某裝載機駕駛室門變形分析與改進

陳 力

（廣西威翔機械有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

門作為駕駛室最重要的開閉件之一，具有形狀復雜，結構尺寸大等特點，其與車身的尺寸配合精度及自身剛度直接影響到駕駛室的密封性能[1]。剛度是指機械零件或構件在受載時抵抗變形的能力[2]。目前，對于工程機型行業而言，駕駛室門的剛度分析尚處于起步階段，行業也無相關設計標準。本文主要從駕駛室門變形這一質量反饋出發，從門的制造工藝及門的剛度分析了變形產生的原因，參照汽車行業的門剛度仿真分析，并以其他剛度符合市場要求的工程機械駕駛室門剛度值作為對標標準，進行了門的優化設計并最終解決了門變形問題。這一仿真分析，為后續工程機械駕駛室門剛度分析方法及標準的建立提供了良好的實踐基礎。

1 A型裝載機駕駛室門變形現狀

根據終端市場用戶反饋，駕駛室門主要存在門翹角與門框不平、門密封不嚴導致駕駛室漏水等質量問題。隨機選取2018年全年關于門變形的市場反饋共10件，發現門變形反饋時的整機工作時間從435 h到1933 h不等（整機三包時間為2000 h），變形部位主要集中在門鎖側的門上角，變形量（門與門框的段差）普遍在8 mm以上。

駕駛室門主要采用鈑金沖壓、包邊成型，無骨架，經與加強板、鉸鏈等部件焊接最終形成。與傳統工程機械駕駛室門（骨架結構）相比，該門具有造型美觀、外觀質量好、重量輕等特點，但在受載工況下抵抗外力的變形能力要弱。

為了解門的變形程度，對出廠前的駕駛室門在左上角位置與門框的段差進行了測量，共測量37臺，最大偏差8 mm，最小偏差3 mm，平均偏差4.9 mm。

2 A型裝載機駕駛室門變形原因分析及確認

分析門的生產工藝，并結合終端市場反饋的門變形量遠大于出廠時的變形量，決定從沖壓、包邊前焊接、包邊、包邊后焊接、門鎖緊等五道工序分析，并測定每個環節對應的門變形量大小。

2.1 沖壓件變形及變形量測定

將門內、外板沖壓件劃分為上、中、下三部分并分別在自由及夾緊狀態下進行測量。在自由狀態下，門內板主要在上半部分開始出現變形，不平度在2 mm左右。另外，由于零件非絕對剛性，在夾緊狀態下，此不平度可消除。門外板在自由及夾緊狀態下，整個區域均未有不平。綜上所述，沖壓件自身的變形非門總成變形的主要影響因素。

2.2 門包邊前焊接變形及變形量測定

此工序，主要焊接門內板、門外板、門鎖加強板及鉸鏈加強板，焊接完成后，測量發現門不平度在1mm以內，即此工序對門平面度未造成影響。

2.3 門包邊變形及變形量測定

選取7件已完成包邊工序的門，并對門周圈28個測點位置（圖1）做了平面度測量，數據及變形情況如圖2所示。

圖1 門測點示意圖

圖2 門包邊后平面度

從測量數據來看，最大偏差值僅1.6 mm，符合產品平面度公差要求，且市場反饋的左上角外翹在此工序表現為內凹，故門包邊工序不是導致門外翹變形的主要原因。

2.4 門包邊后焊接變形及變形量測定

對上述7件門繼續做包邊后的焊接工序（焊接門鉸鏈及門膠條安裝板等），采用同樣的方法對標定的28個位置做平面度測量，數據及變形情況如圖3所示。

圖3 門焊接后平面度

從測量的數據來看，最大偏差為8.5 mm，且偏差呈現左上角內凹現象，這與市場反饋的左上角往外翹曲完全相反。即門焊接導致了門變形，但此變形是有利于改善市場反饋的門左上角外翹問題，故門往外翹曲變形的真正原因非門焊接變形。

2.5 門鎖緊后變形及變形量測定

將上述7件門裝上駕駛室焊接總成并進行涂裝及裝配工序?；陂T下半部分變形量小，重點對市場反饋的門上半部分選取10個測點位置（圖4）進行了平面度測量，數據及變形情況如圖5所示。

圖4 門鎖緊后測點分布及門截面示意

圖5 門鎖緊后平面度

從測量數據來看，越靠近門的左上角，門外翹越嚴重，最大翹曲量達到了6 mm，這與裝配前的變形情況出現極大的反差（裝配前此位置最大內凹8.5 mm）。對門做受力分析，裝配后出現的變形主要來源于門裝上膠條后，在鎖門狀態下，膠條壓縮后產生的反力使得門變形。由此，可初步判定門本身的剛度不足可能是門變形產生的根本原因。

2.6 門剛度有限元仿真分析

由于行業無門剛度指標的標準，現以市場上未出現問題的B型駕駛室門作對標分析，對A型、B型駕駛室門分析內容詳見表1，分析過程分別如圖6和圖7所示。

圖6 A型裝載機駕駛室門剛度分析

圖7 B型裝載機駕駛室門剛度分析

表1 駕駛室門剛度分析內容

分析結果匯總詳見表2。

表2 A型、B型駕駛室門剛度分析結果匯總表

通過對比，A型駕駛室門的垂向剛度與扭轉剛度值與B型門對應剛度值相當，差距主要體現在上框門鎖側側向剛度，剛度值僅為B型駕駛室門的50%，這與市場反饋的門像外翹曲變形一致。由此可知，A型駕駛室門變形的主要原因為門自身側向剛度不足。

3 基于B型裝載機駕駛室門基礎上的A型裝載機駕駛室門改進

3.1 A型裝載機駕駛室門改進方案

受制于駕駛室總體結構已經鎖定、門及其他覆蓋件模具已經投入完畢，主要考慮通過更改門內腔大小、在門沖壓件上增加加強筋以及增加門內板厚度等措施要優化門的剛度。優化前、后門截面對比如圖8所示。

圖8 優化前、后門截面對比

3.2 改進后A型裝載機駕駛室門剛度有限元仿真分析

采用相同的分析方法，改進后的A型裝載機駕駛室上門框門鎖側側向剛度如圖9所示，具體數據詳見表3。

圖9 優化后門側向剛度

表3 優化后A型駕駛室門分析結果數據表

從分析結果來看，改進后的A型駕駛室門剛度與B型駕駛室門剛度相當，故決定按照新結構更改模具制作門樣件。

4 改進后A型裝載機駕駛室門變形市場驗證

從門結構切換后連續一年多的市場跟蹤來看，原市場反饋的門翹曲變形已經得到徹底解決，即本文所闡述的門結構改進有效。

5 結束語

根據產品在市場上的質量反饋，從產品制造工藝及產品本身特性分析出了問題產生的真正原因，在缺少行業標準及規范的背景下，通過對比分析，并通過有限元方法仿真得到優化后的產品剛度等特性值，為產品的設計優化提供了理論依據[5]。另外，通過跟蹤改進后的產品在市場上的表現，最終證實了產品的優化設計有效，同時也說明了有限元的仿真分析對我們的產品設計是有很大的指導意義。