晏強(qiáng)，苗永，劉永博，董昭，劉申杰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

某重型商用汽車前牽引裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

晏強(qiáng)，苗永，劉永博，董昭，劉申杰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

一輛重型商用汽車在滿載運(yùn)行過程中，有時(shí)會(huì)遇到需要其它車輛來牽引的情況，且牽引力較大，這就對(duì)商用汽車前牽引裝置的強(qiáng)度和可靠性提出了更高的要求。文章從市場(chǎng)產(chǎn)品質(zhì)量及用戶需求角度出發(fā)，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、CAE仿真分析，對(duì)前牽引裝置的強(qiáng)度和可靠性進(jìn)行了全面提升。

前牽引裝置；強(qiáng)度；可靠性；優(yōu)化設(shè)計(jì)

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.039

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-122-03

引言

重型商用汽車在當(dāng)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著舉足輕重的作用，貨物運(yùn)送的時(shí)效性要求重型商用汽車在運(yùn)行過程中遇到故障需要得到及時(shí)有效的解決。牽引裝置作為汽車基本的自救設(shè)備，能夠正常有效的發(fā)揮牽引作用，對(duì)節(jié)約時(shí)間成本、減少維修成本具有重要意義。

一輛滿載貨物的商用汽車陷入泥潭或低洼路坑，靠自身動(dòng)力已無法前進(jìn)時(shí)，就必須借助其它車輛的牽引來擺脫困境。為了節(jié)約時(shí)間成本，司機(jī)師傅不會(huì)卸載貨物后再牽引，通常在維持貨物原狀態(tài)下直接掛纜繩牽引。此時(shí)，被困車輛處于載重狀態(tài)，加上來自路面的阻力，前來營(yíng)救的車輛只有提供足夠大的牽引力才能使被困車輛前進(jìn)。被困車輛所需的牽引力較大，就對(duì)其牽引裝置的強(qiáng)度和可靠性提出了更高的要求。

1、前牽引裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

某重型商用汽車現(xiàn)行使用的前牽引裝置如圖1所示，牽引銷通過螺紋與牽引底座相連，牽引底座通過螺栓與保險(xiǎn)杠托架相連，保險(xiǎn)杠托架以螺栓方式安裝于汽車底盤車架上。公路版商用汽車因其路況良好、輕載或標(biāo)載運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，通常只配備單側(cè)牽引裝置，并且能夠滿足用戶使用需求。工程版商用汽車由于路況復(fù)雜、重載運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，則需配備左右兩側(cè)雙牽引裝置。由于用戶使用習(xí)慣，左右雙牽引裝置同時(shí)使用時(shí)帶來的操作不便，工程版商用汽車在實(shí)際運(yùn)行過程中，常常是單側(cè)受拉。這就給現(xiàn)行的這套前牽引裝置帶來了壓力，牽引銷螺紋失效、牽引底座破壞和保險(xiǎn)杠托架拉裂等市場(chǎng)問題時(shí)有發(fā)生。圖2為某重型商用汽車現(xiàn)行使用的前牽引裝置CAE仿真分析的結(jié)果，各零件安全因子普遍小于1。

考慮到單側(cè)牽引時(shí)，受拉一側(cè)的縱梁、保險(xiǎn)杠托架等受力較大，局部區(qū)域應(yīng)力集中，故轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思路，改側(cè)向牽引為中置牽引。中置牽引裝置可有效分散牽引力，將牽引力均分到車架兩側(cè)縱梁，實(shí)現(xiàn)左右受力平衡，同時(shí)單個(gè)牽引裝置符合用戶使用習(xí)慣，操作簡(jiǎn)單方便。優(yōu)化后的某重型商用汽車中置牽引裝置如圖3。

1.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

1.2.1 中置牽引裝置

結(jié)合市場(chǎng)發(fā)生的牽引銷螺紋失效問題，將中置牽引裝置的設(shè)計(jì)思路確認(rèn)為螺栓連接方式，即優(yōu)化后的中置牽引裝置不再使用螺紋與牽引底座連接。此結(jié)構(gòu)的好處：一方面避免了牽引銷使用時(shí)反復(fù)擰緊、松解過程帶來的麻煩，僅需通過穿插牽引銷軸即可實(shí)現(xiàn)纜繩的快速安裝；另一方面中置牽引裝置使用螺栓與套裝支架連接，抗拉強(qiáng)度大，即使中置牽引裝置失效，也能實(shí)現(xiàn)零件的快速更換安裝，操作簡(jiǎn)單方便。中置牽引裝置零件如圖4所示。

中置牽引裝置采用抗拉強(qiáng)度較高的鑄鋼材料，提高零件可靠性。在穿插牽引銷軸與牽引纜繩接觸一端，設(shè)計(jì)有翻邊特征，避免纜繩磨壞保險(xiǎn)杠，以達(dá)到保護(hù)保險(xiǎn)杠的作用。另一端設(shè)計(jì)螺栓孔，通過螺栓與套裝支架連接，如圖5所示。中置牽引裝置與保險(xiǎn)杠之間協(xié)同設(shè)計(jì)，預(yù)留螺栓裝配空間，方便螺栓安裝、拆卸，使產(chǎn)品易于維修。

