叉車輪輞開裂原因分析及改進(jìn)措施

摘要：針對專用叉車輪輞開裂問題，進(jìn)行了深入的原因分析，并利用CAE仿真技術(shù)進(jìn)行了模擬研究。為了優(yōu)化和提升現(xiàn)有輪輞的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提出在輪輞內(nèi)側(cè)靠近輪輻處沿圓周均布增加6個加強(qiáng)筋板的設(shè)計方案。經(jīng)過小批工業(yè)驗(yàn)證試驗(yàn)可知，優(yōu)化后的輪輞結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出色，未發(fā)現(xiàn)輪輞開裂缺陷，改進(jìn)效果顯著，為叉車行業(yè)的安全性能提升提供了新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：叉車；輪輞開裂；CAE仿真

0" "引言

輪胎與支撐它的輪輞是叉車車輪的重要組成部分，承受車輛的徑向、彎曲等載荷，叉車前輪一般為驅(qū)動輪，后輪一般為轉(zhuǎn)向輪，起著承載、驅(qū)動、制動、轉(zhuǎn)向等力的作用。車輪是叉車不可或缺的關(guān)鍵安全部件，不僅直接關(guān)系到叉車的行駛性能，更對駕駛安全性有著重要影響，因此車輪在制造過程中，不僅要確保輪廓、尺寸和形狀的精確度達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，還要保證其具備足夠的強(qiáng)度和疲勞性能，以確保叉車在作業(yè)中的穩(wěn)定性和安全性[1]。

車輪的強(qiáng)度受到眾多因素的影響，包括輪胎類型、充氣輪胎的氣壓、車輛負(fù)載質(zhì)量、輪胎允許載荷、行駛速度以及使用路況和工作環(huán)境等。同時，輪輞和輪輻作為車輪的核心部分，其結(jié)構(gòu)對車輪強(qiáng)度至關(guān)重要。大量的研究發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化通風(fēng)孔和截面結(jié)構(gòu)，能使車輪強(qiáng)度提升20%[2]，這無疑為提升叉車行駛的安全性和穩(wěn)定性提供了有力的支持。針對某專用叉車輪輞開裂的問題，本文通過對輪輞結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并借助先進(jìn)的CAE分析技術(shù)和工業(yè)驗(yàn)證試驗(yàn)，深入分析輪輞結(jié)構(gòu)對車輪強(qiáng)度的影響。期望通過這一研究，為叉車行業(yè)的安全性能提升提供理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。

1" "故障現(xiàn)象及原因初步判定

據(jù)市場反饋，某專用叉車在工作790h時，左后輪輪輞體與輪輻出現(xiàn)開裂，右后輪輪輞外側(cè)存在局部裂紋現(xiàn)象。輪輞狀況如圖1所示。統(tǒng)計分析相關(guān)車型使用環(huán)境及配置情況發(fā)現(xiàn)，該用戶使用路況較差，且配置實(shí)心胎。初步分析認(rèn)為：相較于平整路面或配置充氣胎情況，針對路況較差且配置實(shí)心胎車型，易使輪輞受到較大振動沖擊；原輪輞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，無法滿足該情況的使用要求。

2" "有限元仿真分析

2.1" "分析方法

采用ANSYS Workbench軟件，對各零部件間的摩擦接觸進(jìn)行分析，定義各零部件間的接觸區(qū)域，設(shè)定摩擦系數(shù)為0.2，模擬各零部件間的實(shí)際摩擦狀態(tài)。

為確保分析的準(zhǔn)確性，在模型中添加必要的載荷和約束條件，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。輪輻與輪輞體焊縫認(rèn)為未完全焊透，假設(shè)未焊接深度為板厚的1/3。在焊縫模型中的焊縫中間位置留出1/3厚度尺寸的間隙。

