履帶式車(chē)輛車(chē)輪的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

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履帶式車(chē)輛車(chē)輪的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

介紹了使用碳纖維復(fù)合材料制造20t級(jí)履帶車(chē)車(chē)輪的方法，并對(duì)履帶車(chē)輛復(fù)合承重車(chē)輪進(jìn)行各種負(fù)荷條件下的臺(tái)架試驗(yàn)。

使用Ansys軟件對(duì)履帶車(chē)輛承重輪進(jìn)行參數(shù)化有限元建模，并通過(guò)迭代方法對(duì)車(chē)輪各種參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)鋁合金車(chē)輪通過(guò)添加加強(qiáng)肋來(lái)加強(qiáng)其剛度和強(qiáng)度，而對(duì)于碳纖維復(fù)合材料車(chē)輪，由于其本身具有較高的剛度和強(qiáng)度，因而不需要額外的加強(qiáng)肋，這就表明兩者需要采取不同的設(shè)計(jì)方案。碳纖維復(fù)合材料主要由碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成。碳纖維作為原材料的主要原因是其具有較高的比剛度和比強(qiáng)度。環(huán)氧樹(shù)脂作為基體材料主要原因是其具有耐高溫、韌性好、易于加工和低粘度等特性。車(chē)輪需要支撐車(chē)輛并在車(chē)輛行駛過(guò)程中承受沖擊和負(fù)荷，因而其不能因?yàn)橹圃烊毕輰?dǎo)致?lián)p壞。空隙對(duì)碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能有顯著影響，因而采用模壓成型技術(shù)制造車(chē)輪，使用熱變形模具鋼制造碳纖維復(fù)合材料車(chē)輪的模具。碳纖維鋪設(shè)的方向至關(guān)重要，正確的鋪設(shè)方向可以保證其剛度和強(qiáng)度。由于車(chē)輪是曲線(xiàn)腔，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，為了能正確鋪設(shè)碳纖維，可以將車(chē)輪分割成弧形塊并進(jìn)行分層，之后逐層逐塊重疊鋪設(shè)。

在碳纖維復(fù)合材料制造過(guò)程中，樹(shù)脂和固化劑以100∶23的比例充分混合，將碳纖維充分浸潤(rùn)在樹(shù)脂和固化劑的混合物中，碳纖維和樹(shù)脂的配比為1∶1。最終混合物將充分吸附在碳纖維表面，并將過(guò)量的樹(shù)脂析出，因此層壓板的碳纖維含量約為58%～62%。試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，在試驗(yàn)裝置上安裝一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其可以提供10t的應(yīng)用負(fù)荷。由于履帶車(chē)輛行駛地形的復(fù)雜性，因而測(cè)試時(shí)將對(duì)復(fù)合承重車(chē)輪施加各種不同類(lèi)型的負(fù)荷?？偟臏y(cè)試試驗(yàn)進(jìn)行了65000次，相當(dāng)于在不同負(fù)荷下行駛5000km。其中，最大負(fù)荷為8t，最小負(fù)荷為1.8t。試驗(yàn)中，采用碳纖維復(fù)合材料的車(chē)輪約為18kg，而鋁合金車(chē)輪約為27kg，質(zhì)量約減輕了33%。試驗(yàn)結(jié)果表明，車(chē)輪沒(méi)有出現(xiàn)任何缺陷。

Pankaj Kumar Verma et al. SAE 2015-26-0062.

編譯：王祥