試析工程車輛車架損傷原因及維修措施

駱之巖

（大慶油田有限責任公司試油試采分公司生產維修大隊，黑龍江大慶 163000）

0 引言

隨著新時期汽車產業的高效發展，對工程車輛車架提出了更為嚴格的要求。工程車輛車架的使用條件具有一定的特殊性、復雜性，為了保證工程車輛車架的工作效率以及各方面的工作性能，需要對工程車輛車架開展有效的維修工作。對此，相關工作人員需要全面的了解工程車輛車架維修工作的注意事項，針對其中存在的工程車輛車架損傷原因，采用不同的工程車輛車架維修措施，保證工程車輛能夠持續、穩定運行，滿足各項工程的使用需求。

1 工程車輛的相關概述性分析

工程車輛的種類有很多，不同種類的工程機械車輛在進行維修的時候，需要選擇不同的維修形式，從而保證維修工作的良好效果。工程車輛一般包括：運輸車輛、托舉車輛、起重車輛等。不同的車輛因為自身的工作內容不同，很容易產生各種損傷故障。對此，這就需要相關的工作人員要對工程車輛進行科學、合理的分類，采用有效的維修手段減少工程車輛出現的損傷次數。在對工程車輛的維修過程中，車輛的型號、車輛的主要部件的運行參數以及上一次維修時間等信息都是維修之前必須要了解的信息[1]。在此基礎之上，掌握更多的工程車輛車架維修信息，為后續的維修保養工作提供更為客觀的信息保證，整體提高自身的維修效果。

2 工程車輛車架的失效形式以及損傷原因

工程車輛車架的功能是用來承受自身的載荷，包括汽車自身的零部件的重量以及在行駛過程中受到的沖擊、扭曲、慣性力等等。工程車輛現在使用的車架種類有：大梁式、承載式、鋼管式、特殊材料一體成型式。車架不僅可以承擔發動機、車身、底盤、貨物的重量，而且在一定程度上也受到工程車輛在行駛過程中產生的作用力。對此，工程車輛車架的穩定性、可靠性直接影響到整個工程車輛能夠持續、穩定的運行，對于整個工程車輛自身行駛過程中的安全性也有一定影響。在工程車輛行駛過程中，工程車輛車架在實際環境中有以下3 個方面的壓力。

2.1 水平菱形扭動

工程車輛在行駛過程中，每一個車輪會因為路面和形式情況的不一樣，路面的鋪設情況、凹凸起伏、障礙物以及進出彎角等，使得每隔工程車輛的車輪往往會承受不同的阻力和牽引。工程車輛車架在使用過程中，可能會出現變形，如彎曲變形、扭轉變形，另外工程車輛車架也會發生裂紋、銹蝕、螺栓以及鉚釘松動等失效形式[2]。車架是工程車輛的裝配基礎，承受各種載荷的作用，在某些情況之下，很可能出現工程車輛車架彎曲和扭轉、變形等問題。工程車輛車架的變形會導致汽車各總成之間的裝配、連接位置發生變化，使得各個系統出現問題。為了保證工程車輛的整體布局、安裝的需要，工程車輛車架經常被制作各種形狀，在形狀急劇變化的地方很可能因為應力集中導致工程車輛車架出現裂紋、甚至斷裂。及早發現工程車輛車架的裂紋對于工程車輛本身的安全性能非常重要。

惡劣的工作環境可會導致工程車輛車架銹蝕，路面不平會導致工程車輛的沖擊振動，導致工程車輛車架的螺栓、鉚釘等連接出現松動。一旦工程車輛車架出現損壞，盲目進行修補和加固，不僅得不到預期的效果，甚至會削弱工程車輛車架的強度，在修復之后的使用過程中，很容易引發工程車輛車架出現變形、斷裂。

2.2 負載彎曲

負載彎曲的壓力是由于工程車輛的非懸掛重量，由工程車輛車架來承受的，通過輪軸傳到地面上。負載彎曲主要十幾種在軸距的中心點。所以，工程車輛的底部的縱梁和橫梁，要求具備更高的強度、剛度。目前，對角車輪遇到的道路上不平面滾動，車架的梁柱需要承受這個縱向扭曲壓力，就如同是將一塊塑料片扭曲成螺旋形一樣[3]。

2.3 橫向彎曲

橫向彎曲指的是工程車輛在進行左轉彎或右轉彎的時候，在重量的慣性作用之下，促使整個工程車輛的車身具有外甩的傾向，而輪胎的抓著力和路面也會形成一定的反作用力，兩股相對的壓力將車架橫向彎曲。

3 工程車輛車架的維修措施分析

從外觀上看，檢查工程車輛車架是否有嚴重的變形、裂紋、銹蝕、螺栓、鉚釘松動等問題。工程車輛車架出現的裂紋不容易忽視，如果較小裂紋不及時修理，促使其不斷擴大，導致整個工程車輛處于報廢的狀態。工程車輛車架在行駛過程中，因為受到各種荷載的作用，工程車輛的縱梁會產生彎曲應力和剪切應力，尤其是在路面不平、工程車輛嚴重負荷或者超載的情況之下，將工程車輛承受的彎曲和剪切應力值的分布發生重大的變化[4]。工程車輛制動過程中，應力值和荷載狀態增大至2～3 倍。工程車輛車架的斷面雖然是按照等強度和一定的安全系數設計的，但是因為結構的不健全、最大荷載位置偏移或者嚴重超載的情況，很容易導致應力位置造成一定的斷裂。

