重型商用車駕駛室地板開裂失效分析

張廣會 趙春雨 于浩

摘要：針對匹配平地板駕駛室某重型卡車投放市場后，駕駛室地板出現(xiàn)多起開裂問題，為此作者進(jìn)行了深入的失效分析和原因探究，應(yīng)用疲勞損傷原理，進(jìn)行實(shí)車載荷測試，最后找到了駕駛室地板開裂的原因，并制定了改進(jìn)措施，為商用車駕駛室開發(fā)提供了寶貴經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：平地板駕駛室;載荷測試;開裂;阻尼;疲勞損傷

1 導(dǎo)言

匹配新型平地板駕駛室的某重型牽引車，在投放市場初期，出現(xiàn)多臺駕駛室地板縱梁開裂問題，對新產(chǎn)品的市場口碑造成很大的負(fù)面影響，引起用戶的抱怨和索賠。本文針對商用車平地板駕駛室地板縱梁開裂問題進(jìn)行了原因探究和經(jīng)驗總結(jié)。

2 商用車駕駛室結(jié)構(gòu)型式變化趨勢及風(fēng)險分析

近年來，我國長途物流運(yùn)輸市場發(fā)生了重大變化，一是快遞運(yùn)輸企業(yè)如雨后春筍般崛起;二是我國高速公路網(wǎng)絡(luò)日漸完善，2018年總里程達(dá)14. 26萬公里，規(guī)模世界第一。也正是因為物流運(yùn)輸市場的變化，長途運(yùn)輸?shù)闹髁χ匦桶霋鞝恳囀袌鲂枨笸?，長距離運(yùn)輸?shù)挠脩魧χ匦蛙囻{駛室提出了更高的要求。平地板駕駛室與傳統(tǒng)的凸地板駕駛室相比，因其寬大的空間、良好的室內(nèi)通過性和居住性給卡車司機(jī)一種“移動之家”的感覺，所以商用車駕駛室由原來的凸地板型式逐漸向平地板轉(zhuǎn)化，平地板駕駛室日益成為市場的主流。

同時也應(yīng)注意到，平地板駕駛室雖然有足夠的活動空間和便利性設(shè)計，給駕駛員帶來了舒適感，但舉升機(jī)構(gòu)布置型式也相應(yīng)的發(fā)生了變化，使駕駛室地板所承受的載荷也出現(xiàn)了變化，如果在開發(fā)階段未對平地板駕駛室進(jìn)行系統(tǒng)的DFMEA和載荷測試來規(guī)避可靠性風(fēng)險，就可能會導(dǎo)致新產(chǎn)品投放市場初期出現(xiàn)批量質(zhì)量問題，給企業(yè)造成重大損失。

3 駕駛室地板開裂現(xiàn)象和原因分析

3.1 問題來源及現(xiàn)象

某平地板重型車在試驗場強(qiáng)化路可靠性試驗，行駛至2173km時，駕駛室副駕駛地板下方出現(xiàn)“咕咚咕咚”異響聲，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)駕駛室底部右側(cè)地板縱梁出現(xiàn)開裂，開裂位置在駕駛室后懸置鎖栓支架固定點(diǎn)和駕駛室翻轉(zhuǎn)液壓舉升缸上支點(diǎn)之間。同時期，在江西區(qū)域市場上也出現(xiàn)8臺用戶車駕駛室地板右側(cè)縱梁開裂問題。

3.2初步原因分析

1.從開裂位置判斷：駕駛室地板縱梁開裂均是在右側(cè)發(fā)生，且開裂位置發(fā)生在駕駛室液壓舉升缸上鉸接點(diǎn)與后懸置鎖栓支架之間。

2.從開裂形貌判斷：裂紋在地板縱梁凸條處，屬于疲勞開裂。

3.對實(shí)車工況分析：發(fā)現(xiàn)耐久路行駛過程中，舉升缸會頻繁發(fā)生小幅值的拉壓動作，即“喪動”現(xiàn)象。

綜合以上信息初步判斷地板開裂原因為車輛行駛過程中，駕駛室液壓舉升缸“喪動”動作，對駕駛地板施加了異常載荷。

4 駕駛室地板載荷測試

根據(jù)初步分析，為了驗證推斷結(jié)果并再現(xiàn)問題，對駕駛室地板縱梁的載荷進(jìn)行了實(shí)車測試。具體做法是通過對液壓舉升缸推桿貼應(yīng)變片，進(jìn)行應(yīng)力測試，得出行車過程中舉升缸推桿所受的拉壓應(yīng)力，進(jìn)而分析駕駛室地板開裂部位的載荷情況，此項測試在試驗場強(qiáng)化耐久路上進(jìn)行，見圖1-2。

實(shí)車測試：根據(jù)測試結(jié)果，舉升缸推桿最大推力35870N，最大拉力5563N，幅值范圍41433N。這個載荷對駕駛地板屬于非?？捎^的額外載荷，勢必會對駕駛室地板的開裂造成影響。

臺架試驗：同時，對原車舉升缸進(jìn)行了臺架阻尼力試驗，在液壓舉升缸拉壓o-0. 5m/s速度、±20mm行程內(nèi)，產(chǎn)生了超過15000N阻尼力，也進(jìn)一步復(fù)現(xiàn)了“喪動”狀態(tài)，確實(shí)存在阻尼力過大的問題。

5 改進(jìn)措施及效果驗證

針對液壓舉升缸“喪動”過程阻尼力過大的問題進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。

將液壓舉升缸節(jié)流小油管直徑由1.2mm增加至3mm，取消小油管節(jié)流作用，降低“喪動”狀態(tài)壓縮行程的阻尼。然后對改進(jìn)阻尼的新舉升缸進(jìn)行了實(shí)車載荷測試，并與原狀態(tài)的舉升缸載荷進(jìn)行了對比，結(jié)果新舉升缸實(shí)際最大推應(yīng)力3231N，最大拉應(yīng)力2839N，幅值范圍6070N。

從新舊舉升缸受力幅值范圍對比可以看出，改進(jìn)后的舉升缸推桿所受最大推力不到改進(jìn)前的1/10。通過對地板開裂處的時域應(yīng)變數(shù)據(jù)計算損傷值，按耐久路行駛一圈計算，改進(jìn)后地板開裂處的損傷值降低到改進(jìn)前的1/63。同時，最大壓應(yīng)力也大幅下降，見圖3-4，見表1。

改進(jìn)后的液壓舉升缸增加了隨動阻尼力控制指標(biāo)，在用戶車小批量投放后，跟蹤6個月，未再出現(xiàn)駕駛室地板開裂問題，消除了市場質(zhì)量問題，說明失效分析原因明確，改進(jìn)措施有效。

6 關(guān)于商用車駕駛室液壓舉升缸設(shè)計的思考

對于商用車駕駛室，尤其是重型牽引車的平地板駕駛室，液壓舉升缸除了滿足舉升功能和可靠性外，還應(yīng)注意在非舉升工作狀態(tài)下，液壓缸隨駕駛室運(yùn)動會產(chǎn)生“喪動”現(xiàn)象，出現(xiàn)異常載荷。即，設(shè)計技術(shù)要求應(yīng)對液壓缸隨駕駛室運(yùn)動的隨動阻尼指標(biāo)進(jìn)行控制，并對供應(yīng)商供貨質(zhì)量一致性進(jìn)行管理，避免液壓舉升缸給駕駛室施加額外載荷，成為駕駛室“第五”懸置，造成駕駛室地板出現(xiàn)疲勞開裂。

參考文獻(xiàn)：

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