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        一款重卡駕駛室后懸置支架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2018-10-22 08:39:22齊淼黨龍王蘭申建乎趙長城李榮梅
        汽車實(shí)用技術(shù) 2018年19期
        關(guān)鍵詞:減震器駕駛室重卡

        齊淼,黨龍,王蘭,申建乎,趙長城,李榮梅

        (陜西萬方汽車零部件有限公司,陜西 西安 710200)

        前言

        重型卡車駕駛室懸置的主要功能是通過前、后懸置支架與車架、駕駛室本體連接來支撐起駕駛室,利用彈性元件和減震器起到緩沖震動(dòng)的作用,通過結(jié)構(gòu)中的彈性元件實(shí)現(xiàn)防止車身在轉(zhuǎn)向等行駛工況下發(fā)生的側(cè)向傾斜。

        隨著汽車工業(yè)的不斷完善與發(fā)展,重型卡車駕駛員對(duì)卡車舒適性、安全性和可靠性等要求不斷提高。另外隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展,面對(duì)國外高品質(zhì)重卡的市場(chǎng)沖擊,國內(nèi)重卡主機(jī)廠愈加重視舒適性、安全性、可靠性。本文以某重型卡車駕駛室后懸置為研究對(duì)象,以實(shí)際工況結(jié)構(gòu)分析,利用 Hyper Works軟件平臺(tái)建立有限元靜態(tài)分析模型,通過與原結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析,證明優(yōu)化改進(jìn)后的支架結(jié)構(gòu)的可行性與有效性,及在駕駛室懸置系統(tǒng)性能要求方面的提升。

        1 優(yōu)化設(shè)計(jì)需求來源

        該重卡卡車駕駛室后懸置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,利于整車布置,左右支撐內(nèi)部空間最大化。但是該結(jié)構(gòu)抗左右偏擺能力較差,未采用橫向減震器,導(dǎo)致橫向擺動(dòng)幅度較大,抗駕駛室側(cè)傾的能力較差,目前表現(xiàn)為駕駛室舒適性差,易導(dǎo)致后懸置液壓鎖、減震器損壞率的上升。

        對(duì)該后懸置支架進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方法如下:

        1.1 針對(duì)液壓鎖、減震器及支架系統(tǒng)

        (1)單側(cè)固定,另一側(cè)在鎖銷中心橫向向內(nèi)分別加載37.6KG、70KG、100KG的載荷,測(cè)量鎖銷中心點(diǎn)的位移。

        (2)單側(cè)固定,另一側(cè)在鎖銷中心橫向向外分別加載37.6KG、70KG、100KG的載荷,測(cè)量鎖銷中心點(diǎn)的位移。

        1.2 單側(cè)支架

        單側(cè)支架總成固定,在液壓鎖鎖銷中心向外分別加載37.6KG、70KG、100KG的載荷,測(cè)量鎖銷中心點(diǎn)的位移。

        實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果如下圖:

        圖1 臺(tái)架試驗(yàn)位移曲線

        橫向向內(nèi)加載:當(dāng)受 75kg的力時(shí),鎖止部位位移為11mm;等效剛度為66.8N/mm。

        橫向向外加載:當(dāng)受 75kg的力時(shí),鎖止部位位移為11mm;等效剛度為66.8N/mm。

        單測(cè)液壓鎖向外加載:當(dāng)受75kg的力時(shí),鎖止部位位移為13mm;等效剛度為56.5N/mm。

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,該支架橫向剛度較小,在轉(zhuǎn)彎等橫向力較大時(shí)會(huì)引起較大位移,即該后懸置抗側(cè)傾性能較差。

        2 改進(jìn)方案及結(jié)構(gòu)性能分析

        針對(duì)該重卡后懸置支架抗側(cè)傾能力較差的問題,需對(duì)該支架進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì),以提高懸置系統(tǒng)抗側(cè)傾能力,提升駕駛室舒適性及安全性。

        該支架為拼焊總成,焊接結(jié)構(gòu)存在焊接過程中易變形、焊接過程內(nèi)應(yīng)力較高、焊縫影響外觀及可靠性等缺點(diǎn)。鑄鋼件則在避免以上問題的同時(shí),還可通過不同的熱處理工藝在較大的范圍內(nèi)選擇力學(xué)性能和使用性能,并可有效減少加工切削量?;谏鲜鲈?,確定更改方案為鑄件結(jié)構(gòu)替代焊接結(jié)構(gòu)。

        圖2 位移分析結(jié)果

        保證減震器、液壓鎖及與車架連接方案不變的前提下,在原拼焊結(jié)構(gòu)支架的基礎(chǔ)上完成鑄件三維數(shù)模繪制。并進(jìn)行鑄造工藝性、加工可行性分析。按照上文實(shí)驗(yàn)方法,利用HyperWorks軟件對(duì)原支架后懸置總成及優(yōu)化支架后的后懸置總成模型進(jìn)行靜力學(xué)分析,將支架在載荷為75KG時(shí)的最大應(yīng)力、載荷加載點(diǎn)最大位移的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

        表1 靜力學(xué)分析位移結(jié)果對(duì)比

        在加載載荷、約束等外部條件完全一致的情況下,原結(jié)構(gòu)與改進(jìn)后結(jié)構(gòu)在HyperWorks軟件中的分析結(jié)果如下:

        圖3 受力分析結(jié)果

        表2 靜力學(xué)分析應(yīng)力結(jié)果對(duì)比

        3 優(yōu)化改進(jìn)方案與原方案對(duì)比

        根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及 HyperWorks軟件分析結(jié)果,改進(jìn)后鑄件支架懸置總成在受力、支架剛度等方面比原焊接結(jié)構(gòu)有大幅提升。

        圖4 支架原模型與優(yōu)化后模型對(duì)比

        3.1 降低零件生產(chǎn)成本

        原結(jié)構(gòu)為鈑金拼焊件,五個(gè)零件焊接組成支架總成,改進(jìn)后支架為單一零件,工時(shí)成本、庫存成本、管理成本、轉(zhuǎn)運(yùn)成本等都可大幅降低。

        3.2 減少風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

        原結(jié)構(gòu)加工過程較多,會(huì)造成加工過程中誤差累計(jì)的增加,改進(jìn)后為鑄件結(jié)構(gòu),僅需機(jī)加工處理,零件質(zhì)量控制、焊接過程控制等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)可以大大減少。

        3.3 抗偏擺性能提高

        相比于原結(jié)構(gòu)的鈑金拼焊結(jié)構(gòu),改進(jìn)后的精鑄件結(jié)構(gòu)在抗左右偏擺能力上有很大提升。

        4 結(jié)論

        本文針對(duì)某款抗側(cè)傾能力較差的駕駛室后懸置總成進(jìn)行分析研究,通過改進(jìn)其支架結(jié)構(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)該懸置的性能提升。在不影響相關(guān)零部件裝配、使用的前提下,將原支架鈑金拼焊結(jié)構(gòu)更改為精鑄件結(jié)構(gòu)。HyperWorks軟件分析結(jié)果表明,改進(jìn)后的支架,最大位移減小約18%,最大應(yīng)力減小約00.0.45%,靜態(tài)承載安全系數(shù)同步大幅提高,加工過程風(fēng)險(xiǎn)因素有效減少。

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