矿用自卸车车架副梁轻量化设计

自卸车轻量化技术开发及应用廖警【摘要】工程自卸车作为工程建设的重要物料运输工具,一直扮演着重要的角色.传统设计主要是增大货箱的板料厚度,加强相关结构,因此货箱自重越来越大重,导致整车采购成本和运输成本提高,企业和用户的利润空间缩小.为了适应多种运输工况的要求,本文从材料和结构角度出发,在自卸车设计仲沿用的新材料、新结构,在满足使用功能的前提下,货箱重量得到有效降低,提高了整车载质量利用系数,降低用户使用成本.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】4页(P125-128)【关键词】U型半挂自卸车;轻量化;高强度钢板;应用【作者】廖警【作者单位】中国重汽集团柳州运力专用汽车有限公司,广西柳州545000【正文语种】中文【中图分类】U469.41.1 相关产品和技术发展的概况及该产品在国外市场容量随着我国经济的发展，依赖公路运输的物流业将迅速成长，对能源造成的压力将更加明显，环境污染问题已成为我国经济发展的最大障碍。

计重收费的普遍使用，油价的不断提升，必将导致汽车沿着轻量化的方向发展。

新《机动车运行安全技术条件》（GB1598-2012）的实行，对汽车总质量有着严格的要求，而客户在追求经济利益最大化的前提下，总是要求在汽车总质量确定的情况下，载质量越大越好。

国内外的相关研究表明，车辆的轻量化改进是降低整车油耗最有效、最直接的方式。

在油价高涨、计重收费法规逐步推广的情况下，卡车的轻量化改进将为用户降低可观的使用成本。

因此，重型自卸车轻量化设计势在必行。

从用户需求的角度来看，能够适应新法规环境下对自重、承载、油耗、效率等要求的重卡产品将受到用户欢迎。

从行业竞争的角度来看，各企业之间的竞争将由简单的产品竞争逐步演变为整个产业链之间的竞争，谁拥有完善的产业链资源，谁将在产品研发、成本控制、售后服务包括市场开发方面占领先机！为了顺应发展趋势和市场、客户的需求，对重型自卸车的轻量化设计已迫在眉睫[1]。

