罐式車車架裂紋原因分析與改進

鄭東利，趙雷，胡志權，夏婷婷

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罐式車車架裂紋原因分析與改進

鄭東利，趙雷，胡志權，夏婷婷

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章根據罐式車底盤車架裂紋產生情況進行車架受力計算，分析車架斷裂原因，同時分析整車主副車架的聯(lián)接型式對底盤車架的受力影響，提出斷裂原因和改進措施并進行驗證。

專用汽車；主副車架；聯(lián)接布置

1 概述

市場反饋某油田區(qū)域8×4半承載式[1]原油運輸罐式單車出現(xiàn)車架前端開裂問題，裂紋部位發(fā)生在主副車架聯(lián)接鎖固定位置，經加固處理后問題再次發(fā)生，經售后反饋設計后，對問題車輛進行實地調研，車輛滿載總重45噸，行駛路況復雜，基本為非鋪裝土路，行駛時車架承受沖擊嚴重。目前主副車架聯(lián)結位置的主車架前端位置已出現(xiàn)裂紋，急需處理。為分析裂紋產生原因，徹底解決問題，進行主副車架三維數(shù)模搭建，對主車架及主副車架聯(lián)接部位受力進行有限元分析，找出車架裂紋產生的根本原因并進行處理。

2 主副車架及聯(lián)結裝置建模

2.1 主車架結構及三維建模

車架采用沖壓槽型直縱梁，雙層結構，材質510L，尺寸：寬850×高270mm×翼面寬80mm×厚（8+4）mm，搭建三維模型見圖1。

圖1 主車架示意圖

1-首橫梁1；2-管狀橫梁；3-懸架橫梁；4-橫梁1；5-橫梁2；6-橫梁3；7-橫梁4；8-尾梁

2.2 副車架結構及三維建模

圖2 副車架示意圖

1-右縱梁；2-橫梁；3-左縱梁

副車架采用槽型直縱梁，材質Q345，尺寸850mm×140mm×6mm，橫梁與縱梁采用焊接結構，搭建三維模型見圖2。

2.3 主副車架的聯(lián)接

主副車架通過聯(lián)接裝置進行聯(lián)接固定，確保上裝與底盤的固定，主要有剛性固定裝置和彈性固定裝置[1]。實車聯(lián)接采用了剛性聯(lián)鎖、U型螺栓聯(lián)鎖、彈簧聯(lián)鎖結構，根據車輛實際聯(lián)接布置狀態(tài)搭建三維數(shù)模，如圖3所示。

圖3 主副車架聯(lián)結布置

1-主車架縱梁；2-副車架；3-剛性聯(lián)鎖；4-U型螺栓聯(lián)鎖；5剛性聯(lián)鎖

3 主副車架有限元分析

3.1 有限元分析的前期準備

對主副車架總成進行有限元分析前期處理，其中車輛安裝的駕駛室、發(fā)動機、油箱、電瓶箱、排氣系、上裝等相關部件按照質心坐標進行簡化處理，按相應重量在數(shù)模中進行賦值加載。添加車架縱梁、橫梁材質為510L，板簧支座QT500，駕駛室懸置ZG310，平衡軸42CrMo。前處理工具采用 HyperMesh[2]，求解器采用Optistruct&FEMFAT5.0，后處理工具采用HyperView，劃分單元數(shù)量2229489個，節(jié)點數(shù)量870055個，處理后的模型如圖4所示。

圖4 處理后的模型

3.2 工況模擬設定

設定四種工況模擬車輛實際運行工況，對車架靜強度進行對比分析，考察各工況下的車架應力分布情況，為設計改進提供理論指導，工況參數(shù)如圖5所示。

圖5 工況參數(shù)

3.3 四工況分析結果

車輛實際路況較差，垂直加速工況模擬車輛前軸兩側車輪同時過坑工況，可以看到車架最大應力點出現(xiàn)在車架前端板簧支架附近且靠近底盤車架上翼面，該處正是主副車架聯(lián)接鎖的固定位置（見圖6）。轉彎工況（圖7）、扭轉工況（圖8）、制動工況（圖9）的車架最大應力點位置均與垂直工況一致，均為車架前端上翼面，主副車架聯(lián)接位置，說明該處車架受力集中，設計時需加強。

圖6 垂直加速工況應力分布

圖7 轉彎工況應力分布

圖8 扭轉工況應力分布

圖9 制動工況應力分布

3.4 主副車架聯(lián)接固定對車架受力影響分析

四工況模擬結果顯示車架應力集中點與實際車架出現(xiàn)裂紋位置相一致，為了進一步分析主副車架聯(lián)接位置及連接方式對車架的影響，對主副車架聯(lián)接前部的聯(lián)接鎖聯(lián)接強度進行設計，驗證對車架受力影響。對聯(lián)接鎖的聯(lián)接剛度賦予不同數(shù)值，驗證車架受力變化，不同聯(lián)接強度下的車架受力情況如圖10所示。

圖10 不同聯(lián)接強度下的車架受力情況

從分析結果可以看出，主副車架聯(lián)接鎖為剛性連接時，聯(lián)接固定部位受應力最大，隨著聯(lián)接剛度變小，車架受力改善。結合車輛實際情況，該車前端由于聯(lián)接鎖固定螺栓脫落，上下聯(lián)接鎖座被更改為焊接剛性固定，造成該處車架受力進一步惡化，加速了車架損壞。

4 結論

根據分析，可以判定車架開裂由多方面原因造成：

（1）改裝車輛未根據工況需求選擇合適型號底盤、超載、工況惡劣，共同作用造成車架縱梁承載不足開裂；

（2）主副車架前端聯(lián)接固定方式更改為剛性聯(lián)接造成車架應力集中，加速了聯(lián)接部位車架縱梁損壞開裂。

根據分析對底盤車架及主副梁聯(lián)接狀態(tài)根據車輛實際工況進行改進：

（1） 縱梁高度由270mm提高到300mm，提升車架抗彎

強度，提高對惡劣路況的適應性。

（2）主副車架前端聯(lián)接更改為彈簧聯(lián)鎖結構，重新排布聯(lián)接固定裝置布置，確保間隔范圍在1m-1.5m范圍內，彈簧聯(lián)鎖結構可以改善主車架縱梁前端受力情況，確保車架整體受力均衡。

經過以上改進的車輛已正常運行6個月以上，車架未再發(fā)生裂紋情況，說明分析及改進方案是準確的，也為后續(xù)車架設計及主副梁聯(lián)接設計提供了借鑒和參考。

[1] 喬維高.專用汽車結構與設計[M].北京大學出版社,2010.

[2] 張勝蘭,鄭冬黎,郝琪,李楚琳.基于HyperWorks的結構優(yōu)化設計技術[M].機械工業(yè)出版社,2008.

Cause Analysis and Improvement of Tank Truck Frame Crack

Zheng Dongli, Zhao Lei, Hu Zhiquan, Xia Tingting

( Shaanxi Heavy Duty Automobile CO. Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

In this paper, based on the occurrence of the crack in the chassis of the tank truck, the stress of the frame is calculated and the reason of the frame fracture is analyzed. At the same time, the influence of the coupling mode of the main and auxiliary frame on the force of chassis frame is analyzed, and the fracture reason and improvement measures are put forward and verified.

special purpose vehicle; main and auxiliary frame; coupling layout

U467

B

1671-7988(2018)21-103-03

U467

B

1671-7988(2018)21-103-03

鄭東利，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，研究方向：專用汽車底盤設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.036