軍用越野汽車液壓翻轉備輪架輕量化設計

屈英賢

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

軍用越野汽車液壓翻轉備輪架輕量化設計

屈英賢

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

∶汽車輕量化是降低能耗、減少排放的最有效措施之一，有利于改善汽車的動力性、舒適性和操縱穩定性，能有效減輕汽車自重，是實現汽車節能減排最直接而有效的手段，是汽車產業發展的主要方向之一，對汽車工業的可持續發展具有重要意義。文章對軍用越野汽車液壓翻轉備輪架進行輕量化設計，將空心型鋼結構的型材更改為槽鋼結構的型材，對零部件截面尺寸、壁厚等參數更改，在保證液壓翻轉備輪架強度和安全性能前提下，有效減輕液壓翻轉備輪架自重，并進行ANSYS分析、臺架試驗和試驗驗證。

∶輕量化；液壓備輪架；槽鋼

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.027

CLC NO.: U463.92Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-73-03

引言

汽車輕量化，就是在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能減輕汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，降低能耗和污染物的排放。科學調查證明，汽車質量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，排放可降低5%～6%，在能源日趨緊張，環境壓力加劇的情況下，輕量化已經成為汽車工業的重要課題。

汽車產品的輕量化是一系統工程，涉及汽車產品本身每個組成部分，而結構尺寸優化是應用最早，也是應用最成熟的一種汽車輕量化技術。它一般以汽車零部件的尺寸如沖壓件的壁厚、梁截面尺寸、減重孔的尺寸等參數為設計變量，以滿足不同工況下的剛度、強度、振動等。

本文基于軍品越野汽車輕量化的要求對液壓翻轉備輪架進行輕量化設計和分析，并進行臺架試驗和試驗驗證。

1、液壓翻轉備輪架工況簡介

液壓翻轉備輪架主要用于安置備輪，在需要更換輪胎時實現備輪升降的功能，但是由于客戶的不同的需求和整車的布置需要，空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱甚至上裝的某些總成等要固定在備輪架上，并且要求使用及操作方便、安全。

備輪的翻轉是通過操縱控制閥總成使助力缸無桿腔充油與有桿腔充油兩種狀態之間的切換，實現備輪的翻轉。而備輪翻轉動力來自于轉向系統，備輪架控制閥總成的油路與轉向系統連在一起，通過來自轉向油泵的壓力油經過控制閥總成來驅動助力缸，助力缸推動或者拉動備輪架分裝總成的翻轉架總成，從而使備輪進行下降和上升，方便、快速的更換輪胎。

2、液壓翻轉備輪架輕量化設計

2.1輕量化設計基本準則

液壓翻轉備輪架輕量化設計必須做到“性能-重量-價格”兼顧，具體要求如下：

1）保證不影響整車的布置需要，空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱甚至上裝的某些總成等要固定在備輪架上零部件的安裝不受影響。

2）保證液壓翻轉備輪架性能不受影響的前提下最大程度地減輕各零部件質量，并努力謀求高功率、高可靠性、低振動等性能。

3）在液壓翻轉備輪架減輕重量、降低能耗、減少排放的同時，進行優化價值分析，找到功率和價值的平衡點。

4）在生產制造方面，零部件結構優化后要確保制作簡單、具有良好的可成形性、可聯接性和涂裝性。

2.2輕量化設計

結構尺寸優化是應用最早，也是應用最成熟的一種汽車輕量化技術，包括零件結構的尺寸優化、形狀優化、拓撲優化等。液壓翻轉備輪架輕量化設計就是將備輪架分裝總成中橫梁總成、立柱總成等部分部件由空心型鋼（J70×50× 5-GB/T6728-2002）更改為規格相近的槽鋼（80×43× 5-GB/T706-2008）、槽鋼（50×37×4.5-GB/T706-2008）等，更改零部件的尺寸如零件截面尺寸、壁厚等參數，有效減輕液壓翻轉備輪架自重，且保證液壓翻轉備輪架強度和安全性能，以滿足液壓翻轉備輪架在整車行進過程中、備輪翻轉工作中等不同的工況下，滿足剛度、強度、振動等要求。

