軍用越野汽車液壓翻轉(zhuǎn)備輪架輕量化設(shè)計(jì)

屈英賢

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

軍用越野汽車液壓翻轉(zhuǎn)備輪架輕量化設(shè)計(jì)

屈英賢

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

∶汽車輕量化是降低能耗、減少排放的最有效措施之一，有利于改善汽車的動(dòng)力性、舒適性和操縱穩(wěn)定性，能有效減輕汽車自重，是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排最直接而有效的手段，是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向之一，對汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。文章對軍用越野汽車液壓翻轉(zhuǎn)備輪架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，將空心型鋼結(jié)構(gòu)的型材更改為槽鋼結(jié)構(gòu)的型材，對零部件截面尺寸、壁厚等參數(shù)更改，在保證液壓翻轉(zhuǎn)備輪架強(qiáng)度和安全性能前提下，有效減輕液壓翻轉(zhuǎn)備輪架自重，并進(jìn)行ANSYS分析、臺(tái)架試驗(yàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證。

∶輕量化；液壓備輪架；槽鋼

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.027

CLC NO.: U463.92Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-73-03

引言

汽車輕量化，就是在保證汽車強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能減輕汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，降低能耗和污染物的排放?？茖W(xué)調(diào)查證明，汽車質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，排放可降低5%～6%，在能源日趨緊張，環(huán)境壓力加劇的情況下，輕量化已經(jīng)成為汽車工業(yè)的重要課題。

汽車產(chǎn)品的輕量化是一系統(tǒng)工程，涉及汽車產(chǎn)品本身每個(gè)組成部分，而結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化是應(yīng)用最早，也是應(yīng)用最成熟的一種汽車輕量化技術(shù)。它一般以汽車零部件的尺寸如沖壓件的壁厚、梁截面尺寸、減重孔的尺寸等參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以滿足不同工況下的剛度、強(qiáng)度、振動(dòng)等。

本文基于軍品越野汽車輕量化的要求對液壓翻轉(zhuǎn)備輪架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)和分析，并進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證。

1、液壓翻轉(zhuǎn)備輪架工況簡介

液壓翻轉(zhuǎn)備輪架主要用于安置備輪，在需要更換輪胎時(shí)實(shí)現(xiàn)備輪升降的功能，但是由于客戶的不同的需求和整車的布置需要，空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱甚至上裝的某些總成等要固定在備輪架上，并且要求使用及操作方便、安全。

備輪的翻轉(zhuǎn)是通過操縱控制閥總成使助力缸無桿腔充油與有桿腔充油兩種狀態(tài)之間的切換，實(shí)現(xiàn)備輪的翻轉(zhuǎn)。而備輪翻轉(zhuǎn)動(dòng)力來自于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，備輪架控制閥總成的油路與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連在一起，通過來自轉(zhuǎn)向油泵的壓力油經(jīng)過控制閥總成來驅(qū)動(dòng)助力缸，助力缸推動(dòng)或者拉動(dòng)備輪架分裝總成的翻轉(zhuǎn)架總成，從而使備輪進(jìn)行下降和上升，方便、快速的更換輪胎。

2、液壓翻轉(zhuǎn)備輪架輕量化設(shè)計(jì)

2.1輕量化設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則

液壓翻轉(zhuǎn)備輪架輕量化設(shè)計(jì)必須做到“性能-重量-價(jià)格”兼顧，具體要求如下：

1）保證不影響整車的布置需要，空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱甚至上裝的某些總成等要固定在備輪架上零部件的安裝不受影響。

2）保證液壓翻轉(zhuǎn)備輪架性能不受影響的前提下最大程度地減輕各零部件質(zhì)量，并努力謀求高功率、高可靠性、低振動(dòng)等性能。

3）在液壓翻轉(zhuǎn)備輪架減輕重量、降低能耗、減少排放的同時(shí)，進(jìn)行優(yōu)化價(jià)值分析，找到功率和價(jià)值的平衡點(diǎn)。

4）在生產(chǎn)制造方面，零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化后要確保制作簡單、具有良好的可成形性、可聯(lián)接性和涂裝性。

2.2輕量化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化是應(yīng)用最早，也是應(yīng)用最成熟的一種汽車輕量化技術(shù)，包括零件結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化等。液壓翻轉(zhuǎn)備輪架輕量化設(shè)計(jì)就是將備輪架分裝總成中橫梁總成、立柱總成等部分部件由空心型鋼（J70×50× 5-GB/T6728-2002）更改為規(guī)格相近的槽鋼（80×43× 5-GB/T706-2008）、槽鋼（50×37×4.5-GB/T706-2008）等，更改零部件的尺寸如零件截面尺寸、壁厚等參數(shù)，有效減輕液壓翻轉(zhuǎn)備輪架自重，且保證液壓翻轉(zhuǎn)備輪架強(qiáng)度和安全性能，以滿足液壓翻轉(zhuǎn)備輪架在整車行進(jìn)過程中、備輪翻轉(zhuǎn)工作中等不同的工況下，滿足剛度、強(qiáng)度、振動(dòng)等要求。