工程車輛車架某個局部因為應力集中，也會產生一定的裂紋，比如：在螺孔、鉚釘孔等位置。尤其是這些孔在加工或者拆卸鉚釘的過程中，由于不正確的操作從而造成一系列問題，建立相應的應力集中點，在縱梁和橫梁的連接位置、轉角處、槽型斷面急速轉彎，很容易產生應力集中。

工程車輛車架縱梁和橫梁如果發現裂紋應及時修理。工程車輛車架上不重要的部位產生相應的裂紋，直接對此進行焊接修復；工程車輛車架上受力較大的部位產生的裂紋除將裂紋修復之外，還應該采用局部加強的方法。通常情況之下，維修人員采用加強板的形狀和尺寸，完全取決于工程車輛車架縱梁的損壞部位、裂紋長度和受力情況的影響[5]。縱梁裂紋的部位以及自身的長短，采用不同的修理方法，維修方法如下：

裂紋如果沒有擴大到整個縱梁橫截面，并且不在最大受力部位，在修理之前，先進行工程車輛車架校正工作，保持工程車輛車架的固有直度。使用紗布或者鋼絲刷打磨焊接的位置，使裂紋處能夠露出金屬光澤，之后在仔細檢查，確定裂紋界限，也就是裂紋末端，在界限延伸10 mm 處鉆5～8 mm 的閑置孔。在裂紋位置使用砂輪或者鑿子修切，建立V 形焊道坡口。在填焊的過程中，從閑置孔開始一直到裂紋的另一末端，在反面同樣進行焊補。在使用焊縫連接的時候，環境溫度應該在0 ℃以上。最后再將其修平，加強副板。

如果縱梁上的裂紋較短，可以加強焊接、加強副板。副板厚度和材料的選擇需要和縱梁相同，副板長度不能少于600 mm。副板和縱梁焊接的過程中，焊接周圍也應該預先打磨，施焊方向應該來自副板中央向兩邊轉移。如果縱梁上裂紋很長，采用三角形副板，腹板的厚度、強度不能超過縱梁強度。在焊接三角形副板的時候，降幅版在裂紋對稱的位置上，焊接3～4 處之后沿著周圍焊牢。

4 工程車輛車架的實際案例分析

4.1 建立車架3D 模型

所研究的工程車輛車架為邊梁式，使用了1120 mm 的等寬車架，總長在12 915 mm、軸距為6543 mm，工程車輛車架的質量為7 t，工程車輛車架結構是由2 根縱梁、9 根橫梁組成的，各梁結構都是工字型結構。

4.2 有限元模型的簡化處理

在實際計算之中，為了使得到的有限元模型更加精準，通常對工程車輛車架做出兩方面的假設：①材料各向同性，密度均勻分布；②工程車輛車架一直處于理想狀態，在不考慮材料本身的問題以及裝配、加工的過程中，產生殘余應力。

分析工程車輛車架中橫梁和縱梁，都是采用工字鋼鑄成的薄壁梁結構，在建立有限元模型，采用抽取中性面的方法，給予相應的厚度進行計算。為了促使計算精度最大化，降低計算量，忽略一些細節性尺寸，如裝配孔、圓角、倒角等。對工程車輛車架的附件進行簡化處理，建立相應的有限元模型，模型也分為16 個組件，由680 751 個單元組成，單元厚度是1 mm。組件焊接方式選擇殼單元模擬焊縫方式。

4.3 網格邊界條件的處理

結合工程車輛的實際運行情況，僅僅需要考慮在荷載的條件之下的應力、應變情況，工程車輛車架所受荷載主要來源于工程車輛車架上承重荷載以及工程車輛車架自身的重量荷載。

4.4 工程車輛車架強度分析

基于有限元模型求解出工程車輛車架在兩大工況之下的應力和變形分布，兩大工況下的最大應力都是在工程車輛車架中段，主要集中在兩個主縱梁上，其中以靜止工況為最大，最大值是251 MPa，分析其破損的原因是4 個支撐軸在之前的設計優化過程中已經設置了加強版，在一定程度上增加了結構穩定性。將這個最大應力值作為下一步優化設計的切入點。在經過相應的計算之后，發現強度的安全系數大于1.3，就能夠證明這一工程車輛車架的強度設計符合其工作需求。

5 結束語

針對工程車輛車架中存在的損傷原因，開展有效的維修工作，保證工程車輛車架能夠充分發揮自身的實際功能、價值，還能延長自身的使用年限，為各企事業單位帶來最大化的經濟效益、社會效益。除此之外，作為維修人員，要結合實際工程車輛車架的使用情況，制定符合實際的維修方案，及時消除工程車輛車架存在的故障問題。積極學習先進的技術手段，加強對工程車輛的損傷原因的研究，保證工程車輛能夠安全、穩定的工作。