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

        2018-10-22 08:39:22齊淼黨龍王蘭申建乎趙長城李榮梅
        汽車實用技術(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的作用,通過結(jié)構(gòu)中的彈性元件實現(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)濟發(fā)展,面對國外高品質(zhì)重卡的市場沖擊,國內(nèi)重卡主機廠愈加重視舒適性、安全性、可靠性。本文以某重型卡車駕駛室后懸置為研究對象,以實際工況結(jié)構(gòu)分析,利用 Hyper Works軟件平臺建立有限元靜態(tài)分析模型,通過與原結(jié)構(gòu)的對比分析,證明優(yōu)化改進后的支架結(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)化設計需求來源

        該重卡卡車駕駛室后懸置結(jié)構(gòu)簡單,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,導致橫向擺動幅度較大,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,易導致后懸置液壓鎖、減震器損壞率的上升。

        對該后懸置支架進行臺架試驗,實驗方法如下:

        1.1 針對液壓鎖、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,測量鎖銷中心點的位移。

        (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,測量鎖銷中心點的位移。

        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,測量鎖銷中心點的位移。

        實驗所得結(jié)果如下圖:

        圖1 臺架試驗位移曲線

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

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

        單測液壓鎖向外加載:當受75kg的力時,鎖止部位位移為13mm;等效剛度為56.5N/mm。

        實驗數(shù)據(jù)顯示,該支架橫向剛度較小,在轉(zhuǎn)彎等橫向力較大時會引起較大位移,即該后懸置抗側(cè)傾性能較差。

        2 改進方案及結(jié)構(gòu)性能分析

        針對該重卡后懸置支架抗側(cè)傾能力較差的問題,需對該支架進行優(yōu)化改進設計,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)應力較高、焊縫影響外觀及可靠性等缺點。鑄鋼件則在避免以上問題的同時,還可通過不同的熱處理工藝在較大的范圍內(nèi)選擇力學性能和使用性能,并可有效減少加工切削量。基于上述原因,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)支架的基礎上完成鑄件三維數(shù)模繪制。并進行鑄造工藝性、加工可行性分析。按照上文實驗方法,利用HyperWorks軟件對原支架后懸置總成及優(yōu)化支架后的后懸置總成模型進行靜力學分析,將支架在載荷為75KG時的最大應力、載荷加載點最大位移的分析結(jié)果進行對比。

        表1 靜力學分析位移結(jié)果對比

        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 靜力學分析應力結(jié)果對比

        3 優(yōu)化改進方案與原方案對比

        根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)及 HyperWorks軟件分析結(jié)果,改進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,五個零件焊接組成支架總成,改進后支架為單一零件,工時成本、庫存成本、管理成本、轉(zhuǎn)運成本等都可大幅降低。

        3.2 減少風險點

        原結(jié)構(gòu)加工過程較多,會造成加工過程中誤差累計的增加,改進后為鑄件結(jié)構(gòu),僅需機加工處理,零件質(zhì)量控制、焊接過程控制等風險點可以大大減少。

        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

        本文針對某款抗側(cè)傾能力較差的駕駛室后懸置總成進行分析研究,通過改進其支架結(jié)構(gòu)的方式實現(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,改進后的支架,最大位移減小約18%,最大應力減小約00.0.45%,靜態(tài)承載安全系數(shù)同步大幅提高,加工過程風險因素有效減少。

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