某裝載機(jī)駕駛室門(mén)變形分析與改進(jìn)

陳 力

（廣西威翔機(jī)械有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

門(mén)作為駕駛室最重要的開(kāi)閉件之一，具有形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大等特點(diǎn)，其與車(chē)身的尺寸配合精度及自身剛度直接影響到駕駛室的密封性能[1]。剛度是指機(jī)械零件或構(gòu)件在受載時(shí)抵抗變形的能力[2]。目前，對(duì)于工程機(jī)型行業(yè)而言，駕駛室門(mén)的剛度分析尚處于起步階段，行業(yè)也無(wú)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。本文主要從駕駛室門(mén)變形這一質(zhì)量反饋出發(fā)，從門(mén)的制造工藝及門(mén)的剛度分析了變形產(chǎn)生的原因，參照汽車(chē)行業(yè)的門(mén)剛度仿真分析，并以其他剛度符合市場(chǎng)要求的工程機(jī)械駕駛室門(mén)剛度值作為對(duì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了門(mén)的優(yōu)化設(shè)計(jì)并最終解決了門(mén)變形問(wèn)題。這一仿真分析，為后續(xù)工程機(jī)械駕駛室門(mén)剛度分析方法及標(biāo)準(zhǔn)的建立提供了良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 A型裝載機(jī)駕駛室門(mén)變形現(xiàn)狀

根據(jù)終端市場(chǎng)用戶反饋，駕駛室門(mén)主要存在門(mén)翹角與門(mén)框不平、門(mén)密封不嚴(yán)導(dǎo)致駕駛室漏水等質(zhì)量問(wèn)題。隨機(jī)選取2018年全年關(guān)于門(mén)變形的市場(chǎng)反饋共10件，發(fā)現(xiàn)門(mén)變形反饋時(shí)的整機(jī)工作時(shí)間從435 h到1933 h不等（整機(jī)三包時(shí)間為2000 h），變形部位主要集中在門(mén)鎖側(cè)的門(mén)上角，變形量（門(mén)與門(mén)框的段差）普遍在8 mm以上。

駕駛室門(mén)主要采用鈑金沖壓、包邊成型，無(wú)骨架，經(jīng)與加強(qiáng)板、鉸鏈等部件焊接最終形成。與傳統(tǒng)工程機(jī)械駕駛室門(mén)（骨架結(jié)構(gòu)）相比，該門(mén)具有造型美觀、外觀質(zhì)量好、重量輕等特點(diǎn)，但在受載工況下抵抗外力的變形能力要弱。

為了解門(mén)的變形程度，對(duì)出廠前的駕駛室門(mén)在左上角位置與門(mén)框的段差進(jìn)行了測(cè)量，共測(cè)量37臺(tái)，最大偏差8 mm，最小偏差3 mm，平均偏差4.9 mm。

2 A型裝載機(jī)駕駛室門(mén)變形原因分析及確認(rèn)

分析門(mén)的生產(chǎn)工藝，并結(jié)合終端市場(chǎng)反饋的門(mén)變形量遠(yuǎn)大于出廠時(shí)的變形量，決定從沖壓、包邊前焊接、包邊、包邊后焊接、門(mén)鎖緊等五道工序分析，并測(cè)定每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的門(mén)變形量大小。

2.1 沖壓件變形及變形量測(cè)定

將門(mén)內(nèi)、外板沖壓件劃分為上、中、下三部分并分別在自由及夾緊狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量。在自由狀態(tài)下，門(mén)內(nèi)板主要在上半部分開(kāi)始出現(xiàn)變形，不平度在2 mm左右。另外，由于零件非絕對(duì)剛性，在夾緊狀態(tài)下，此不平度可消除。門(mén)外板在自由及夾緊狀態(tài)下，整個(gè)區(qū)域均未有不平。綜上所述，沖壓件自身的變形非門(mén)總成變形的主要影響因素。

2.2 門(mén)包邊前焊接變形及變形量測(cè)定

此工序，主要焊接門(mén)內(nèi)板、門(mén)外板、門(mén)鎖加強(qiáng)板及鉸鏈加強(qiáng)板，焊接完成后，測(cè)量發(fā)現(xiàn)門(mén)不平度在1mm以內(nèi)，即此工序?qū)﹂T(mén)平面度未造成影響。

2.3 門(mén)包邊變形及變形量測(cè)定

選取7件已完成包邊工序的門(mén)，并對(duì)門(mén)周圈28個(gè)測(cè)點(diǎn)位置（圖1）做了平面度測(cè)量，數(shù)據(jù)及變形情況如圖2所示。

圖1 門(mén)測(cè)點(diǎn)示意圖

圖2 門(mén)包邊后平面度

從測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，最大偏差值僅1.6 mm，符合產(chǎn)品平面度公差要求，且市場(chǎng)反饋的左上角外翹在此工序表現(xiàn)為內(nèi)凹，故門(mén)包邊工序不是導(dǎo)致門(mén)外翹變形的主要原因。

2.4 門(mén)包邊后焊接變形及變形量測(cè)定

對(duì)上述7件門(mén)繼續(xù)做包邊后的焊接工序（焊接門(mén)鉸鏈及門(mén)膠條安裝板等），采用同樣的方法對(duì)標(biāo)定的28個(gè)位置做平面度測(cè)量，數(shù)據(jù)及變形情況如圖3所示。

