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(zé)任公司試油試采分公司生產(chǎn)維修大隊(duì)，黑龍江大慶 163000）

0 引言

隨著新時(shí)期汽車產(chǎn)業(yè)的高效發(fā)展，對(duì)工程車輛車架提出了更為嚴(yán)格的要求。工程車輛車架的使用條件具有一定的特殊性、復(fù)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(duì)工程車輛車架開展有效的維修工作。對(duì)此，相關(guān)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(xiàng)，針對(duì)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(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，滿足各項(xiàng)工程的使用需求。

1 工程車輛的相關(guān)概述性分析

工程車輛的種類有很多，不同種類的工程機(jī)械車輛在進(jìn)行維修的時(shí)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(yùn)輸車輛、托舉車輛、起重車輛等。不同的車輛因?yàn)樽陨淼墓ぷ鲀?nèi)容不同，很容易產(chǎn)生各種損傷故障。對(duì)此，這就需要相關(guān)的工作人員要對(duì)工程車輛進(jìn)行科學(xué)、合理的分類，采用有效的維修手段減少工程車輛出現(xiàn)的損傷次數(shù)。在對(duì)工程車輛的維修過程中，車輛的型號(hào)、車輛的主要部件的運(yùn)行參數(shù)以及上一次維修時(shí)間等信息都是維修之前必須要了解的信息[1]。在此基礎(chǔ)之上，掌握更多的工程車輛車架維修信息，為后續(xù)的維修保養(yǎng)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(xiàn)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(dān)發(fā)動(dòng)機(jī)、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(chǎn)生的作用力。對(duì)此，工程車輛車架的穩(wěn)定性、可靠性直接影響到整個(gè)工程車輛能夠持續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì)于整個(gè)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(shí)際環(huán)境中有以下3 個(gè)方面的壓力。

2.1 水平菱形扭動(dòng)

工程車輛在行駛過程中，每一個(gè)車輪會(huì)因?yàn)槁访婧托问角闆r的不一樣，路面的鋪設(shè)情況、凹凸起伏、障礙物以及進(jìn)出彎角等，使得每隔工程車輛的車輪往往會(huì)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(huì)出現(xiàn)變形，如彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形，另外工程車輛車架也會(huì)發(fā)生裂紋、銹蝕、螺栓以及鉚釘松動(dòng)等失效形式[2]。車架是工程車輛的裝配基礎(chǔ)，承受各種載荷的作用，在某些情況之下，很可能出現(xiàn)工程車輛車架彎曲和扭轉(zhuǎn)、變形等問題。工程車輛車架的變形會(huì)導(dǎo)致汽車各總成之間的裝配、連接位置發(fā)生變化，使得各個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)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(jīng)常被制作各種形狀，在形狀急劇變化的地方很可能因?yàn)閼?yīng)力集中導(dǎo)致工程車輛車架出現(xiàn)裂紋、甚至斷裂。及早發(fā)現(xiàn)工程車輛車架的裂紋對(duì)于工程車輛本身的安全性能非常重要。

惡劣的工作環(huán)境可會(huì)導(dǎo)致工程車輛車架銹蝕，路面不平會(huì)導(dǎo)致工程車輛的沖擊振動(dòng)，導(dǎo)致工程車輛車架的螺栓、鉚釘?shù)冗B接出現(xiàn)松動(dòng)。一旦工程車輛車架出現(xiàn)損壞，盲目進(jìn)行修補(bǔ)和加固，不僅得不到預(yù)期的效果，甚至?xí)魅豕こ誊囕v車架的強(qiáng)度，在修復(fù)之后的使用過程中，很容易引發(fā)工程車輛車架出現(xiàn)變形、斷裂。

2.2 負(fù)載彎曲

負(fù)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(fù)載彎曲主要十幾種在軸距的中心點(diǎn)。所以，工程車輛的底部的縱梁和橫梁，要求具備更高的強(qiáng)度、剛度。目前，對(duì)角車輪遇到的道路上不平面滾動(dòng)，車架的梁柱需要承受這個(gè)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(jìn)行左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，在重量的慣性作用之下，促使整個(gè)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(huì)形成一定的反作用力，兩股相對(duì)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(yán)重的變形、裂紋、銹蝕、螺栓、鉚釘松動(dòng)等問題。工程車輛車架出現(xiàn)的裂紋不容易忽視，如果較小裂紋不及時(shí)修理，促使其不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致整個(gè)工程車輛處于報(bào)廢的狀態(tài)。工程車輛車架在行駛過程中，因?yàn)槭艿礁鞣N荷載的作用，工程車輛的縱梁會(huì)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，尤其是在路面不平、工程車輛嚴(yán)重負(fù)荷或者超載的情況之下，將工程車輛承受的彎曲和剪切應(yīng)力值的分布發(fā)生重大的變化[4]。工程車輛制動(dòng)過程中，應(yīng)力值和荷載狀態(tài)增大至2～3 倍。工程車輛車架的斷面雖然是按照等強(qiáng)度和一定的安全系數(shù)設(shè)計(jì)的，但是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的不健全、最大荷載位置偏移或者嚴(yán)重超載的情況，很容易導(dǎo)致應(yīng)力位置造成一定的斷裂。

