散装水泥半挂运输车车架建模及有限元分析毕业论文(编辑修改稿)

散装水泥半挂运输车车架建模及有限元分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

世纪 90 年代之后已经进入了中国的千家万户， 这为我们应用笔记本解决工程问题提供了支持， 计算机硬件不断改变的同时软 件也有了长足的发展。 第一代软件是用机器语言编写的，机器语言采用的都是二进制，只有专业人员可以编写程序，使得计算机得不到推广使用。 第二代软 件中使用的 是高级语言 ，它的指令形式跟 自然语言和数学 比较类似 ， 因此 在学习、编程和 可读性 方面都有改进，但是高级语言的执行必须先变为机器语言，因此高级语言不但运行效率不高，所占用的软硬件资源还大。 随着软件数量急剧膨胀出现了很多严重问题，主要表现在维护工作上 ， 软件以令人惊讶的比例消耗资源并酿成了软件危机。 因此， 1968 年 在德国召开国际会议分析研究了 软件危机问题，提出“软件工程”这个概念。 这次的会议极大 促进了软件的发展。 再后来比较重大的事件是万维网 技术的攻克，使得人机可以更加有效的互动 ，技术人员可在网上找到相应的资料。 现代汽车发展要求 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 6 现代汽车的要求与设计之初有着很大的区别，汽车作为一个成熟的产品正在全国各地奔驰，可能是华北的平原地区，也可能是东北的严寒地区，可能是海南的赤道炎热地区，也可能是西藏的山区地区等等，不同的工作坏境意味着看中的性能不大一样，这是产品细分的原则，也是汽车产品逐步 特种化的一个体现，思考每一种工况下汽车的合理设计是我们这些研发人员的工作。 另外一个比较重要的问题是，全球现在资源紧张，污染严重，很多城市严重的雾霾是由于汽车尾气的大量排放导致的。 这就对汽车的设计提出了新的要求，汽车的质量应当越来越轻，不断地向轻量化发展，但是汽车的刚度和强度也不能下降，这就是一个挑战，计算机的发展为我们解决这个问题提供了一个契机， UG,CAD,CAE, hypermesh,ADAMS 等等软件的发展使得我们可以更好地模拟实际的工况，更加全面的把握问题的所在， 节约了时间的同时，还提高了产品的质量。 计算机技术与汽车技术的结合，相信可以大幅的提高产品的经济性和使用 性，满足包括水泥行业在内的各种行业的需求，这也是我们持续努力的方向。 二、 散装水泥 半挂 运输 车 散装水泥 半挂车的基本介绍 半挂车的基本结构 半挂车是指将车抽（单轴或多轴）置于车辆质心（均匀载荷时）后面，并且具有可将水平力和垂直力传递给牵引车的牵引连接装置的被牵引车辆。 半挂汽车是 由牵引车和半挂车两 大 部分组成 , 牵引车是由整车厂制造 , 半挂车则由 专业汽车改装厂 改装 生产。 总体尺寸进行布置组成梁格式的框架结构 ,基本结构一般还有：牵引销，牵引座，支撑装置，纵梁，车轮，悬架，制动系统，横梁。 半挂车的分类 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 7 全部半挂车可详细分为以下几种：平板半挂车，栏板半挂车，车辆运输半挂车，液体罐式半挂车，气体罐式半挂车，粉粒物料罐式半挂车，半挂工程车， 集装箱半挂车，仓栅式半挂车，自卸半挂车，厢式半挂车，其它半挂车。 散装水泥半挂运输车属于粉粒物料罐式半挂车，上户吨位 10 吨到 35 吨不等，长度一般不超过 15 米，轴数一根到三根不等。 可参考图片： 散装水泥汽车有三种 ： 1．重力卸灰汽车：散装水泥汽车的鼻祖。 基本构成：自卸汽车加上货厢顶盖组成。 基本原理：水泥在卸货时，货厢倾起由于重力的缘故会自动卸出。 不足是水泥卸的位置必须低于车厢，水泥飞扬比较严重。 2. 