半掛車車架開裂問(wèn)題及優(yōu)化設(shè)計(jì)

林章

摘? 要：半掛車作為交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展過(guò)程中較為重要的組成部分，其運(yùn)輸安全問(wèn)題一直倍受社會(huì)各界的關(guān)注。文章重點(diǎn)對(duì)半掛車車架開裂問(wèn)題類型及產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，同時(shí)提出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，旨在為半掛車運(yùn)輸安全提供相關(guān)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：半掛車;車架開裂;類型;原因;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463.32 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）17-0086-02

Abstract： As an important part of the development of transportation industry， semi-trailer has attracted much attention from all walks of life. This paper focuses on the analysis of the types and causes of the cracking of the semi-trailer frame， and puts forward the corresponding measures for optimization design in order to provide the relevant basis for the transportation safety of the semi-trailer.

Keywords： semi-trailer; frame cracking; type; reason; optimal design

運(yùn)輸業(yè)一直都是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中較為重要的一個(gè)行業(yè)，對(duì)于運(yùn)輸業(yè)而言，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)效發(fā)展的背景下，其也在較大程度上得到飛速的發(fā)展。作為現(xiàn)階段運(yùn)輸業(yè)運(yùn)輸大宗商品物流的主要形式，其安全問(wèn)題一直都倍受關(guān)注。在半掛車執(zhí)行運(yùn)輸操作過(guò)程中，其最為常見的一類安全性問(wèn)題就是車架開裂問(wèn)題。導(dǎo)致車架開裂問(wèn)題出現(xiàn)的原因有很多，如何有效預(yù)防半掛車車架開裂，然后在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)我國(guó)運(yùn)輸業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也成為了現(xiàn)階段運(yùn)輸行業(yè)關(guān)注的一項(xiàng)重點(diǎn)?；诖?，本文也就半掛車車架開裂問(wèn)題及優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析。

1 半掛車車架及其設(shè)計(jì)概述

1.1 半掛車車架結(jié)構(gòu)形式概述

半掛車車架是汽車主要的受力件，是這個(gè)半掛車的承載機(jī)體，在保證半掛汽車安全作業(yè)方面發(fā)揮著非常重要的作用。隨著現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)、制造技術(shù)以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，半掛車車架結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生著相應(yīng)改進(jìn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在半掛車設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將邊框式設(shè)計(jì)應(yīng)用其中，并同時(shí)對(duì)車架的組成部分進(jìn)行了整改，比如橫梁、縱梁、邊梁以及支撐梁等等，這樣一來(lái)，半掛車車架趨于輕量化，這樣對(duì)提升車輛形式的靈活性及穩(wěn)定性有著非常積極的意義。但是，在現(xiàn)代新型半掛車車架結(jié)構(gòu)形式方面，其尺寸和結(jié)構(gòu)并未發(fā)生太大的改變，更多的是對(duì)其使用材料、縱梁進(jìn)行了整改，這樣對(duì)于其結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量的提升產(chǎn)生著非常積極的影響。

1.2 半掛車車架開裂類型及其危害概述

在現(xiàn)階段我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，大宗商品的運(yùn)輸更多的是以半掛車為主，并且均為新型的半掛車輛。盡管在新型半掛車輛較之傳統(tǒng)的半掛車輛具有著更為突出的優(yōu)勢(shì)，但是在長(zhǎng)期的運(yùn)輸過(guò)程中，其也不可避免的存在一些質(zhì)量問(wèn)題。很多半掛車司機(jī)反映，車架在實(shí)際的運(yùn)輸途中往往會(huì)出現(xiàn)裂紋，尤其是鵝頸部，這樣一來(lái)，就會(huì)對(duì)整個(gè)半掛車運(yùn)輸任務(wù)的順利完成產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，不僅如此，如果不能及時(shí)進(jìn)行處理，還會(huì)對(duì)司機(jī)及車主的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。如果半掛車車架開裂成為一種常態(tài)，則會(huì)對(duì)整個(gè)交通運(yùn)輸業(yè)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