1.2.2 套裝支架

套裝支架連接著中置牽引裝置與一橫梁，起著連接牽引裝置與汽車底盤車架的關(guān)鍵作用。通過套裝支架，原本只能安裝在平面上的中置牽引裝置即可在圓形管梁上安裝，因此套裝支架還起著一個(gè)轉(zhuǎn)換作用。如圖6所示，主視圖中，套裝支架設(shè)計(jì)螺栓孔，通過螺栓螺母與中置牽引裝置相連；左視圖中，套裝支架設(shè)計(jì)有配合圓柱面，與管狀一橫梁套裝焊接，為保證零件之間面面接觸效果良好，圓柱面為機(jī)加工面；俯視圖中，為保證套裝支架與管狀一橫梁之間的連接強(qiáng)度，b值應(yīng)取較大值，但b值過大，配合圓柱面變長(zhǎng)，帶來工藝上加工的麻煩，機(jī)加工刀具伸入距離受到限制，故將套裝支架的配合圓柱面設(shè)計(jì)為兩段式，即a+a的形式，a值在機(jī)加工刀具伸入的有效距離內(nèi)，保證了配合圓柱面的加工工藝性。

1.2.3 管狀一橫梁

某重型商用汽車噸位較大，載重狀態(tài)下需要的牽引力大。中置牽引裝置若安裝于沖壓槽型橫梁上，牽引時(shí)，槽型橫梁易開裂失效。考慮到管狀橫梁抗拉強(qiáng)度優(yōu)于槽型橫梁，故將一橫梁設(shè)計(jì)為管狀橫梁，中置牽引裝置通過套裝支架與一橫梁間接相連。管狀一橫梁總成如圖7所示，由一件中間管梁和兩件連接座組成，連接座設(shè)計(jì)圓形凸臺(tái)特征，伸入管梁內(nèi)部套裝，并與管梁焊接。連接座鑄件設(shè)計(jì)螺栓孔，管狀一橫梁總成通過螺栓與汽車底盤車架相連，將來自牽引裝置的力直接傳遞到車架上。同時(shí)，在某重型商用汽車的應(yīng)用上，將拼焊件保險(xiǎn)杠托架設(shè)計(jì)為強(qiáng)度更大、可靠性更高的鑄造前伸梁，整體提高了汽車底盤件的牽引工況強(qiáng)度。

2、前牽引裝置CAE仿真分析

2.1 有限元模型

本模型以前牽引裝置為對(duì)象，是基于HyperWorks工具的有限元強(qiáng)度分析。以HyperMesh為前處理工具，建立殼單元仿真鈑金、四面體單元仿真鑄件的有限元分析模型。求解器采用Radioss進(jìn)行計(jì)算，后處理工具采用HyperView進(jìn)行分析判斷。

將前牽引裝置與車架相連，車架尾端固定約束，根據(jù)GB/T 28948-2012標(biāo)準(zhǔn)，施加載荷，同時(shí)，加載力的大小和方向參考?xì)W洲較先進(jìn)的有限元分析方案，如圖8所示。

2.1 CAE分析結(jié)果

通過有限元分析模型的建立，計(jì)算得出優(yōu)化后的前牽引裝置各零件應(yīng)力云圖，中置牽引裝置、套裝支架、管狀一橫梁以及前伸梁的強(qiáng)度分析結(jié)果如圖9所示。

3、結(jié)論

通過仿真分析，得出優(yōu)化設(shè)計(jì)的前牽引裝置各零件最小安全因子如表1。

表1 前牽引裝置各零件安全因子

表1數(shù)據(jù)說明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的前牽引裝置在強(qiáng)度、可靠性方面較原產(chǎn)品有較大提升，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。通過試制驗(yàn)證，該裝置裝配工藝性良好。 同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的產(chǎn)品重量與原產(chǎn)品基本持平，生產(chǎn)成本較原產(chǎn)品有適當(dāng)降低。本次優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期效果，解決了市場(chǎng)難題。

[1] 商用車輛前端牽引裝置.GB/T 28948-2012.

Optimization Design Of Front Towing Attachment For Heavy Commercial Vehicle

Yan Qiang, Miao Yong, Liu Yongbo, Dong Zhao, Liu Shenjie
( Shaanxi Heavy-duty truck Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

A heavy commercial vehicle in full load running, sometimes need other vehicles to pull with a huge force. It puts forward higher requirements for the strength and reliability of commercial vehicle front towing attachment. In this paper, from the perspective of product quality and customer demand, through structure optimization design and CAE analysis, the strength and reliability of front towing attachment are comprehensively promoted.

Front Towing Attachment; Strength; Reliability; Optimal Design

U462.1

A

1671-7988(2016)10-122-03

晏強(qiáng)（1986-），男，中級(jí)工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，從事總布置設(shè)計(jì)工作。