D01:10.13374.ism1001053x.2007.07.位1 第29卷第7期 北京科技大学学报 Vol.29 No.7 2007年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing JuL 2007 SGA92150型半挂车车架的结构设计与 强度和刚度分析 张国芬)张文明) 孙玉亮) 董翠燕2) 1)北京科技大学土木与环境工程学院北京100032)北京首钢重型汽车制造厂，北京100043 摘要对SGA92150型半挂车车架的总体布置、纵梁、横梁，纵梁与横梁的连接等进行了设计.利用有限元软件Asys Workbench对车架进行应力和变形计算，利用Matb软件采用传统方法对纵梁进行受力分析和应力计算.结果表明车架强度 和刚度均满足要求. 关键词半挂车：车架：结构设计：强度分析：刚度分析：有限元法实体单元 分类号TD402:U469.5+3:U463.32 SGA92150型半挂车是笔者设计、北京首钢重 鹅颈式.为了具有足够的强度和刚度，所设计车架 型汽车制造厂2005年生产的重型运输车辆，它是迄 材料选用16Mn钢板，采用焊接式结构. 今为止国内载重量最大的半挂车，具有以下四大特 1.1总体布置 点：(1)属非公路平板运输车，适用于露天矿山运输 SGA92150型半挂车车架总体布置如图1所 大型设备，工作条件恶劣：(2)载重量大，额定载重 示，这里总体布置的几个总成是按照焊接次序分层 质量150t:(3)半挂车车架纵梁长(23m),支点跨距 的，牵引销座属于前部鹅颈总成，轮轴座属于后部轮 大(188m),货箱面积大(17mX6m):(4)半挂车车 轴座总成，牵引车通过牵引销与车架的牵引销座相 架采用变截面梁，质量轻（总质量31）.因而，半挂 连，车轮通过轮轴与车架轮轴座相连，在后面车架的 车车架的设计与普通车辆不同，需要考虑每部分应 强度和刚度计算中这两个位置是约束点.本车架纵 力和变形.而且尽可能减轻自身重量. 梁共有2根、横梁共有19根. 由于车架结构复杂，用经典力学方法分析其强 B-B 12 109 度和刚度不可能得到精确的结果.有限元法以离 13 IA可 散、逼近的灵活算法广泛地运用于结构强度和刚度 A向 分析，己成为一种常用的效果最好的结构强度和刚 度分析方法！.本文先利用有限元法计算车架的应 力和变形，然后用传统方法进行受力分析和应力计 算，并与实际使用情况对比分析车架的强度和刚度. 1 结构设计 1一前部鹅颈总成：2一前部横粱总成：3一纵梁总成：4一加强板： 5一后部轮轴座总成：6一后部横梁总成：7一尾座总成：8一尾部支 半挂车车架按纵梁形式.可分为平板式、鹅颈式 撑板：9一后部支撑板：10一轮轴座：11一前部支撑板：12一上盖 (阶梯式和凹梁式（桥式）冈.平板式承载面大、强 板：13一牵引销座 图1SG492150型半挂车车架总体布置图 度高，但车架重心高，对道路要求高：凹梁式车架重 Fig.I Layout sketch of SGA92150 semi-trailer's frame 心低，但需要一套起吊设备把物件放到半挂车上，所 以成本较高：鹅颈式具有两者的优点.可以兼顾重心 1.2纵梁 和道路两方面的要求. 纵梁是车架的主要承载部件，在半挂车行驶中 因为车架在矿山上运行，道路标准低，所以采用 受弯曲应力.为了满足半挂车非公路运输、道路条 件差等使用性能的要求，纵梁采用具有很好抗弯性 收稿日期：2006-02-12修回日期：2006-0912 能的箱形结构，纵梁断面如图2所示.上盖板是一 作者简介：张国芬(1975一），女，博士研究生：张文明(1955一），男， 块覆盖整个车架的大板，图中只截取一部分.为了 教授.