BGC-60D抱罐车后车架结构有限元分析及轻量化研究

杨 骏，耿会良，李利民，张吉胜，成富根

(中冶宝钢技术服务有限公司，上海 201999)

基金项目：中冶宝钢技术服务有限公司技术研发项目（中冶宝钢技术〔2018〕36号）

作者简介：杨骏（1990—），男，工程师，硕士，主要研究方向为冶金特种工程机械开发与研究，yangjun90star@163.com.

摘要：采用轻量化设计理念和计算机模拟仿真，在SolidWorks中建立了BGC-60D抱罐车后车架结构模型。利用有限元法对满载起包和满载运行工况下的后车架结构进行了应力应变分析并对关键构件的应力强度和安全系数进行了分析。基于最优化理论在ANSYS有限元分析软件中优化模型。通过研究分析确定了后车架结构的应力分布和变形情况，以重要构件的材料厚度为优化变量对后车架进行轻量化设计，优化后的后车架结构质量较优化前减轻了6.64%，达到了轻量化的目的，为抱罐车的结构设计和轻量化提供了理论指导和实际应用参考。

关键词：抱罐车；后车架；结构设计；有限元分析；力学分析；轻量化

中图分类号：U463.32     文献标识码：A      文章编号：2095-509X(2021)05-0088-06

抱罐车作为冶金渣包的搬运和流转设备，具有安全可靠、机动灵活、节能环保等特点^［1］。抱罐车后车架结构作为主要的承载构件，其占整车质量的80%左右。特殊的工作条件使得传统的车辆结构均比较笨重，质量利用系数低，极大地增加了成本,造成资源浪费。随着科学技术的快速发展，轻量化技术成为特种车辆降低成本和节能的核心驱动力^［2］，采用计算机辅助设计、制造成为最有效的途径之一，对车辆结构进行模拟仿真，从而在保证其结构强度的前提下，确保车辆定型和投产前自重达到最优，提高质量利用系数和性能，降低设计和制造成本，缩短产品投放市场的时间，实现车辆的高安全、低能耗、轻量化和绿色化的目标。

本文在有限元分析理论的基础上，在保证结构强度的前提下，基于ANSYS有限元软件^［3-5］解决BGC-60D抱罐车后车架结构在设计过程中优化程度低、部分零件质量大以及质量利用系数低等问题，实现抱罐车的轻量化。

1 后车架结构设计

本文的抱罐车为新型铰接式U型抱罐车，采用整体框架式结构，后车架是运输时渣包的承载体，如图1所示。为保证整车横、纵向的稳定性，后车架采用对称结构设计，利用鹅颈与前车架实现铰接式连接，以避免偏载的发生^［6］。设置工作支撑机构，兼限位作用，保证抱罐车在运行过程中载荷通过限位座由U型工作机构传递到后车架上，而在渣包装载过程中下落放置时，载荷通过连接臂释放至后车架上。通过U型工作机构与后车架的连接，以及采用液压油缸控制系统，保证了运行过程中渣包的稳定性，抱罐车工作时，便于渣包顺利吊运或放置，U型工作机构合拢时，渣包牢牢地固定于车辆上。