重型載重車用鑄造橋殼質(zhì)量改進

龐晟　張壯　楊博華

摘 要：由于重型載重車承載力大且使用工況惡劣，導致鑄造橋殼在大面螺紋孔處、墊壓板旁出現(xiàn)開裂和連接板滑扣等故障模式，嚴重影響客戶正常使用，同時使售后維修及索賠成本增大;文章針對鑄造橋殼在使用過程中的失效模式，對原有結(jié)構(gòu)進行質(zhì)量改進，在原有技術(shù)及結(jié)構(gòu)之上進行了優(yōu)化設(shè)計，從而大大降低了鑄造橋殼的故障率，最大程度的提高了橋殼的使用壽命。

關(guān)鍵詞：重型載重車;鑄造橋殼;質(zhì)量改進

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）11-231-03

Abstract：?Because the bearing and working conditions of heavy truck are terrible， the cast axle housing has some failure modes such as cracking at the threaded hole on the large surface and beside the cushion plate and sliding buckle of the connecting plate， which seriously affects the normal use of customers and increases the cost of after-sales maintenance and claim. In this paper， the quality of the original structure is improved according to the failure mode of the cast axle housing during use， and the original technology and structure are optimized， thus greatly reducing the failure rate of the cast axle housing and prolonging the service life of the axle housing to the greatest extent.

Keywords： Heavy truck;?Cast axle housing;?Quality improvement

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-231-03

前言

隨著我國經(jīng)濟快速增長，我國重型載重車行業(yè)也得到大力發(fā)展，在工程建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。但由于重型載重車承載大、道路工況惡劣（多為工地和土坑），在使用過程中承載系統(tǒng)的一些重要零件結(jié)構(gòu)強度很難達到使用需求。鑄造橋殼在整車上起承載作用，橋殼開裂、滑扣等失效模式造成車輛不能正常行駛，維修更換復雜，維修成本高，且車輛在正常行駛中發(fā)生斷裂，易偏離原有行駛軌道，存在嚴重安全風險，橋殼故障次數(shù)的增加會造成后市場不良影響，引起終端客戶抱怨。

目前重型載重車用鑄造橋殼主要由于承載大和工況惡劣而導致大面螺紋孔處、墊壓板旁出現(xiàn)開裂和連接板滑扣，如圖1、圖2和圖3所示。

鑄造橋殼故障率統(tǒng)計如圖4所示，鑄造橋殼售后平均故障率為0.165%，相對較高。

根據(jù)鑄造橋殼故障率統(tǒng)計可知：鑄造橋殼開裂和滑扣問題數(shù)量呈明顯波動上升趨勢，其中大面開裂占比45.3%，墊壓板旁斷裂占比9.4%，連接板螺紋滑扣占比11.3%。

1?鑄造橋殼改進方案

根據(jù)鑄造橋殼失效模式進行分析可知：大面開裂原因為截面強度不足;墊壓板旁斷裂原因為截面突變，局部承受較大交變載荷;連接板滑扣原因為螺栓孔處結(jié)構(gòu)強度和剛度不足。

對原始鑄造橋殼進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，具體改進方案如圖5所示，從而提高鑄造橋殼整體強度和剛度，降低售后故障率。

2?有限元分析

2.1?有限元模型

以改進結(jié)構(gòu)鑄造橋殼為例，有限元模型如圖6所示，采用四面體單元劃分實體網(wǎng)格。

采用車輛前進坐標系，x軸指向車輛前進方向，y軸指向前進方向的左側(cè)，z軸豎直向上。采用mm， s， t有限元常用單位制。

2.2?材料參數(shù)

改進結(jié)構(gòu)鑄造橋殼材料基本性能參數(shù)[2]如表1所示。

2.3?約束和載荷

使用該橋殼的驅(qū)動橋的額定軸荷為16t，垂向最大載荷考慮為額定軸荷的2.5倍;該驅(qū)動橋的額定輸出扭矩為50000?N.m，額定制動力矩為36000N.m。

分析時，考慮垂向、驅(qū)動、制動三種設(shè)計工況[1][2][3]。

模型中，考慮螺栓預緊來模擬各部件之間的連接關(guān)系;利用RBE2、RBE3等單元，在模型上定義約束、施加載荷[4]，加載后有限元模型如圖7所示。

提交有限元求解器，進行非線性靜力學計算，可得到各個工況下的應力分布。

2.4?仿真結(jié)果與分析

垂向工況下，鑄造橋殼原始結(jié)構(gòu)和改進結(jié)構(gòu)應力分布云圖如圖8所示。

驅(qū)動工況下，鑄造橋殼原始結(jié)構(gòu)和改進結(jié)構(gòu)應力分布云圖如圖9所示。

制動工況下，鑄造橋殼原始結(jié)構(gòu)和改進結(jié)構(gòu)應力分布云圖如圖10所示。

對各個工況下鑄造橋殼原始結(jié)構(gòu)和改進結(jié)構(gòu)應力分布和變形進行對比分析，如表2所示。

綜上所述，鑄造橋殼改進結(jié)構(gòu)與原始結(jié)構(gòu)相比，在垂向工況下，橋包處應力值降低11.9%，大面處應力值降低14.3%，驅(qū)動工況與制動工況下應力相當，改進結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有結(jié)果剛性相當。

3?結(jié)論

本文針對重型載重車用鑄造橋殼原始結(jié)構(gòu)的失效模式及有限元分析結(jié)果，對其進行優(yōu)化設(shè)計，垂向工況下，橋殼關(guān)注區(qū)域應力值降低10%以上，現(xiàn)已裝車驗證，售后故障率預期可降低35%，每年可節(jié)約售后損失用約75萬元，從而減少客戶抱怨，提升產(chǎn)品競爭力。

參考文獻

[1] 竺延年.最新車橋設(shè)計、制造、質(zhì)量檢測及國內(nèi)外標準實用手冊.北京：中國知識出版社，2005.

[2] 劉維信.汽車車橋設(shè)計.北京：清華大學出版社，2004.1.

[3]?賴姆佩爾.懸架元件及底盤力學.吉林：吉林科學技術(shù)出版社，1991.

[4]?丁煒琦等.基于拓撲優(yōu)化的某重型車橋橋殼輕量化設(shè)計[J].汽車實用技術(shù)，2011（Z2）.