博士生导师SGA92150 型半挂车车架的结构设计与 强度和刚度分析 张国芬 1) 张文明 1) 孙玉亮 1) 董翠燕 2) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 2) 北京首钢重型汽车制造厂, 北京 100043 摘 要 对 SGA92150 型半挂车车架的总体布置、纵梁、横梁、纵梁与横梁的连接等进行了设计.利用有限元软件 Ansys Workbench 对车架进行应力和变形计算, 利用 Matlab 软件采用传统方法对纵梁进行受力分析和应力计算.结果表明车架强度 和刚度均满足要求. 关键词 半挂车;车架;结构设计;强度分析;刚度分析;有限元法;实体单元 分类号 TD402 ;U 469.5 +3 ;U 463.32 收稿日期:2006-02-12 修回日期:2006-09-12 作者简介:张国芬( 1975—) , 女, 博士研究生;张文明( 1955—) , 男, 教授, 博士生导师 SGA92150 型半挂车是笔者设计、北京首钢重 型汽车制造厂 2005 年生产的重型运输车辆, 它是迄 今为止国内载重量最大的半挂车, 具有以下四大特 点:( 1) 属非公路平板运输车, 适用于露天矿山运输 大型设备, 工作条件恶劣;( 2) 载重量大, 额定载重 质量 150 t ;( 3) 半挂车车架纵梁长( 23 m) , 支点跨距 大( 18.8 m) , 货箱面积大( 17 m ×6 m) ;( 4) 半挂车车 架采用变截面梁, 质量轻( 总质量 31 t) .因而, 半挂 车车架的设计与普通车辆不同, 需要考虑每部分应 力和变形, 而且尽可能减轻自身重量. 由于车架结构复杂, 用经典力学方法分析其强 度和刚度不可能得到精确的结果 .有限元法以离 散、逼近的灵活算法广泛地运用于结构强度和刚度 分析, 已成为一种常用的效果最好的结构强度和刚 度分析方法[ 1] .本文先利用有限元法计算车架的应 力和变形, 然后用传统方法进行受力分析和应力计 算, 并与实际使用情况对比分析车架的强度和刚度 . 1 结构设计 半挂车车架按纵梁形式, 可分为平板式、鹅颈式 ( 阶梯式) 和凹梁式( 桥式) [ 2] .平板式承载面大 、强 度高, 但车架重心高, 对道路要求高 ;凹梁式车架重 心低, 但需要一套起吊设备把物件放到半挂车上, 所 以成本较高;鹅颈式具有两者的优点, 可以兼顾重心 和道路两方面的要求 . 因为车架在矿山上运行, 道路标准低, 所以采用 鹅颈式.为了具有足够的强度和刚度, 所设计车架 材料选用 16M n 钢板, 采用焊接式结构. 1.1 总体布置 SGA92150 型半挂车车架总体布置如图 1 所 示, 这里总体布置的几个总成是按照焊接次序分层 的, 牵引销座属于前部鹅颈总成, 轮轴座属于后部轮 轴座总成, 牵引车通过牵引销与车架的牵引销座相 连, 车轮通过轮轴与车架轮轴座相连, 在后面车架的 强度和刚度计算中这两个位置是约束点.本车架纵 梁共有 2 根 、横梁共有 19 根 . 1—前部鹅颈总成;2—前部横梁总成;3—纵梁总成;4—加强板; 5—后部轮轴座总成;6—后部横梁总成;7—尾座总成;8—尾部支 撑板;9—后部支撑板;10—轮轴座;11—前部支撑板;12—上盖 板;13—牵引销座 图 1 SGA92150 型半挂车车架总体布置图 Fig.1 Layout sketch of SGA92150 semi-trailer' s frame 1.2 纵梁 纵梁是车架的主要承载部件, 在半挂车行驶中 受弯曲应力.为了满足半挂车非公路运输、道路条 件差等使用性能的要求, 纵梁采用具有很好抗弯性 能的箱形结构, 纵梁断面如图 2 所示.上盖板是一 块覆盖整个车架的大板, 图中只截取一部分 .为了 第 29 卷 第 7 期 2007 年 7 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .29 No.7 Jul.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.07.021