车用材料的轻量化设计与应用在当今的汽车工业中，轻量化设计已成为一项至关重要的发展趋势。

随着环保要求的日益严格以及消费者对燃油经济性和性能的更高期望，车用材料的轻量化成为了汽车制造商们竞相追逐的目标。

本文将深入探讨车用材料轻量化设计的重要性、常用的轻量化材料以及它们的应用。

一、车用材料轻量化设计的重要性1、燃油经济性的提升汽车的重量直接影响其燃油消耗。

较轻的车身意味着发动机需要更少的能量来推动车辆前进，从而显著提高燃油效率。

据研究，车辆每减重 10%，燃油经济性可提高 6%至 8%。

这对于降低车主的使用成本和减少对环境的污染都具有重要意义。

2、性能的优化轻量化设计不仅有助于提高燃油经济性，还能改善车辆的加速、制动和操控性能。

较轻的车身能够减少惯性，使车辆在加速时更加敏捷，制动时更容易停下来，同时在弯道中也能更灵活地转向，为驾驶者带来更出色的驾驶体验。

3、降低排放随着全球对环境保护的关注度不断提高，汽车尾气排放成为了一个重要的问题。

轻量化设计可以减少车辆的燃油消耗，从而降低二氧化碳等有害气体的排放，有助于缓解气候变化和改善空气质量。

二、常用的轻量化材料1、铝合金铝合金是目前汽车轻量化中应用最为广泛的材料之一。

它具有良好的强度和耐腐蚀性，密度约为钢的三分之一。

铝合金常用于制造汽车的车身结构件，如车架、车门、引擎盖等，能够有效减轻车身重量。

2、镁合金镁合金是一种比铝合金更轻的金属材料，密度仅为钢的四分之一。

然而，由于其成本较高且加工难度较大，目前在汽车上的应用相对较少。

但在一些高端车型和高性能汽车中，镁合金被用于制造座椅框架、仪表盘支架等部件，以实现更极致的轻量化效果。

3、高强度钢高强度钢通过特殊的加工工艺和化学成分调整，在保持较高强度的同时减轻了重量。

与传统钢材相比，高强度钢能够在不增加厚度的情况下提供更好的结构强度，从而在保证安全的前提下实现车身轻量化。

4、碳纤维复合材料碳纤维复合材料具有极高的强度和极低的密度，是一种理想的轻量化材料。

轻量化设计是一种通过优化结构设计和材料选用，减少产品重量的方法，可以实现节能减排、提高产品性能和降低生产成本等目的。

下面介绍几种常见的轻量化设计方法：
结构优化设计：通过数值仿真等手段对结构进行优化设计，减少结构的材料消耗。

例如在有限元分析软件中，可以通过选择适当的材料、优化结构的几何形状和布置等方式，实现轻量化设计。

材料替代设计：通过选择比原材料更轻、强度更高的新材料，实现产品轻量化。

例如采用铝合金代替钢材，可以大幅度降低产品的重量，提高产品的强度和刚性。

结构拓扑优化：通过将结构划分为不同的功能区域，对各区域进行拓扑优化，达到轻量化的效果。

例如在汽车设计中，可以通过将车身分为车前、车中、车尾等不同的区域，对各区域进行拓扑优化设计，实现车身轻量化。

加强材料的局部使用：在产品设计中，加强材料只需在局部使用，就能有效地提高整个结构的强度和刚性，从而降低整体重量。

例如在飞机的机翼设计中，可以通过在翼尖处增加加强材料的厚度和数量，提高机翼的强度和刚性，从而降低整体重量。

综上所述，轻量化设计方法需要结合实际产品的需求和工艺条件，采取适当的设计方案和措施，从而实现产品的轻量化和优化。

汽车车身结构的轻量化设计随着人们对环保意识的日益增强，汽车工业不得不针对汽车的能源效率、油耗和减排提出更多的要求。

然而，想要提高汽车的能效性，降低油耗和减少排放，就需要解决汽车车身结构过于笨重的问题。

为此，越来越多的车厂开始在汽车车身结构上采取轻量化的设计，以达到更高的油耗效益和碳排放的减少。

1.概述汽车的轻量化设计是指通过采用更轻的材料、更有效的结构和设计、更先进的制造技术等方式来减轻汽车的整车重量，提高汽车的耐用性和性价比。

一般来说，汽车的轻量化设计可以分为三个方面：车身材料的优化选择、车身结构设计的优化及加工工艺的优化。

目前，轻量化的设计已成为汽车工业的一个发展趋势，并在汽车性能、油耗以及碳排放等方面带来了巨大的改进。

2.轻量化材料的选择在轻量化设计中，材料的选择非常重要。

据调查，汽车的车身重量中有70%来自于铁和钢这两种材料，而这些材料也是目前唯一能够满足汽车的强度和安全性要求的材料。

因此，为了实现轻量化的设计，厂商可以从以下方面考虑：（1）铝合金：相比于铁和钢，铝合金密度更低，具有一定的强度和硬度，耐腐蚀性能良好，成本较高，但是可以提高车辆燃油效率及减少碳排放。

（2）碳纤维：碳纤维是当今车身轻量化的理想材料，密度仅仅只有铁和钢的1/5，而且具有很高的强度和拉伸强度。

但是碳纤维容易受潮湿及高温影响,而且成本非常高，所以在实际应用中用的较少。

（3）镁合金：镁合金是一种相对轻质的金属材料，密度比铝合金更轻，力学性能也很好，而且还具有良好的热传导和电导率。

不过，镁合金的腐蚀性也比较强，制造成本较高，所以仅在部分车型上应用。

3.车身结构设计的优化除了材料的选择，车身结构的优化设计也是轻量化设计的重要方面。

通常，车厂可以采取以下设计措施：（1）钢材件结构优化：对车身的各个零件加以精简或是部分区域的厚度减薄，将车身零件的功能和强度保持不变，同时将车身重量降低，否则加强，可以使用HSS及UHSS材料。

