重量，其焊接接頭是關(guān)系到汽車安全行駛的重要部位，本文選取汽車車身第三支架進(jìn)行有限元分析，即從車架前端數(shù)左側(cè)第3個支架(見圖6.3)，其計(jì)算模型如圖6.4所示。圖6.3車架整體模型圖6.4車身第三支架計(jì)算模型支架計(jì)算模型由三部分組成：車身支架、支架保持座和車架縱梁。縱梁與車身支架之間通過焊縫連接，在車身支架左右兩側(cè)各有一條焊縫，車身支架上面與縱梁連接的上下方各有一條焊縫。計(jì)算前分別根據(jù)實(shí)測尺寸，利用繪圖軟件建立三部分的實(shí)體模型，導(dǎo)人計(jì)算軟件完成有限元模型定義。車身支架保持座與支架的連接對本研究計(jì)算分析沒有影響，故將其處理為一個整體。左右兩側(cè)焊縫對稱，焊縫長度82mm，焊腳尺寸6mmx3mm。上、下部焊縫長度均為64mm，焊腳尺寸3.5mmx3.5mm。考慮到上部焊縫與縱梁連接一側(cè)存在咬邊的情況，此時設(shè)上部焊縫表面咬邊寬度0.75mm、深度1.5mm、長度20mm。劃分網(wǎng)格時，縱梁和焊縫采用8節(jié)點(diǎn)的六面體單元，由于車身支架和支架保持座形狀復(fù)雜，故此處采用10節(jié)點(diǎn)的四面體單元，模型規(guī)模47825個單元、28920個節(jié)點(diǎn)，存在咬邊的情況下上部焊縫也采用10節(jié)點(diǎn)的六面體單元，模型規(guī)模為84204個單元、49598個節(jié)點(diǎn)。1．2邊界條件和載荷對汽車車身第三支架進(jìn)行靜載分析，故在車架縱梁兩端的“回形面”施加了“固定”的邊界條件，約束了模型沿X、Y、Z三軸三個方向的平動自由度和繞X、Y、Z軸的三個轉(zhuǎn)動自由度，見圖6.4中縱梁兩端“花簇”。將車身自重和裝載重量簡化為均布壓力載荷作用在車身支架保持座上表面。根據(jù)汽車制造廠家提供資料，此型號礦用車車架的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表6.1所示。表6.1計(jì)算車型質(zhì)量目標(biāo)kg由于此車型車架共有5個車身支架，它們共同承載著車身、駕駛員和載荷的質(zhì)量。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，靜載計(jì)算時，車身第三支架選取載荷為8000N應(yīng)能滿足車架靜載服役要求，也將其作為本研究的計(jì)算載荷。1．3材料數(shù)據(jù)計(jì)算車架縱梁和車身支架材料均為16Mn，計(jì)算所需材料數(shù)據(jù)為：彈性模量212x103MPa；泊松比0.31；屈服強(qiáng)度350MPa。對于材料的彈塑性階段，采用工程中常用的冪硬化關(guān)系表征材料的硬化曲線，其單軸應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式為（6.1）式中分別為材料的真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變；分別為材料的屈服應(yīng)力和屈服應(yīng)變；為冪硬化系數(shù)；n為冪硬化指數(shù)。對于符合冪硬化規(guī)律的材料，凡的高低表征了材料在發(fā)生頸縮前依靠硬化使材料均勻變形能力的大小，在本文中材料的硬化指數(shù)n由經(jīng)驗(yàn)公式估算（6.2）式中k為常數(shù)，在此k=0.12。通常用焊縫金屬屈服強(qiáng)度與母材金屬屈服強(qiáng)度的比值M表示焊縫強(qiáng)度匹配，即（6.3）式中M為強(qiáng)度匹配因子；分別為焊縫金屬與母材金屬的屈服強(qiáng)度。目前在制造焊接結(jié)構(gòu)時，對焊材的選擇有如下三種原則：焊縫低匹配(M<1)、焊縫等匹配(M=1)和焊縫高匹配(M>1)?？紤]到M=0.8，1.0，根據(jù)式(6.1)和式(6.2)計(jì)算出三種匹配類型的焊接接頭材料性能數(shù)據(jù)如表6.2所示。表6.2不同強(qiáng)度匹配的材料性能2結(jié)果與討論2．1汽車車架支座應(yīng)力應(yīng)變分析對上述有限元模型按焊接接頭強(qiáng)度等匹配進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)載荷為8000N時，支架的應(yīng)力分布如圖6.5所示。圖6.5車身第三支架應(yīng)力分布計(jì)算得到的最大應(yīng)力發(fā)生在縱梁與車身支架連接的上部焊接接頭，實(shí)際上此處也確實(shí)是汽車行駛中最容易發(fā)生開裂的危險(xiǎn)部位。同時車身支架前端、左右兩側(cè)焊縫下端、車身支架肋部應(yīng)力也較大。原因是由于車身支架保持座上表面受壓力作用，所以上部焊接接頭應(yīng)該是受拉應(yīng)力的主要部位，因此縱梁與車身支架連接的上部焊縫處應(yīng)力較大，而且為拉應(yīng)力；在車身支架保持座上表面承受壓力作用時，車身支架兩側(cè)下端壓緊縱梁，在它們之間必然存在壓應(yīng)力，所以與車身支架連接的左右側(cè)焊縫下端應(yīng)力較大；由于車身支架上表面受壓力作用，其與縱梁接觸一側(cè)通過焊縫固定，車身支架前端懸空，故車身支架肋部起主要支撐作用，所以車身支架前端和車身支架肋部應(yīng)力也較大。在8000N載荷作用下，焊縫強(qiáng)度低匹配與焊縫強(qiáng)度高匹配的計(jì)算結(jié)果和焊縫強(qiáng)度等匹配的計(jì)算結(jié)果相似。三種匹配情況下，焊接接頭的等效塑性應(yīng)變都為零，表明此時整個部件處于彈性階段，說明受靜載荷作用時，此車型汽車車身第三支架能夠保證安全服役。2．2汽車車架支座上部焊接接頭分析如前所述，當(dāng)在車身支架保持座上表面施加8000N載荷時，這個焊接結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段且車身支架與縱梁連接的上部焊接接頭處應(yīng)力最大。然而在汽車實(shí)際行駛中，由于路面不平等因素，作用在車身支架保持座上表面載荷可能瞬時過大，導(dǎo)致此結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大部位發(fā)生局部塑性變形?？紤]車身支架與縱梁連接的上部焊接接頭存在咬邊的情況，發(fā)生塑性變形時焊縫強(qiáng)度對此處應(yīng)變分布的影響，取載荷30000N、焊縫強(qiáng)度等進(jìn)行匹配，垂直焊接接頭長度方向中間截面的計(jì)算結(jié)果如圖6.6、圖6.7所示。圖6.6焊接接頭成形完好時等效塑性應(yīng)變分布圖6.7存在咬邊時等效塑性應(yīng)變分布計(jì)算結(jié)果表明，焊接質(zhì)量完好的焊接接頭應(yīng)力集中處已形成較大塑性應(yīng)變區(qū)；存在咬邊的情況下，在咬邊尖端形成了很大的塑性應(yīng)變區(qū)，其余部位塑性應(yīng)變區(qū)相對縮小，原因是在咬邊尖端存在應(yīng)力集中。焊縫強(qiáng)度低匹配和焊縫強(qiáng)度高匹配時，上部焊接接頭處等效塑性應(yīng)變分布相似，塑性應(yīng)變范圍都隨著強(qiáng)度匹配因子的增大而減小，如圖6.8、圖/r/