1.3 半掛車車架設(shè)計(jì)概述

對(duì)于半掛車而言，在其車架設(shè)計(jì)過(guò)程中，現(xiàn)階段通常會(huì)用相關(guān)的有限元模型對(duì)其進(jìn)行模擬計(jì)算和處理。這種有限元模式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)車架結(jié)構(gòu)的模擬操作，例如橫梁、縱梁、支撐梁、邊梁以等等，并且其可以精確到10mm，這樣對(duì)于保證車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算精度有著非常積極的作用。此外，有限元模型還可以對(duì)鋼板彈簧進(jìn)行模擬操作，通過(guò)相關(guān)設(shè)計(jì)軟件對(duì)車架鋼板彈簧進(jìn)行精密的計(jì)算，并根據(jù)實(shí)際的計(jì)算結(jié)果對(duì)其彈性模量強(qiáng)度進(jìn)行有效的調(diào)整，在實(shí)際的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過(guò)程中，還應(yīng)保證模擬操作中的彈簧剛度與車架鋼板彈簧剛度相一致?，F(xiàn)階段我國(guó)的半掛車車架通常會(huì)使用T7001高強(qiáng)度鋼材料為主要結(jié)構(gòu)材料，其彈性模量值為E=2.06E6MPa，泊松比γ=0.29，除了有特殊要求的半掛車車架設(shè)計(jì)，其他的車架基本都會(huì)按照上述參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

2 半掛車車架自由模態(tài)操作演示概述

在半掛車執(zhí)行運(yùn)輸作業(yè)過(guò)程中，車架往往會(huì)出現(xiàn)不同的激振頻率范圍，并同時(shí)對(duì)車架產(chǎn)生一定的影響。通常來(lái)講，不同的振源振動(dòng)對(duì)于車架的影響效果也不盡相同，即：振源位置越遠(yuǎn)，其對(duì)于車架的影響越小。大量的研究與實(shí)驗(yàn)證明，在半掛車運(yùn)輸過(guò)程中，車架所受到的影響效果除了激振頻率外，還極易受到激振力分布位置的影響。因此，在對(duì)半掛車車架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 做好車架頻段的計(jì)算對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案也同樣產(chǎn)生著非常深遠(yuǎn)的影響。在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)及制造人員應(yīng)首先從多個(gè)方面考慮，同時(shí)綜合影響車架安全的多個(gè)因素，比如車輛在路面的形式速度、路面條件狀況、車輛其他部位實(shí)際情況等等;其次，對(duì)于綜合后的影響因素進(jìn)行分析研究，同時(shí)對(duì)自由模態(tài)分析計(jì)算頻段進(jìn)行選擇，最終完成車架自由模態(tài)操作演示，通常來(lái)講，車架自由模態(tài)計(jì)算頻段為0-100。

3 半掛車車架剛性力度分析

對(duì)于半掛車而言，導(dǎo)致其車架開裂非常重要的一個(gè)因素就是半掛車車架的剛度水平，因此，在對(duì)半掛車車架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，做好其車架剛性力度相關(guān)參數(shù)的分析和研究工作，也是設(shè)計(jì)過(guò)程中非常重要的一項(xiàng)工作?，F(xiàn)階段對(duì)于半掛車車架強(qiáng)度的分類標(biāo)準(zhǔn)有很多，對(duì)于其剛性力度的劃分主要分為車架彎曲剛度及扭轉(zhuǎn)剛度兩類，在現(xiàn)階段設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于車架剛性力度的分析，也大多是從這兩個(gè)方面入手。

3.1 半掛車車架彎曲度分析

在對(duì)半掛車車架彎曲度進(jìn)行分析時(shí)，其主要方案如下：首先應(yīng)將車架按照縱梁與地面垂直狀態(tài)進(jìn)行投影，并將投影點(diǎn)進(jìn)行相互連接，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的支梁構(gòu)造圖;其次，對(duì)于結(jié)構(gòu)圖中的第一條邊和第二條邊分別施加一個(gè)垂直向下的力，這樣車架就會(huì)發(fā)生彎曲變形;最后通過(guò)相應(yīng)的公式對(duì)車架彎曲剛度進(jìn)行計(jì)算，公式為：CB=a3/48×F/f，其中CB代表彎曲剛度，F(xiàn)代表集中載荷，a代表軸距，f代表載荷作用點(diǎn)處的擾度。通過(guò)公式可以幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)車架的有限元結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果進(jìn)行科學(xué)合理的分析，同時(shí)對(duì)車架彎曲剛度的臨界點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，以現(xiàn)代新型概念半掛車而言，其車架彎曲剛度臨界點(diǎn)為8.88E13N·mm，較之傳統(tǒng)的半掛車，其彎曲剛度臨界點(diǎn)下降了40%。通過(guò)計(jì)算可以得出，在半掛車執(zhí)行運(yùn)輸作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)其車架面對(duì)各類因素引起彎曲力度的抵抗能力是相對(duì)較弱的，這樣也就非常容易導(dǎo)致車架出現(xiàn)彎曲斷裂問(wèn)題。