某重型商用车车架耐久性分析及轻量化设计的开题报告一、研究背景和意义随着经济的快速发展，物流行业也在不断壮大。

而重型商用车作为物流行业不可或缺的一环，其重要性不言而喻。

然而，由于长时间大量运输的要求，重型商用车的车架容易受到损坏，导致车辆的寿命减短，影响物流行业的稳定性。

因此，对重型商用车车架的耐久性进行研究，对保障商用车的可靠性和安全性，改善运输效率和减少车辆故障，具有重要的现实意义。

同时，轻量化设计也是当前汽车制造业的重要趋势之一。

轻量化不仅可以减轻车辆重量，降低油耗，还可以提高车辆的安全性和可靠性，延长车辆的寿命。

因此，对重型商用车车架的轻量化设计进行研究，不仅可以提高车辆的性能和经济性，还可以减少资源的浪费，具有较高的理论和实践价值。

二、研究内容和方法本研究将从车架材料、车架结构和工况三个方面入手，对重型商用车车架的耐久性进行分析，并提出轻量化设计方案。

1.车架材料方面，本研究将选取常用的钢材和铝合金进行对比研究，分析两种材料的优缺点，并通过有限元分析、疲劳试验等方法，探讨材料对车架耐久性的影响。

2.车架结构方面，本研究将在传统的框架结构基础上，探讨梁式结构、网壳结构、板壳结构等成对性能的改变，通过有限元分析等方法，进行受力分析和比较，选出最具有轻量化设计潜力的结构。

3.工况方面，本研究将从单壳结构的车架负载试验实验，探讨不同路况、不同荷载工况对车架耐久性的影响，以及车架轻量化设计方案的实用性和可行性。

三、研究预期成果本研究预期通过对重型商用车车架的耐久性分析和轻量化设计方案的探讨，达到以下几个方面的成果：1.通过材料对比和结构改进，提高车架的耐久性，延长车辆的使用寿命。

2.实现车辆的轻量化设计，增加车辆性能和经济效益，减少资源浪费。

3.为汽车制造业的发展提供新思路和技术，推动汽车工业的可持续发展。

四、研究进度计划本研究计划分为以下几个阶段：1.文献调研和材料采集，确定研究方向和主要参考文献。

重型载重汽车车架轻量化设计研究发表时间：2018-01-02T14:31:47.043Z 来源：《防护工程》2017年第22期作者：郭秋镭[导读] 对于重型载重汽车来说，轻量化的汽车车架设计可以保证汽车行驶的安全，在研发过程中，还能够帮助企业节约开发经费。

泰安航天特种车有限公司山东省泰安市 271000摘要：对于重型载重汽车来说，轻量化的汽车车架设计可以保证汽车行驶的安全，在研发过程中，还能够帮助企业节约开发经费，提高研发效率。

本文利用实验的方法，对重型载重汽车的轻量化车架进行研究，并通过实验数据验证车架轻量化后的强度，同时利用有限元仿真实验对车架强度进行了模拟分析。

关键词：载重汽车实验；轻量化设计；有限元分析；强度模拟前言：车架轻量化的研究能够促进能源节约和环境保护，在现代轻金属的现代复合材料应用中，由于承载部件选用中成本较高，短时间内难以得到大规模普及，因此针对轻量化的汽车车架设计应当通过制造工艺使尺寸参数得到优化，从而形成新的轻量结构。

同时，在汽车运行过程中，加大对碰撞、振动等内容的研究，深刻考虑约束条件，利用硬件优势，在尺寸参数得到优化的基础上提升安全性。

一、轻量化车架实验研究（一）试验设备选择为了实现重型载重汽车的车架轻量化设计可以投入生产，本文利用某品牌载重汽车进行了实验设计，并使用硬件平台和数据采集软件对实验数据进行采集。

