一、引言

二、電動三輪車結(jié)構(gòu)特性及其要求

隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，電動車輛續(xù)航能力的突破。電動三輪車已經(jīng)成為了大量家庭的代步選擇。其相對低廉的價格以及相對優(yōu)越的性能也為其推廣奠定了堅實的基礎(chǔ)。從最為根本的物理學(xué)原理去分析，電動三輪車的能源消耗主要為克服地面磨差力及相應(yīng)的高度勢能落差。而在這個過程中電動車的質(zhì)量決定了其能量消耗的快慢。而電動三輪車的質(zhì)量主要來源于框架質(zhì)量與電瓶質(zhì)量。其中，電瓶質(zhì)量受到當下的電瓶生產(chǎn)工藝的影響，在保障續(xù)航能力前提下，提高前景不大；因此，更多的研究傾向于電瓶車的框架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制與優(yōu)化。本文也正是要解決在一定的應(yīng)力參數(shù)水平下的框架質(zhì)量優(yōu)化與控制，在本章的具體研究中將從其結(jié)構(gòu)特點與特征參數(shù)的角度來進行總結(jié)，為后續(xù)的優(yōu)化提供必要的基礎(chǔ)。

2.1 電動三輪車結(jié)構(gòu)特性

圖1 某電動三輪車框架結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1中我們可以看出，電動三輪車的主體結(jié)構(gòu)如上圖所示，其他不同結(jié)構(gòu)多以附件的形式而存在，并不影響整體車輛的應(yīng)力水平及其安全性能。從具體的結(jié)構(gòu)示意圖中我們可以看出，其主體結(jié)構(gòu)分為尾箱、電池箱以及車頭部分，這三部分也是電動三輪車的主要應(yīng)力承載點。其中的質(zhì)量結(jié)構(gòu)關(guān)鍵在于橫梁的規(guī)劃。而在上述設(shè)計中引入了輔助梁結(jié)構(gòu)來對具體的橫梁進行強化。此種方式能夠有效的提高車輛的應(yīng)力水平。
 圖2 電動三輪車結(jié)構(gòu)特性示意圖
從圖2中我們可以看出電動三輪車主要通過方形鋼來進行結(jié)構(gòu)規(guī)劃，并采用橫向三根分散主梁（車頭一根，車廂兩根）、縱向六根主梁的方式進行構(gòu)建�？蚣軆�(nèi)以焊接未主要的聯(lián)結(jié)模式，此種結(jié)構(gòu)設(shè)計方式能夠有效的進行必要的應(yīng)力保障。而在垂直空間分布特性方面則采用車廂與駕駛室不同水平的設(shè)計理念來進行實現(xiàn)，一方面可以為后續(xù)的電機部分提供必要的空間保障，還能夠?qū)㈦娖空系今{駛室內(nèi)，進而提高了車輛的空間利用效率。
從其結(jié)構(gòu)特性的角度出發(fā)，其存在的主要問題可以分為如下三個方面：第一，由于不同的空間結(jié)構(gòu)分布使得橫向主梁存在分離焊接的情況，客觀上降低了整體框架的沖擊抗性；第二，橫縱結(jié)構(gòu)焊接方式能夠提供較大的正向應(yīng)力支持，而當擠壓或者外力方向與框架存在一定夾角時，應(yīng)力點位與應(yīng)力支持相對較小，，不利于后續(xù)車輛使用的安全性要求；第三，無論是在用料還是在結(jié)構(gòu)設(shè)計層面均沒有將質(zhì)量規(guī)劃與控制納入到設(shè)計體系中來，進而無法做到同等安全系數(shù)下的質(zhì)量最優(yōu)，也就無法在相比過程中提供更為優(yōu)秀的動力與續(xù)航性能。
2.2 電動三輪車應(yīng)力特征與參數(shù)要求
三、基于質(zhì)量的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案
在同等安全系數(shù)的背景下，通過對材料以及設(shè)計方案的變更能夠達到降低其整體質(zhì)量的目的。同時，為了考量相關(guān)的生產(chǎn)成本影響，在本文的優(yōu)化過程中并為對基礎(chǔ)材料進行變更。具體的優(yōu)化方式如下：
3.1 材料形態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
傳統(tǒng)電動三輪車采用空心方鋼為主要材料構(gòu)建，該材料下，壁厚0.5mm，能夠為車輛提供必要的應(yīng)力水平。而在其材料設(shè)計優(yōu)化過程中采用等邊三角型鋼為主要材料進行大架構(gòu)建。對比同等水平下的方形型鋼與三角形型鋼質(zhì)量我們可以發(fā)現(xiàn)，新型材料的每米質(zhì)量僅為4.6kg，與方形型鋼（6.7kg）相比降低了31.34%；結(jié)合綜合質(zhì)量的考量，在實際的應(yīng)用過程中質(zhì)量縮減平均比例能夠達到30%左右（材料示意圖如圖3）。
圖3 等邊角鋼及三角型鋼示意圖
另外，在部分電動三輪車的設(shè)計中部分轉(zhuǎn)交是采用型鋼棱角焊接的方式來進行構(gòu)建的，此種連接模式在車頭部分設(shè)計中更為常見。經(jīng)過研究與對比我們發(fā)現(xiàn)，此種焊接模式改變了整根型材在形變層面的高應(yīng)力水平，無法達到更好的質(zhì)量保準，同時還由于其角度構(gòu)建使得材料用量相對雍余。以標準1.2m車頭設(shè)計為例，按照等位圓進行計算，需要型鋼長度為3.77m；而按照圖2設(shè)計模式進行構(gòu)建，則需要型鋼長度為4.20m，且在后續(xù)車體支持方面沒有明顯的差距，并在應(yīng)力與撞擊層面前者表現(xiàn)出更為優(yōu)秀的指標屬性。
通過上述的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，通過對具體材料的改變以及局部設(shè)計方法的變更能夠有效的在保障其整體安全性的前提下，降低整車的質(zhì)量。
3.2 整體涉及形態(tài)優(yōu)化
3.3 優(yōu)化后性能效果分析
3.4 討論分析

四、結(jié)構(gòu)優(yōu)化注意要點

五、總結(jié)

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