圖3 門(mén)焊接后平面度

從測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)看，最大偏差為8.5 mm，且偏差呈現(xiàn)左上角內(nèi)凹現(xiàn)象，這與市場(chǎng)反饋的左上角往外翹曲完全相反。即門(mén)焊接導(dǎo)致了門(mén)變形，但此變形是有利于改善市場(chǎng)反饋的門(mén)左上角外翹問(wèn)題，故門(mén)往外翹曲變形的真正原因非門(mén)焊接變形。

2.5 門(mén)鎖緊后變形及變形量測(cè)定

將上述7件門(mén)裝上駕駛室焊接總成并進(jìn)行涂裝及裝配工序。基于門(mén)下半部分變形量小，重點(diǎn)對(duì)市場(chǎng)反饋的門(mén)上半部分選取10個(gè)測(cè)點(diǎn)位置（圖4）進(jìn)行了平面度測(cè)量，數(shù)據(jù)及變形情況如圖5所示。

圖4 門(mén)鎖緊后測(cè)點(diǎn)分布及門(mén)截面示意

圖5 門(mén)鎖緊后平面度

從測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，越靠近門(mén)的左上角，門(mén)外翹越嚴(yán)重，最大翹曲量達(dá)到了6 mm，這與裝配前的變形情況出現(xiàn)極大的反差（裝配前此位置最大內(nèi)凹8.5 mm）。對(duì)門(mén)做受力分析，裝配后出現(xiàn)的變形主要來(lái)源于門(mén)裝上膠條后，在鎖門(mén)狀態(tài)下，膠條壓縮后產(chǎn)生的反力使得門(mén)變形。由此，可初步判定門(mén)本身的剛度不足可能是門(mén)變形產(chǎn)生的根本原因。

2.6 門(mén)剛度有限元仿真分析

由于行業(yè)無(wú)門(mén)剛度指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)以市場(chǎng)上未出現(xiàn)問(wèn)題的B型駕駛室門(mén)作對(duì)標(biāo)分析，對(duì)A型、B型駕駛室門(mén)分析內(nèi)容詳見(jiàn)表1，分析過(guò)程分別如圖6和圖7所示。

圖6 A型裝載機(jī)駕駛室門(mén)剛度分析

圖7 B型裝載機(jī)駕駛室門(mén)剛度分析

表1 駕駛室門(mén)剛度分析內(nèi)容

分析結(jié)果匯總詳見(jiàn)表2。

表2 A型、B型駕駛室門(mén)剛度分析結(jié)果匯總表

通過(guò)對(duì)比，A型駕駛室門(mén)的垂向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度值與B型門(mén)對(duì)應(yīng)剛度值相當(dāng)，差距主要體現(xiàn)在上框門(mén)鎖側(cè)側(cè)向剛度，剛度值僅為B型駕駛室門(mén)的50%，這與市場(chǎng)反饋的門(mén)像外翹曲變形一致。由此可知，A型駕駛室門(mén)變形的主要原因?yàn)殚T(mén)自身側(cè)向剛度不足。

3 基于B型裝載機(jī)駕駛室門(mén)基礎(chǔ)上的A型裝載機(jī)駕駛室門(mén)改進(jìn)

3.1 A型裝載機(jī)駕駛室門(mén)改進(jìn)方案

受制于駕駛室總體結(jié)構(gòu)已經(jīng)鎖定、門(mén)及其他覆蓋件模具已經(jīng)投入完畢，主要考慮通過(guò)更改門(mén)內(nèi)腔大小、在門(mén)沖壓件上增加加強(qiáng)筋以及增加門(mén)內(nèi)板厚度等措施要優(yōu)化門(mén)的剛度。優(yōu)化前、后門(mén)截面對(duì)比如圖8所示。

圖8 優(yōu)化前、后門(mén)截面對(duì)比

3.2 改進(jìn)后A型裝載機(jī)駕駛室門(mén)剛度有限元仿真分析

采用相同的分析方法，改進(jìn)后的A型裝載機(jī)駕駛室上門(mén)框門(mén)鎖側(cè)側(cè)向剛度如圖9所示，具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3。

圖9 優(yōu)化后門(mén)側(cè)向剛度

表3 優(yōu)化后A型駕駛室門(mén)分析結(jié)果數(shù)據(jù)表

從分析結(jié)果來(lái)看，改進(jìn)后的A型駕駛室門(mén)剛度與B型駕駛室門(mén)剛度相當(dāng)，故決定按照新結(jié)構(gòu)更改模具制作門(mén)樣件。

4 改進(jìn)后A型裝載機(jī)駕駛室門(mén)變形市場(chǎng)驗(yàn)證

從門(mén)結(jié)構(gòu)切換后連續(xù)一年多的市場(chǎng)跟蹤來(lái)看，原市場(chǎng)反饋的門(mén)翹曲變形已經(jīng)得到徹底解決，即本文所闡述的門(mén)結(jié)構(gòu)改進(jìn)有效。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的質(zhì)量反饋，從產(chǎn)品制造工藝及產(chǎn)品本身特性分析出了問(wèn)題產(chǎn)生的真正原因，在缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的背景下，通過(guò)對(duì)比分析，并通過(guò)有限元方法仿真得到優(yōu)化后的產(chǎn)品剛度等特性值，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了理論依據(jù)[5]。另外，通過(guò)跟蹤改進(jìn)后的產(chǎn)品在市場(chǎng)上的表現(xiàn)，最終證實(shí)了產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)有效，同時(shí)也說(shuō)明了有限元的仿真分析對(duì)我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是有很大的指導(dǎo)意義。