农用车车架的结构分析与优化

郭永祺

摘 要：随着我国农业科技的发展，农业设施的完善，农用车也在积极地改良和精进，车架作为农业车整体车身结构的主要承载构成部分，对于车身整体的负载起着主要的承担作用。所以，车架的结构对于其车身整体的性能和用途有很大的影响，以农用车车架为主要研究对象，建立有限元模型，从静态、模态和随机振动等方面进行分析，并进一步建立优化模型，对农用车车架的结构优化和改型设计提供参考。

关键词：农用车;车架结构;模型分析;结构优化

中圖分类号：U463.32        文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.12.013

农用车作为农业种植和生产等方面的重要工具，对农业的效率和效果有着很大的影响，农用车一般都是行驶在乡间公路或者一些比较崎岖不平的土路上，由于道路条件和环境相对比较恶劣，所以对农用车车架的质量要求很高。对于农用车车架结构的分析和优化需要将有限元方法、实验技术和优化算法进行有效结合，这也是目前对于农用车车架结构优化的主要途径。

1 车架有限元模型的建立

我们确定以某型号农用三轮车作为研究对象，观察其车架的结构，主要运用的是边梁式双层结构，上层主要固定车身整体的轮廓和构架，下层主要作为安装发动机和一些其他传动设备，车架前后同宽，为焊接组成不可拆卸。对于车架有限元模型的建立首先要进行车架各个部件的网格划分，由于车架结构比较复杂，在进行网格划分的过程中，板单元相比梁单元可以更好的将薄梁的弯曲、变形甚至断裂进行计算，相比较更加精准和细致，可以充分满足车架优化的需求和目标。

2 车架结构分析与优化

2.1 车架受力分析

农用车在不工作时，由于其是一个静止不动的状态，车架只承受悬挂以上部分的载荷，也就是我们所说的静载荷，此时的车架受力相对较小较平稳。在进行模型建立的过程中，根据静力等效的原则，对车架所施加的外部载荷进行一定程度上的补偿行为，并且将农用车驾驶室、发动机、驾乘人员等的质量对车架所产生的作用设定为车架的集中载荷。车斗以及货厢的质量和装载的实际面积以及装载量对于车架的影响设定为车架的平均分布载荷。通过对农用三轮车进行测评我们得出数据，驾驶室质量为550 kg、发动机为500 kg、驾乘人员195 kg、含油油箱100 kg、车厢及载荷1500 kg等，通过数据可以看出车架的受力主要是在车厢及载荷，其次发动机、驾驶室以及驾乘人员也占有很大的比例。

2.2 车架静载分析

农用车作为农业生产的交通运输工具，其需要承载的货物重量很大，在进行运输的过程中，车架除了承载自身车身以及固定的零部件重量之外，还需要承担不同货物的重量，并且在运输的过程中，还要承受路面所带来的压力和冲击而产生的承重量以及位移冲击。比如行驶经过崎岖不平的路面时，自身、货物以及运输过程中会带来很大的负荷以及冲击，如果车架的刚度和强度较弱，则容易导致车架变形、弯曲甚至出现裂痕或者断裂。通过ANSYS有限元软件可以对农用车车架的整体结构进行分析和测评，通过对承受力的分布以及车架零件的承重度，找出车架中容易因受重而产生危险的部位，并通过改变车架的结构和尺寸或者局部增加承重材料的方法，平衡车架的各个受力点，从而提高车架整体的承载能力，提高农用车整体的性能。

2.3 车架优化分析

通过对农用车车架的仿真设计以及有限元模型的分析，车架横梁中间有均匀分布的圆孔，这些圆孔使得车架无法承受过重的压力，也就导致车架的承载能力下降。在进行车架结构优化的过程中，考虑到这一点，我们将车架横梁中的圆孔去掉，合理的安装载荷约束和边界条，通过数据调查显示，优化前应力大小为60.5 MPa，应变变形量为0.3 mm，优化后应力大小为40 MPa，应变变形量为0.2 mm。可以看出，通过对车架结构的改良，可以将车架所能承受的载荷大大增强。

3 结论

农用车主要的用途就是生产和运输，由于其所承载的货物重量较大，所以对农用车车架的承载能力要求很高。通过对车架有限元模型的建立，利用ANSYS对车架结构进行静态的分析，并且优化车架的结构来提升车架的承载能力，结果表明优化车架横梁局部结构对车架的整体应力分布起到很明显的改善作用，也为以后的车架优化研究奠定了基础。

参考文献：

[1] 马广，黄东明，王志明.农用三轮车车架结构静动态特性仿真分析[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2007（5）.

[2] 马迅，盛勇生.车架刚度及模态的有限元分析与优化[J].客车技术与研究，2004（4）.

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