一種動力轉向油罐的故障分析與解決方法

謝觀生

摘 要：文章針對一種動力轉向油罐的故障情況，對轉向油罐進行材料理化分析和建立CAE模型分析，并針對所分析結果制定相應的解決對策，最后對樣件進行臺架試驗驗證，驗證結果表明，整改效果得到極大提升。

關鍵詞：動力轉向油罐；材料理化分析；CAE；臺架試驗

中圖分類號：TE88 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0113-02

動力轉向油罐是轉向系統重要的零部件之一，對轉向系統發揮儲油、散熱及過濾清潔油液的作用。若動力轉向油罐失效，直接影響行車安全。根據我司質量部門反饋：某種動力轉向油罐存在漏油的故障缺陷，需要分析其原因并制定相應的整改對策。

1 轉向油罐的構成

轉向油罐由上蓋、油罐殼體、濾網、濾芯、進油孔、出油孔和支架等構成，總體結構，如圖1所示。其中油罐殼體壁厚 1.25 mm，沖壓成型；支架壁厚2.5 mm，沖壓成型。支架、進、出油孔與油罐殼體為焊接成型。

2 轉向油罐故障情況說明

通過對我司近1年來轉向油罐故障情況進行統計，該轉向油罐的故障率為0.26%，故障模式和各故障所占比例，見表1，其中支架焊縫處的漏油故障約占故障總數的81.40%。由此可以得出結論：該油罐的主要故障模式為支架與油罐殼體的焊縫漏油故障。

3 故障件理化分析

由于油罐殼體的壁厚僅1.25 mm，焊接的母材薄，容易存在焊接缺陷，故需將故障件進行理化分析，確認材料性能是否符合要求。理化分析的結果如下：母材、焊縫的金相組織符合圖紙的性能要求，但在焊縫處罐體母材有約0.20 mm深的裂紋，如圖2所示，可知該裂紋是引起漏油的直接原因。

4 CAE模型分析

為確定該油罐是否有應力異常的情況，需對油罐模型進行CAE分析。根據該油罐的安裝情況，建立模型如下：油罐支架安裝在車架上翼面，油罐與油罐支架用四顆螺栓固定。

為了充分模擬其實際情況，上蓋與油罐殼體采用裝配擰緊的狀態；油罐內按最大加注的油液量簡化為質心對油罐殼體作用，相關模型及約束，如圖3和圖4所示。

結合車輛在實際的行駛狀況，分兩種情況進行加載分析：在車輛緊急制動的情況下，油罐受到的加速度最大，沖擊力最大；車輛轉彎時，油罐受到向心力作用，使焊縫受到扭力作用。分析結果，見表2，結果表明：零件的最大應力（29.76 MPa）遠小于材料的許用應力（196 MPa）。

5 綜合分析原因及對策制定

5.1 綜合分析原因

通過故障件的實物核查、金相檢測分析及CAE分析對比，該油罐在設計上受力不大，遠小于材料的許用應力，導致油罐故障發生的原因主要如下：

①由于零件受力在焊縫的端頭，且在實際焊接中，焊縫被焊滿，導致在焊縫端頭容易形成應力集中；

②零件為手工焊接，焊接質量一致性難以保證，且薄板件的焊接要求高，容易產生過燒而產生裂紋；

③支架與油罐僅一條豎直焊縫，且車輛使用工況復雜，容易造成焊縫疲勞失效；

④固定的螺栓孔距過小，僅25 mm，不利于油罐穩定，隨整車行駛震動大極易出現開裂。

5.2 對策制定

針對以上所分析的4大原因，分別制定以下4項對策：

①焊縫端頭預留5 mm不焊，釋放焊接應力；

②切換機器人焊接，保證焊接質量；

③在支架端頭增加橫向焊縫，上下共增加4處改善受力；

④增加支架高度，增加螺栓孔距至40 mm，改善支架受力。

6 樣件臺架試驗驗證

根據臺架震動規范，常規震動試驗共為8小時：前后、左右方向各震動2 h，上下4 h。為了充分驗證整改效果，我們對樣件做了極限震動試驗，即8個小時為一個循環，直到震動出現故障為止。

經震動臺架試驗，樣件在震動14小時出現漏油，漏油部位在橫向焊縫位置。雖然符合震動規范要求，但未達成提升2倍的計劃整改提升要求水平。經分析，油罐總成增加了橫向焊縫，理論上改善了受力，但橫向焊縫變成了主要受力部位，反而變為了薄弱位置，樣件因為無工裝恰恰在此處的焊接為手工焊接，焊縫質量不能保證。重新設計焊接工裝，將橫向焊縫切換為機器人焊接。新樣件重新臺架震動，直至72小時出現焊縫漏油，震動效果大大提升了9倍，滿足整改提升要求。

7 結 語

對故障件進行詳細的剖析，通過材料理化分析、CAE分析，并結合實際使用情況，制定了相應對策并通過臺架試驗驗證，結果表明，改善效果顯著，整改后的油罐滿足設計要求。為其他零件的改善提供了對策和思路。

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