机械卸灰汽车：最大特色在于：在汽车上的安装螺旋输送机，可以通过调节螺旋输送机的位置，调节水泥卸载的高度，水泥飞扬也很少，解决了重力卸灰车的问题，但卸灰机件的磨损十分严重。 3. 气力卸灰汽车：现在主流的水泥车，最大载重量可达百吨级，货厢多为罐式，立置或斜卧在汽车车架上。 加灰时可以通过罐上部的一个或多个加灰口。 基本原理：利用空气压缩机卸灰，从 罐底进入 的压缩空气 ， 先是 经 过透气层，然后分成细流 充入水泥 ，最后形成均匀的 水泥 与空气的 混合物 ,由于容器内外不同的压差，水泥可以沿着卸料管流出。 优点是：卸灰快，水泥飞扬少，受高度和距离的限制极小，不受风雨天的影响。 图 21 散装水泥半挂运输车 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 8 散装水泥 半挂 运输 车的工作原理 工作时，半挂车车架下端的牵引销 通过 与牵引车的牵引座 相互 配合 来 牵引半挂车行驶，并在转向时完成牵引车和半挂车之间的相互转动。 载荷通过牵引销座和悬架系统分配到牵引车和半挂车车轮，当脱离牵引车时，半挂车前部由支撑装置支撑。 半挂车制动通过制动系统与牵引车连同，达到二者同时制动 [24]。 半挂式散装水泥车的特殊之处在于罐体，罐体内部由滑料板、筛形板、气舱和 料舱组成 ,水泥从罐体上部入灰 口装入料舱 ，在卸水泥 时 ,不断 向气舱内 部 充压 ,高压气体使水泥在气流的压力下呈半流体状流到工作场所。 主要 的 工况为水泥的自重载荷、卸载时气压和水泥自重的共同作用以及运输时的惯性载荷 [14]。 半 挂车车架 2, 车架的基本构成 半挂车车架通常采用两根纵梁、两根边梁和若干横梁按车架 [5]。 其中车架主要是由 纵梁和横梁组成。 半挂车的车架主要有：平板式，鹅颈式和凹梁式三种。 平板式车架具有平直的货台，位于 车轮之 上，可以充分利用牵引车和半挂车的牵引部分的以上空间 ，因此货台面积较大，这种车架结构 优势在于 比较简单，制造容易，多用于超重型挂车。 鹅颈式车架亦称阶梯式，车架虽然呈阶梯形，货台平面在鹅颈之后，从而使货台主平面降低，便于货物的装卸和运输，但是车架的受力情况不如平板式车架好。 凹梁式车架其货台呈凹形，具有最低的承载平面，一般适用于运输大型或超高的设备。 散装水 泥车一般采取第二种方式。 汽车车架作为汽车总成的一部分， 道路 以及各种载荷很多都作用在车架上，尤为指出的是汽车车架是很多重要部件的载体，其性能与整车性能直接相关，所以车架的强度刚度是汽车总体设计中十分关键的一环。 有限元发展 在车架方面的应用 车架是半挂车的主要承载部件 , 承受复杂的空间力系作用 ,需要进行有限元分析 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 9 确保车架 有足够的 抗弯 强度 和抗扭强度。 车架 支撑着发动机 ,离合器 等部件 ，各种部件都将力或者力矩传递给车架 ，其可靠性关系到整车能否 能够正常行驶以及汽车 的安全性 能 .过去汽车移函数选取合理 ,不断缩小范围，求得近似解 ,这种方法不仅费用大 ,试制周期长 ,多种方案之间也不利于评价和比较。 对车辆轻量化和降低 成本的要求越来越高， ，随着计算机技术的发展，现普遍将有限元法应用到车架强度的计算中 .实践证明 ,有限元分析 是一种有效技术有段，有限元分析技术与汽车主要技术的各个方面都有结合，主要有以下方面： 、刚度和模态分析及结构优化设计 的有限元分析 和 安全性 的 分析 本次课设中主要涉及的是第一方面，车身作为主要的承载部件，其刚度和强度极为重要，必须有足够的疲劳强度，有限元分析可以满足要求的同时，缩短了研发周期，节约了成本，可以在较短的时间内得出多种方案，有利于比较，实现结构的优化。 三、 散装水泥半挂运输车 车架的建模 UG 软件的介绍 UG 软件的发展及在我国的应用 UG 是 Siemens 出品的一个产品工程解决方案 ，它的出现使得 工程设计人员的工作量 大幅减少。 