在实验开始之前，首先进行实验设备的选择，本文选择了能够面向仪器系统的技术平台，借以实现自动化系统，提供高性能坚固性以及低成本的配置方案。

利用系统平台，可以将电气总线与坚固的欧式机械进行封装，从而使总线的软件性能得到同步。

同时，选用电阻应变片，对车架轻量化设计过程中出现的应变响应进行采集。

（二）实验数据采集为了能够实现数据采集，需要将采集信号的硬件设备与汽车构件当中的物理信号相连接，并利用信号形成辅助电路，对信号进行预处理，生成原始数据。

为了能够使数据更加准确，在每次工况测试之前，需要将数据采集硬件中的应变片进行程序核对，使其与每一应变通道校准。

关于重型商用汽车的车架轻量化设计研究随着物流的快速发展，载货车的载重量的标准越来越高。

而車架在汽车中的主要作用是承载货物与构件，其承受载荷来源于车的内外装置，包括连接汽车工具及车用设备。

车架的结构决定于汽车的总体布置，对车架轻量化的承载特性研究，实际上是车架结构的改进与优化，进而保证汽车的整体性能。

轻量化的设计研究，能够在一定程度上减小汽车的耗油量与废弃的排放，并在保持汽车整体性能与造价不变的条件下，降低汽车自身重量提升动力性能与可靠安全性能。

因此，轻量化对汽车运输业的发展具有重要意义。

标签：重型商用汽车；车架；轻量化；设计技术0 前言车架的轻量化实际上是从动静力学特征进行分析，结合载荷及位移边界条件，考察车架的受力分布，实现对车架架构的优化，最终使车架达到结构合理轻便，又强度可靠的效果。

本文关于重型商用汽车的车架轻量化设计研究，将以重型商用汽车为研究对象，从重型商用汽车的车架结构特点入手，分析车架进行轻量化的重要意义，进而对轻量化的设计方法与设计难点进行具体研究，通过评价车架设计的合理性，确定结构改进的可行方案。

并基于商用车车架量化的发展趋势作出展望。

希望能够为我国的物流业及汽车运输的发展提供一份参考。

1 重型商用汽车的车架轻量化意义轻量化技术可以对汽车的尾气排放与燃油量构成直接的影响，是节约材料的有效手段之一。

目前，我国重型商用车在全部车辆中的比例为23%左右，但是重型商用车在燃油消耗上占比却高达70%。

国外的有关调查数据表明，汽车的质量受汽车油耗的影响。

汽车质量每上升100kg，油耗将提升0.3-0.6L/100km，相对来说，汽车整体质量减少10%，油耗就降低7%左右。

另外，汽车的轻量化不仅能减少耗油，为降低原材料做出贡献，还能减少有害气体的排放，每辆汽车减轻100kg，二氧化碳的排放量可降低5g/km，有利于我国的保护环境基本国策的实施。

而且，汽车的质量减少，零部件构造简化，可以为企业减少经济成本的投入，间接的减少消费者的支出。

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矿用自卸车车架的有限元分析及优化设计彭国谱;贺翔;唐华平;姜永正【摘要】根据某大型矿用自卸车车架的结构样式,建立了车架的有限元模型,并采用惯性释放法计算出不同工况下的车架应力分布情况.同时,对矿山上运行的矿车车架进行了应力测试.对比车架应力分布的实验结果和仿真结果,发现车架的应力误差基本上控制在10％以内,从而验证了有限元分析车架应力的有效性.为了改善车架的性能,设计了车架拓扑结构,并通过结构优化,得到了可靠的车架结构,最后通过仿真分析验证了改进后的车架性能有了大幅度提高.【期刊名称】《湖南工业大学学报》【年(卷),期】2014(028)003【总页数】6页(P35-40)【关键词】有限元模型;应力分布;惯性释放法;拓扑结构【作者】彭国谱;贺翔;唐华平;姜永正【作者单位】湘电重型装备股份有限公司,湖南湘潭411100;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TH248车架作为自卸车的重要承载部分，其承载性能和动力学性能决定了自卸车结构的可靠性[1]。

电动轮自卸车的质量较大，结构较复杂，运载量较大，行驶环境较恶劣，因而工作时车架易发生弯曲、扭转等形变。

若长期处于恶劣的工作环境下，则会加大自卸车车架焊缝开裂的可能性。

由于矿用自卸车载重量巨大，车架结构复杂，且运行工况复杂，这使得整个自卸车车架结构的设计非常困难[2-3]。

矿车设计人员主要采用经典的弹性力学理论并结合自身经验，对自卸车车架进行设计和校核，常通过对应力大的位置进行刚度加强以提高车架性能，并通过车辆在矿山的工作情况来检验设计[4-7]。

这样的开发过程不仅效率低、投入大，并且无法获得最优化结构。

有限元分析法是使用有限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理系统的数值分析方法，其应用广泛且实用高效[8]。

采用有限元分析法对自卸车车架进行工况模拟分析和结构优化可以节省大量的试验成本和设计周期。