工程車輛車架某個(gè)局部因?yàn)閼?yīng)力集中，也會(huì)產(chǎn)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?shù)倪^程中，由于不正確的操作從而造成一系列問題，建立相應(yīng)的應(yīng)力集中點(diǎn)，在縱梁和橫梁的連接位置、轉(zhuǎn)角處、槽型斷面急速轉(zhuǎn)彎，很容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

工程車輛車架縱梁和橫梁如果發(fā)現(xiàn)裂紋應(yīng)及時(shí)修理。工程車輛車架上不重要的部位產(chǎn)生相應(yīng)的裂紋，直接對(duì)此進(jìn)行焊接修復(fù)；工程車輛車架上受力較大的部位產(chǎn)生的裂紋除將裂紋修復(fù)之外，還應(yīng)該采用局部加強(qiáng)的方法。通常情況之下，維修人員采用加強(qiáng)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(zhǎng)度和受力情況的影響[5]。縱梁裂紋的部位以及自身的長(zhǎng)短，采用不同的修理方法，維修方法如下：

裂紋如果沒有擴(kuò)大到整個(gè)縱梁橫截面，并且不在最大受力部位，在修理之前，先進(jìn)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(xì)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(jìn)行焊補(bǔ)。在使用焊縫連接的時(shí)候，環(huán)境溫度應(yīng)該在0 ℃以上。最后再將其修平，加強(qiáng)副板。

如果縱梁上的裂紋較短，可以加強(qiáng)焊接、加強(qiáng)副板。副板厚度和材料的選擇需要和縱梁相同，副板長(zhǎng)度不能少于600 mm。副板和縱梁焊接的過程中，焊接周圍也應(yīng)該預(yù)先打磨，施焊方向應(yīng)該來自副板中央向兩邊轉(zhuǎn)移。如果縱梁上裂紋很長(zhǎng)，采用三角形副板，腹板的厚度、強(qiáng)度不能超過縱梁強(qiáng)度。在焊接三角形副板的時(shí)候，降幅版在裂紋對(duì)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(shí)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(zhǎng)在12 915 mm、軸距為6543 mm，工程車輛車架的質(zhì)量為7 t，工程車輛車架結(jié)構(gòu)是由2 根縱梁、9 根橫梁組成的，各梁結(jié)構(gòu)都是工字型結(jié)構(gòu)。

4.2 有限元模型的簡(jiǎn)化處理

在實(shí)際計(jì)算之中，為了使得到的有限元模型更加精準(zhǔn)，通常對(duì)工程車輛車架做出兩方面的假設(shè)：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(tài)，在不考慮材料本身的問題以及裝配、加工的過程中，產(chǎn)生殘余應(yīng)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(jié)構(gòu)，在建立有限元模型，采用抽取中性面的方法，給予相應(yīng)的厚度進(jìn)行計(jì)算。為了促使計(jì)算精度最大化，降低計(jì)算量，忽略一些細(xì)節(jié)性尺寸，如裝配孔、圓角、倒角等。對(duì)工程車輛車架的附件進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，建立相應(yīng)的有限元模型，模型也分為16 個(gè)組件，由680 751 個(gè)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(wǎng)格邊界條件的處理

結(jié)合工程車輛的實(shí)際運(yùn)行情況，僅僅需要考慮在荷載的條件之下的應(yīng)力、應(yīng)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(qiáng)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(yīng)力和變形分布，兩大工況下的最大應(yīng)力都是在工程車輛車架中段，主要集中在兩個(gè)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(gè)支撐軸在之前的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中已經(jīng)設(shè)置了加強(qiáng)版，在一定程度上增加了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。將這個(gè)最大應(yīng)力值作為下一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)。在經(jīng)過相應(yīng)的計(jì)算之后，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度的安全系數(shù)大于1.3，就能夠證明這一工程車輛車架的強(qiáng)度設(shè)計(jì)符合其工作需求。

5 結(jié)束語

針對(duì)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(fā)揮自身的實(shí)際功能、價(jià)值，還能延長(zhǎng)自身的使用年限，為各企事業(yè)單位帶來最大化的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。除此之外，作為維修人員，要結(jié)合實(shí)際工程車輛車架的使用情況，制定符合實(shí)際的維修方案，及時(shí)消除工程車輛車架存在的故障問題。積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)手段，加強(qiáng)對(duì)工程車輛的損傷原因的研究，保證工程車輛能夠安全、穩(wěn)定的工作。