McDonnell Douglas Automation 公司 于 1960 年 正式 成立。 1976 年，该公司 收购 United Computer 公司 ， Unigraphics 雏形产品问世。 后来逐渐进入市场，开始为波音公司提供 CAD,CAE,CAM 的标准，后来又可以实体建模，曲线建模 ，装配等等。 2020 年推出了 UG NX ，继承了 UG18 的优点的同时，使得功能更加强大，更加完美。 2020 年推出的 ，具有崭新的体系，使得开发和应用更加的简单明快。 本次毕设采用的是 ，具有有限元的分析功能，但考虑到这方面 Hypermesh 一直做得最好，在本次毕设中便 没有采用。 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 10 Unigraphics 软件是世界上顶尖的设计、工程及制造系统于一体的软件 ,并 在 80年代后期 开始 引进我国 , 广泛的应用 在 航空航天、汽 车、通用机械、模具等领域。 以我国发表的关于 UG 论文的数量而论，我国关于 UG 的论文研究最早发布于 1992 年。 近些年来 ,关于 UG 研究论 文不断增加，越来越多。 其中 , 1992 2020 年这 9 年是起步时期 ,每年发表的论文数 不足一百。 2020 2020 年的这段时间属于发展期 ,每年发表的论 文数量都超过三位数。 2020 年后的 高潮期 ,每年发表的论文都达到 500 篇左右 ,短短的 3 年共发表论文 1 515 篇 ,占论文总数的 %。 这些数据表明 UG 在国内 应用更加普及，还说明 很多企业、科研机 ，学校已经认识到 ug 的重要性，投入的研究也越来越大。 UG 软件基本功能的介绍 经过 50 余 年的 不断发展 完善， UG 的各方面能得到不断地修正与加强，目前主要有以下方面： 工业设计 ：解决 工业 设计与 风格 的问题，在此板块下，可利用渲染和可视化工具尽可能的满足审美要求。 产品设计： NX 的 机械设计和制图功能 十分强大 ， 在制造设计的过程中具有 高性能和灵活性， 可以满足 复杂产品的需要 ，适应不同的客户。 NC 加工 ： UG NX 加工基础模块 是 UG 所有 的 加工模块 连接 的 一个 基础框架，它为UG NX 所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境。 模具设计 ： 关键是做好分模工作， UG 在这方面做得非常好，因此广泛的流行。 此次毕设中主要应用到的是实体建模和相关的组装，可参考以下图形： 图 31 UG 装配过程一 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 11 车架 建模 车架零部件 三维模型 利用 UG 软件来建立各个部件的三维空间图，这些部件主要包括：纵梁腹板、前边梁、牵引板支撑、横梁、后边梁、牵引销板、上翼板、下翼板。 这些部件都是利用UG 软件中的草图，实体，拉伸 等特征或特征操作生成的。 纵梁腹板 结构如图所示： 图 32 UG 装配过程二 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 12 该腹板的左右是不对称的，需要在草图中逐一画出，然后拉伸。 前边梁的结构如图所示： 牵引板支撑有三种不同的尺寸，但基本结构类似现只展示其中一种 ,如下图 ： 后边梁结构如下图： 图 33 纵梁腹板 图 34 前边梁 图 35 牵引支撑板 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 13 牵引销板结构如下图所示： 横梁 一需要三个，结构如下图所示。