3.2 半掛車車架扭轉(zhuǎn)剛度分析

通常來(lái)講，半掛車車架的剛度水平也同樣是導(dǎo)致半掛車車架開裂的重要因素之一。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要想保證后續(xù)半掛車應(yīng)用的安全性水平，其中做好半掛車車架扭轉(zhuǎn)剛度的分析工作也同樣是非常重要的一個(gè)內(nèi)容。在對(duì)半掛車車架扭轉(zhuǎn)剛度分析過(guò)程中，其主要的分析方案如下：首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在半掛車前車架左邊縱梁上選擇一個(gè)著力點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行垂直投影，然后將垂直投影點(diǎn)作為分析點(diǎn);其次，在半掛車前車架右邊縱梁上選擇一個(gè)著力點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行垂直投影，同樣將垂直投影點(diǎn)作為分析點(diǎn);最后，在半掛車后橋車的垂直倒影點(diǎn)上給予其一個(gè)垂直向上的荷載，這樣就會(huì)使得半掛車車架發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。計(jì)算公式為：CT=L2π/180×F/h，其中CT代表扭轉(zhuǎn)剛度，F(xiàn)代表集中載荷，L代表力臂，h代表載荷作用點(diǎn)擾度。應(yīng)用公式對(duì)結(jié)構(gòu)車架有限元結(jié)構(gòu)模擬法進(jìn)行分析，計(jì)算出扭轉(zhuǎn)剛度臨界點(diǎn)為CT=1.23E8N·mm，較之傳統(tǒng)半掛車車架，其差異為40%。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代半掛車車架在抵抗各類因素引起扭轉(zhuǎn)力度方面也相對(duì)較弱，這也是引發(fā)半掛車車架開裂的主要原因之一。

4 半掛車車架設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

4.1 提升車架鵝頸處設(shè)計(jì)質(zhì)量

基于上述的數(shù)據(jù)分析及導(dǎo)致半掛車車架開裂的主要原因，筆者認(rèn)為，在對(duì)既有設(shè)計(jì)方案優(yōu)化過(guò)程中，提升車架鵝頸處的設(shè)計(jì)質(zhì)量就是其中非常重要的一個(gè)策略。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鵝頸部位是半掛車車架受力程度最為嚴(yán)重的部位。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案優(yōu)化時(shí)，也同樣應(yīng)根據(jù)車架鵝頸處的具體特征，有針對(duì)性的加強(qiáng)對(duì)于該部位的設(shè)計(jì)質(zhì)量。具體優(yōu)化方案為：提升鵝頸處腹板參數(shù)，以此來(lái)保證車架鵝頸處抗彎曲剛度的能力水平，以此有效避免車架在運(yùn)輸過(guò)程中頻繁出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

4.2 增加折彎板、腹板以及下翼板的參數(shù)

通過(guò)上述的分析可以發(fā)現(xiàn)，新型半掛車車架抗彎曲能力相對(duì)較弱，因此，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)折彎板、腹板以及下翼板相關(guān)參數(shù)進(jìn)行增加，使之局部抗彎曲能力增強(qiáng)，這樣一來(lái)，也可以在較大程度上避免半掛車車架斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。

4.3 有針對(duì)性的增加半掛車車架兩側(cè)、腹板及上下翼板參數(shù)

在半掛車車架設(shè)計(jì)過(guò)程中，有針對(duì)性的對(duì)半掛車車架兩側(cè)、腹板及上下翼相關(guān)參數(shù)進(jìn)行提升，也是現(xiàn)階段優(yōu)化設(shè)計(jì)方案較為重要的一項(xiàng)舉措。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)半掛車車架兩側(cè)、腹板及上下翼相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有針對(duì)性的提升，可以在較大程度上提高其彎曲剛度及抗彎曲能力，這樣就可以有效的避免車架開裂現(xiàn)象的發(fā)生。

綜上所述，半掛車作為我國(guó)長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中運(yùn)用大宗商品的重要運(yùn)輸工具，在我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用。但是在其實(shí)際的運(yùn)輸作業(yè)過(guò)程中，半掛車車架開裂是其中尤為突出的一項(xiàng)安全問(wèn)題，一旦出現(xiàn)車架斷裂，將會(huì)給整個(gè)運(yùn)輸安全帶來(lái)嚴(yán)重的影響。只有在實(shí)際的半掛車設(shè)計(jì)過(guò)程中做好相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，并采取相應(yīng)的措施對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，才能更好地解決半掛車車架開裂問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)我國(guó)運(yùn)輸業(yè)的長(zhǎng)效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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