2.2" "工況設(shè)置

分析工況包括徑向載荷工況、彎曲載荷工況[3]。在徑向載荷工況下，在輪輞體表面60o圓角的面區(qū)域加力，加載面為輪胎與輪輞接觸的面，方向與合力同向[4]。輪胎的氣壓垂直于輪胎與輪輞接觸的面。螺栓預(yù)緊力為117000N，實(shí)心胎壓強(qiáng)為0.1MPa。利用輪轂的軸承安裝孔進(jìn)行約束。

彎曲載荷工況下，按照汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)載荷加載。標(biāo)準(zhǔn)彎曲疲勞試驗(yàn)加載示意圖如圖2所示。利用輪輞體遠(yuǎn)離螺栓孔一側(cè)一圈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束。輪輞仿真邊界條件詳見表1。材料的力學(xué)性能詳見表2。

2.3" "仿真分析結(jié)果

依據(jù)上述模型要求，得到原輪輞結(jié)構(gòu)CAE仿真分析結(jié)果。原輪輞結(jié)構(gòu)CAE仿真分析結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，在徑向載荷工況下，實(shí)心胎3倍動載系數(shù)時，外側(cè)應(yīng)力最大為375MPa，超過了材料的屈服強(qiáng)度，存在破壞的可能；在彎曲載荷工況下，焊縫附近應(yīng)力最大為277MPa，接近材料的屈服強(qiáng)度，存在破壞的可能。

3nbsp; "改進(jìn)措施及效果

3.1" "改進(jìn)措施

部分叉車用戶使用路況較差且環(huán)境惡劣，需選配實(shí)心胎，故綜合考慮叉車使用情況，提出輪輞結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。即在輪輞內(nèi)側(cè)靠近輪輻處沿圓周均布增加6個加強(qiáng)筋板，以增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。優(yōu)化后輪輞結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2" "改進(jìn)效果

優(yōu)化后輪輞結(jié)構(gòu)CAE仿真分析結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，在徑向載荷工況下，實(shí)心胎3倍動載系數(shù)時，外側(cè)應(yīng)力最大為227MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度，相比原輪輞外側(cè)應(yīng)力減小40%；在彎曲載荷工況下，最大應(yīng)力轉(zhuǎn)移至筋板上，焊縫附近應(yīng)力最大為172MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度，相比原輪輞焊縫附近應(yīng)力減小38%。

綜合上述分析結(jié)果，對該專用叉車輪輞加焊加強(qiáng)筋板進(jìn)行優(yōu)化。將優(yōu)化后輪輞先進(jìn)行小批量試裝，并開展工業(yè)驗(yàn)證試驗(yàn)，跟蹤試驗(yàn)6個月后，未出現(xiàn)輪輞開裂問題。實(shí)施批量切換，未在出現(xiàn)類似問題。

4" "結(jié)束語

本文結(jié)合某專用叉車輪輞開裂的市場反饋問題，通過優(yōu)化輪輞結(jié)構(gòu)，采用CAE和小批試裝開展工業(yè)驗(yàn)證方法。驗(yàn)證結(jié)果表明：在輪輞內(nèi)側(cè)靠近輪輻處沿圓周均布增加6個加強(qiáng)筋板，對車輪強(qiáng)度有顯著提高，可以有效提升車輪的安全率和使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 李飛，徐論意.淺談輪轂結(jié)構(gòu)對車輪強(qiáng)度的影響[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2022（2）：119-122.

[2] 馬波.基于HyperWorks的某輕卡輪輞總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（6）：12-13+50.

[3] 全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.商用車輛車輪性能要求和試驗(yàn)方法：GB/T 5909—2009[S].北京：全國輪胎輪輞標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，2009.

[4] 羅錦濤，黃樂政，黨斌，等.輻輞過盈裝配應(yīng)力對徑向載荷作用下鋼制車輪強(qiáng)度的影響[J].計算機(jī)輔助工程，2022，31（3）：35-41.

（1.安慶合力車橋有限公司，安徽安慶" "246001；2.安徽合力股份有限公司，安徽合肥" "230601）