通過對液壓翻轉備輪架現狀進行分析、研究，保證滿足客戶要求和整車布置的需要，保留空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱、以及上裝的總成等固定在備輪架分裝總成的安裝位置不變，對備輪架分裝總成的結構和使用條件進行分析，結合三維建模理論對備輪架分裝總成進行一定程度的簡化處理，應用PRO/E軟件建立三維模型。

3、液壓翻轉備輪架結構分析及驗證

3.1ANSYS分析

應用ANSYS軟件，對空心型鋼結構和槽鋼結構的液壓翻轉備輪架進行CAE對比分析，對比分析備輪架分裝總成的危險點和曲柄總成安裝孔位置（如圖1所示）。

圖1　兩種型材結構備輪架ANSYS對比分析圖

3.2臺架試驗

根據GJB 150.16-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法第16部分：振動試驗》的要求，在8噸DLS-8000-80-12型電磁振動試驗臺上模擬實際使用工況下400個循環舉升動作，檢測輕量化設計的槽鋼結構液壓翻轉備輪架耐沖擊、震動等工況下性能可靠性試驗（如圖2所示）。

依據該車型定遠試驗場道路試驗載荷譜數據（如圖3所示）進行振動疲勞耐久試驗，檢測槽鋼結構的液壓翻轉備輪架耐振動疲勞可靠性。

圖2　舉升系統可靠性試驗和臺架振動疲勞試驗

圖3　加速道路載荷譜時域圖

3.3分析、試驗結果

通過CAE分析，可以清晰看到液壓翻轉備輪架空心型鋼結構與槽鋼結構兩種狀態下的最大應力點，輕量化槽鋼結構的液壓翻轉備輪架更加合理，強度相對空心型鋼結構更好，滿足液壓翻轉備輪架的使用和性能要求。

在8噸DLS-8000-80-12型電磁振動試驗臺對備輪架分裝總成進行400個循環的帶載荷舉升、下降試驗，備輪架分裝總成各零部件運動無干涉、各結構件無變形、焊接部位無開裂的現象，各油管接頭處無滲漏現象，滿足使用性要求。

同時，在8噸DLS-8000-80-12型電磁振動試驗臺上進行垂直方向312循環的道路載荷譜模擬振動疲勞試驗，通過對備輪架分裝總成載荷譜做加速處理，臺架試驗目標里程為定遠試驗場綜合路30000km，試驗完成后，備輪架分裝總成各構件無變形、焊縫開裂等現象，在鉸接接頭位置處存在正常磨損，零部件滿足疲勞設計要求，滿足其使用性能，判定為樣品合格。

4、結論

液壓翻轉備輪架輕量化槽鋼結構設計，保留了空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱、以及上裝的總成等固定在備輪架分裝總成上的安裝位置不變，重量減輕13.7%，強度相對空心型鋼結構更好，并安裝于我公司相關車型在定遠試驗場通過了30000km路試試驗，通過試驗考核驗證，滿足整車使用性能并在公司部分車型大量采用。

[1] 孫靖民等.機械結構優化設計.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,20074.

[2] 張朝暉.ANSYS 12.0機械與結構有限元分析從入門到精通.北京:機械工業出版社,2011.4.

Lightweight design of the hydraulic turning wheel frame of military off road vehicle

Qu Yingxian
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200)

Lightweight of automobile is to reduce energy consumption, to reduce emissions of the most effective measures, to improve the car's power, comfort and handling stability, can effectively reduce vehicle weight, is to achieve energy saving and emission reduction of automobile directly and effective means is one of the main directions of the development of the automobile industry, for the sustainable development of automobile industry has important significance. This paper on military off-road vehicle hydraulic turnover by wheel frame lightweight design, the hollow steel structure profiles change for steel structure of the profiles of component section size, wall thickness and other parameters change, under assurance hydraulic turnover by wheel frame strength and safety performance of the premise, effectively reduce the turnover hydraulic spare wheel carrier weight, and ANSYS analysis, bench test and test verification.

lightweight; hydraulic spare wheel rack; pChannel steel

∶U463.92

∶A

∶1671-7988 (2016)09-73-03

屈英賢（1974—），男，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，從事汽車設計。