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多轴特种车辆底盘车架多工况分析与优化
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对于多轴特种车辆底盘而言，车架是基础的承力机构。不但要承受上装设备的各种工况载荷，而且还要保证各种行驶工况的刚度、强度要求。此外，作为整车重量构成中比例最大的总成，必须进行减重设计。本文以HTF八轴特种汽车底盘车架为例，通过整车动力学分析获得了各行驶工况下车架的载荷条件，利用ANSYS和WORKBENCH软件完成了结构力学分析和多工况优化。优化结果综合协调了各工况对车架力学特性的要求，达到了减轻结构重量的目的。
1前言车架是多轴特种车辆的基础承力结构，其载荷可以分为两大类。第一类是上装设备工作过程中产生的载荷，如举升油缸对车架的作用力、调平过程中支腿油缸的反作用力等，此类载荷作用点相对集中，在计算和分析过程中一般按静态载荷处理；另一类是车辆在行驶过程中产生的动载，如行驶、转弯、制动等工况，此类载荷的特点是作用点分散，在时间历程上各作用点的载荷变化较大，需要对时间历程中不同时刻的载荷组合进行对比分析，找出最恶劣的载荷工况。多轴车辆底盘的车架一般采用高强度钢板焊接结构，由纵梁、横梁、尾梁、支腿和油缸支承等部件组成。受到结构尺寸以及复杂程度的影响，多轴车辆底盘车架的试制、静态试验等工作一般情况下不少于3个月。再考虑到底盘装配、调试后进行动态测试的周期，全部载荷工况验证所需要的周期至少需要6个月的时间。如果在设计阶段不能对车架的动态、静态力学性能进行全面准确的计算和分析，则有可能导致研发工作的反复，在经费、周期等方面造成无法挽回的损失。尤其是近年来各应用领域的用户对研发周期、经费以及多轴车辆的性能指标提出了更高的要求，不但要通过优化设计达到减轻重量、提高性能的目的，而且还要缩短产品推向市场的时间。综合考虑上述要求，本文介绍了HTF系列八轴特种汽车底盘车架的多工况优化设计工作，以有限元和多体动力学理论为基础，通过整车动力学分析获得车架的动态载荷工况，在ANSYS和WORKBENCH软件平台上完成了多载荷工况的优化设计，达到了提高设计质量和减轻结构重量的目的。
2载荷工况分析2.1静态载荷工况车架的静态载荷工况主要是上装设备工作过程中产生的作用力和反作用力，根据总体设计要求，载荷作用点集中于三个位置，主要考虑三种载荷状态作为设计、计算依据，如表1所示。

2.2动态载荷工况HTF系列八轴特种汽车底盘为自行式结构，为了提高整车的机动能力和行驶安全性，采用了双横臂油气弹簧独立悬架、前后分组转向、多贯通驱动桥等先进技术。整车的CAD模型在UGNX3软件平台上完成虚拟装配，通过Motion模块完成整车多体动力学模型的前处理，将三维实体的质量、质心位置、转动惯量以及刚体之间的约