通過對液壓翻轉(zhuǎn)備輪架現(xiàn)狀進(jìn)行分析、研究，保證滿足客戶要求和整車布置的需要，保留空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱、以及上裝的總成等固定在備輪架分裝總成的安裝位置不變，對備輪架分裝總成的結(jié)構(gòu)和使用條件進(jìn)行分析，結(jié)合三維建模理論對備輪架分裝總成進(jìn)行一定程度的簡化處理，應(yīng)用PRO/E軟件建立三維模型。

3、液壓翻轉(zhuǎn)備輪架結(jié)構(gòu)分析及驗(yàn)證

3.1ANSYS分析

應(yīng)用ANSYS軟件，對空心型鋼結(jié)構(gòu)和槽鋼結(jié)構(gòu)的液壓翻轉(zhuǎn)備輪架進(jìn)行CAE對比分析，對比分析備輪架分裝總成的危險(xiǎn)點(diǎn)和曲柄總成安裝孔位置（如圖1所示）。

圖1　兩種型材結(jié)構(gòu)備輪架ANSYS對比分析圖

3.2臺(tái)架試驗(yàn)

根據(jù)GJB 150.16-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第16部分：振動(dòng)試驗(yàn)》的要求，在8噸DLS-8000-80-12型電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上模擬實(shí)際使用工況下400個(gè)循環(huán)舉升動(dòng)作，檢測輕量化設(shè)計(jì)的槽鋼結(jié)構(gòu)液壓翻轉(zhuǎn)備輪架耐沖擊、震動(dòng)等工況下性能可靠性試驗(yàn)（如圖2所示）。

依據(jù)該車型定遠(yuǎn)試驗(yàn)場道路試驗(yàn)載荷譜數(shù)據(jù)（如圖3所示）進(jìn)行振動(dòng)疲勞耐久試驗(yàn)，檢測槽鋼結(jié)構(gòu)的液壓翻轉(zhuǎn)備輪架耐振動(dòng)疲勞可靠性。

圖2　舉升系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)和臺(tái)架振動(dòng)疲勞試驗(yàn)

圖3　加速道路載荷譜時(shí)域圖

3.3分析、試驗(yàn)結(jié)果

通過CAE分析，可以清晰看到液壓翻轉(zhuǎn)備輪架空心型鋼結(jié)構(gòu)與槽鋼結(jié)構(gòu)兩種狀態(tài)下的最大應(yīng)力點(diǎn)，輕量化槽鋼結(jié)構(gòu)的液壓翻轉(zhuǎn)備輪架更加合理，強(qiáng)度相對空心型鋼結(jié)構(gòu)更好，滿足液壓翻轉(zhuǎn)備輪架的使用和性能要求。

在8噸DLS-8000-80-12型電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)對備輪架分裝總成進(jìn)行400個(gè)循環(huán)的帶載荷舉升、下降試驗(yàn)，備輪架分裝總成各零部件運(yùn)動(dòng)無干涉、各結(jié)構(gòu)件無變形、焊接部位無開裂的現(xiàn)象，各油管接頭處無滲漏現(xiàn)象，滿足使用性要求。

同時(shí)，在8噸DLS-8000-80-12型電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行垂直方向312循環(huán)的道路載荷譜模擬振動(dòng)疲勞試驗(yàn)，通過對備輪架分裝總成載荷譜做加速處理，臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)里程為定遠(yuǎn)試驗(yàn)場綜合路30000km，試驗(yàn)完成后，備輪架分裝總成各構(gòu)件無變形、焊縫開裂等現(xiàn)象，在鉸接接頭位置處存在正常磨損，零部件滿足疲勞設(shè)計(jì)要求，滿足其使用性能，判定為樣品合格。

4、結(jié)論

液壓翻轉(zhuǎn)備輪架輕量化槽鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保留了空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱、以及上裝的總成等固定在備輪架分裝總成上的安裝位置不變，重量減輕13.7%，強(qiáng)度相對空心型鋼結(jié)構(gòu)更好，并安裝于我公司相關(guān)車型在定遠(yuǎn)試驗(yàn)場通過了30000km路試試驗(yàn)，通過試驗(yàn)考核驗(yàn)證，滿足整車使用性能并在公司部分車型大量采用。

[1] 孫靖民等.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,20074.

[2] 張朝暉.ANSYS 12.0機(jī)械與結(jié)構(gòu)有限元分析從入門到精通.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.4.

Lightweight design of the hydraulic turning wheel frame of military off road vehicle

Qu Yingxian
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200)

Lightweight of automobile is to reduce energy consumption, to reduce emissions of the most effective measures, to improve the car's power, comfort and handling stability, can effectively reduce vehicle weight, is to achieve energy saving and emission reduction of automobile directly and effective means is one of the main directions of the development of the automobile industry, for the sustainable development of automobile industry has important significance. This paper on military off-road vehicle hydraulic turnover by wheel frame lightweight design, the hollow steel structure profiles change for steel structure of the profiles of component section size, wall thickness and other parameters change, under assurance hydraulic turnover by wheel frame strength and safety performance of the premise, effectively reduce the turnover hydraulic spare wheel carrier weight, and ANSYS analysis, bench test and test verification.

lightweight; hydraulic spare wheel rack; pChannel steel

∶U463.92

∶A

∶1671-7988 (2016)09-73-03

屈英賢（1974—），男，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，從事汽車設(shè)計(jì)。