基于多工況下的工程自卸車貨箱可靠性試驗方法研究

摘要：工程自卸車的貨箱可靠性直接影響車輛的使用壽命及客戶運營效率，開展貨箱可靠性試驗方法的研究具有重要意義。由此，識別了自卸車主要運營工況，定義了工況模型和評價參數(shù)，并通過兩種試驗方案進行實車對比，結(jié)果表明改進后的試驗方法更加真實反映設(shè)計指標達成性。

關(guān)鍵詞：多場景；工程自卸車；貨箱；可靠性；試驗方法

中圖分類號：U469.4 收稿日期：2024-10-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.015

1 前言

工程自卸車貨箱作為整車關(guān)鍵部件之一，作業(yè)期間常行駛在非鋪裝道路并承受來自于路面的不規(guī)則沖擊（常規(guī)工況），此外還會遇到挖機拍料、石塊掉落、挖機扒挖等其他工況（專用工況）［1-2］，多種工況交替變化易導(dǎo)致貨箱變形、焊縫開裂等可靠性問題［3］。行業(yè)內(nèi)關(guān)于貨箱的可靠性試驗方法較為單一，多采用常規(guī)工況下的滿載長里程道路試驗[4]（如裝載35 t行駛7 000 km）。常規(guī)試驗方法因只模擬部分自卸車實際運營工況，表現(xiàn)出試驗無問題但實際運營時貨箱問題頻發(fā)的現(xiàn)象，不能真實驗證產(chǎn)品設(shè)計和制造質(zhì)量。

本文提出了多工況下貨箱可靠性試驗驗證方法，對貨箱的常規(guī)和專用工況進行定義，并轉(zhuǎn)化可量化、可評價的試驗方法[1]。本文提出的試驗方法可為自卸車產(chǎn)品的可靠性分析驗證提供有益參考。

2 自卸車工況描述

2.1 常規(guī)工況：非鋪裝道路

自卸車常行駛在非鋪裝軟基路面，對于貨箱底板焊縫的疲勞強度影響很大，容易造成底板的疲勞開裂。為模擬該工況，車輛通常在指定的非鋪裝路面開展?jié)M載長里程驗證試驗（一般為裝載35 t，行駛7 000 km），工況如圖1所示。

2.2 專用工況：挖機拍料

自卸車在裝載松軟介質(zhì)時（土類等），客戶為提高運營效益，裝載完成后通常使用挖機進行拍實，以實現(xiàn)多裝載、不拋撒。拍實過程中貨箱側(cè)面承受介質(zhì)側(cè)向擠壓力，當貨箱剛度設(shè)計不足或焊接不良時，可引起貨箱變形、焊縫開裂問題，如圖2所示。

2.3 專用工況：石塊跌落

挖機裝載石塊、建筑水泥等大塊物料時，由貨箱的中間位置開始裝料，物料距貨箱側(cè)板上沿約0.5 m處。貨箱底板中部承受較大沖擊力，易造成底板橫梁焊縫開裂、底板凹坑（嚴重時擊穿）等問題，如圖3所示。

2.4 專用工況：挖機推車

軟基路面下車輛上坡起步時，經(jīng)常需挖機輔助推車脫困。貨箱尾門受到挖斗縱向推力，可能導(dǎo)致尾門變形或焊縫開焊問題，如圖4所示。

2.5 專用工況：挖機扒挖

運輸粘性介質(zhì)情況下，貨箱舉升后，物料粘度較大，產(chǎn)生積料。用戶采用挖機輔助卸料。挖機對底板產(chǎn)生沖擊，易造成底板橫梁位置開裂，甚至主板開裂、破洞，試驗如圖5所示。

3 試驗工況定義

3.1 工況定義及控制參數(shù)

為確保本試驗方法的標準化和可重復(fù)驗證，對常規(guī)工況、專用工況進行規(guī)范定義（表1），常規(guī)工況需明確道路場景、裝載量、裝載介質(zhì)、行駛里程等參數(shù)，專用工況需定義挖機拍擊力，石塊重量、掉落高度、尾門推力等參數(shù)。

3.2 評價指標定義與測量

評價指標定義為各工況下貨箱側(cè)板和底板最大變形量，以及潛在危險點最大應(yīng)力及交變應(yīng)力幅。利用有限元仿真手段，可提前預(yù)判潛在風險點[2]，并通過應(yīng)變片予以測量。根據(jù)筆者經(jīng)驗，貨箱側(cè)板中部、底板中部橫梁、底板翻轉(zhuǎn)座附近等位置為高風險點，需予以重點關(guān)注。

4 實測對比驗證

根據(jù)上述試驗工況定義，本文對比了常規(guī)工況和專用工況各測點最大變形量和最大應(yīng)力[3]，驗證結(jié)果如表2和表3所示。

a.常規(guī)試驗方法實車驗證結(jié)果：實車經(jīng)7 000 km非鋪裝路面試驗，檢查車輛各部件及焊縫位置，未發(fā)現(xiàn)變形、焊縫開裂等故障問題。

b.常規(guī)工況+專用工況驗證結(jié)果：實車進行專用工況試驗，檢查車輛各部件及焊縫位置，出現(xiàn)底板橫梁位置個別焊縫開裂，同時貨箱中部出現(xiàn)5 mm左右的漲箱變形，底板主板出現(xiàn)3 mm凹坑（石塊砸落造成）。

從兩種方案對比可知：改進后的試驗方法更能真實反映貨箱的設(shè)計和制造質(zhì)量，不失為一種更合理的貨箱可靠性驗證方法。

5 結(jié)語

為有效評估工程自卸車設(shè)計和制造可靠性，本文提出了多工況場景下的貨箱可靠性分析與驗證方法，對試驗方法和控制參數(shù)進行了定義和明確，同時以實車對比測試模式比較兩種方案的差異。試驗結(jié)果表明，改進后的試驗方法能夠更加契合實際使用工況，試驗結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)更加真實反映設(shè)計指標達成性。通過此試驗方法，企業(yè)可有效識別貨箱潛在的設(shè)計質(zhì)量風險，減少用戶營運損失。

參考文獻：

[1]楊志華.汽車試驗方法［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[2]李勇，李文超.基于ANSYS Workbench的重型自卸車貨箱底板有限元分析及結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報，2018，32（12）：7-13.

[3]李慧亮，羅玉梅.基于有限單元法自卸車貨箱不同工況承載分析［J］.機械設(shè)計與制造，2023（12）：181-185.

[4]李慧，曹金山.試驗室中的道路試驗—重型商用車試驗方法［J］.重型汽車，2009年（2）：11-14.

作者簡介：

黃志，男，1982年生，高級工程師，研究方向為車輛系統(tǒng)動力學(xué)。

康樹堂（通訊作者），男，1982年生，工程師，研究方向為機械工程。