少片变截面钢板弹簧在重型载货车上的应用分析

马生平，杨银辉，刘丽丽

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

少片变截面钢板弹簧在重型载货车上的应用分析

马生平，杨银辉，刘丽丽

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

针对国内少片变截面钢板弹簧的应用情况，结合国外少片簧在国产化过程中的开发经验和制造工艺现状，提出国内少片簧在设计指标选用、材料选取、应力控制、脱碳层深度、强化处理、热处理、表面质量及售后备件等方面的设计依据，为进一步研究少片变截面钢板弹簧的设计和应用提供了理论基础和参考。

少片变截面板簧；国产化；设计指标；工艺过程

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.009

CLC NO.: U463.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-23-03

引言

少片变截面钢板弹簧（以下简称少片簧）在国外（欧洲）重型车上应用十分广泛，技术比较成熟。随着近几年国内重型汽车高速化、舒适化、轻量化的快速发展，少片簧在国内重型载货车上得到了推广应用。然而，由于国内钢材质量相对较差、少片簧加工工艺落后以及国内路况相对较差、重型载货车超载还很普遍使得其在国内应用还不是很理想，与欧洲重型汽车少片簧的应用还有很大差距。

本文根据某公司引进国外少片簧成熟技术在国产化过程中存在的问题，对目前少片簧在国内的应用提出了自己的看法及建议。

1、少片簧的国产化应用情况

1.1引进少片簧参数

某公司引进的少片簧技术参数见表1。

表1

1.2第一次少片簧国产化情况

板簧厂家A（后简称“厂家A”）第一次国产化参数见表2，试验场综合路面行驶3205km时，左侧第一片断裂，如图1所示，行驶6350km时，右第二片断裂，如图2所示。

表2

板簧厂家B（后简称“厂家B”）第一次国产化参数见表3，试验场综合路面行驶2450km时，右侧第一片断裂，如图3所示，行驶3460km时，左第一片断裂，如图4所示：1.3 第二次少片簧国产化情况

表3

根据试验的情况，整车厂和板簧设计厂家对此少片簧进行了改进，厂家（A）第二次国产化参数见表4。

表4

厂家（B)第二次国产化参数见表5。

表5

1.4引进少片簧与国产化少片簧试验对比

将引进的少片簧与厂家B先后国产化的少片簧进行了台架试验对比，在同等试验条件下，具体试验参数见表6。

表6

由台架试验和道路试验的数据可以看出：通过对材料、刚度等的改进，应力、比应力有所下降，基本可以满足整车的使用要求，但是重量成本有所增加。

2、欧洲少片簧应力设计指标值

通过与欧洲资深底盘设计专家交流，了解到目前欧洲的少片簧应力概念设计指标值见表 7，最终图纸要求和实际产品略高于这个指标，主要视少片簧供应商的情况而定。

表7

3、国内少片簧的制造工艺现状

我们走访了A、B两家少片簧生产厂家，发现了几个共同存在的问题：

（1）少片簧在轧制过程中存在加热次数过多，没有温度控制环节，易造成过烧和脱碳的缺陷；

（2）少片簧压形与热处理同时进行，但由于卡吊具不够先进，工人手工操作环节多，所需时间较长，为了确保淬火效果，淬火温度调得很高，也造成过烧和脱碳的缺陷；

（3）包装运输简陋，容易造成少片簧表面的磕碰缺陷，少片簧在磕碰处形成疲劳源造成早期断裂。

4、国内少片簧设计及应用分析

理论上，厂家A、厂家B在两次国产化的过程中应力均未超出材料的屈服极限（见表8），然而少片簧在高应力的工作状态下寿命还是不尽理想，与欧洲发达国家相比相差较大，因此我们就需要通过计算、试验等手段制定出适合我国国情的少片簧方案。

表8

以往整车厂和少片簧生产厂家把国内少片簧寿命低的主要原因归结为国内超载和原材料差，其实这个认识不全面，国内弹簧钢材料不及发达国家这是事实，但是这只是影响少片簧使用的一个因素。如果我们选择合适的少片簧材料、提高少片簧的加工工艺水平，并根据整车使用情况设定少片簧合理的性能指标值，我认为国内的少片簧使用寿命会大大提高。

（1）弯曲应力极限值

通过与国内少片簧供应商协商并结合试验验证情况，目前国内的少片簧应力指标可以设定成如表9所示。

表9

（2）材料的选取

少片簧所用弹簧钢对其含碳量及合金成分如硅、锰、铬、钼和钒等的含量和质量具有较高要求，同时淬火、回火后为得到较高等级的晶粒度（应不低于3级），对不同厚度的板簧选用的材料应有不同的要求。建议板簧材料使用情况如表10所示。

表10

（3）脱碳层

对于高强度的抛物线少片簧，在热成型和热处理时必须控制将脱碳保持得尽可能小。脱碳层的深度应不大于δ× 0.01%+0.15，其中δ为簧片厚度，同时，必须满足脱碳层深度的硬度值不允许低于优质截面上测得的心部硬度的80%。因此建议轧制、卷耳应能一次成型，减少加热次数，淬火温度应控制在±15℃以内，甚至更小的温度范围，但是必须保证能够淬透。

（4）强化处理

对于抛物线少片簧，每一片在拉力边均应进行喷丸硬化处理，对于少片簧的每一片应在预应力不小于 1300N/mm2的状态下进行喷丸处理。

（5）对片间垫片的建议

由于片与片之间的垫板有可能破坏簧片表面质量，引起簧片的应力集中，建议对垫板端部进行倒角，如图5所示。

（6）中心孔的建议

中心孔处倒角可以避免少片簧在中心孔处应力集中，可以减少少片簧在中心孔处的断裂，如图6所示。

（7）表面质量的建议

考虑到少片簧始终工作在高应力状态下，因此少片簧不允许存在任何形式的表面缺陷，不能形成疲劳破坏源，同时少片簧必须进行防蚀处理，不能锈蚀。

（8）对售后备件的建议

从市场跟踪的情况可以看出，目前售后配件的故障率远高于原车少片簧的故障率，造成这种情况的主要原因有：

1）少片簧备件不是同一批次的产品；

2）少片簧备件存在不是同一厂家的产品；

3）备件生产供应商对备件的重视程度不够。

基于上述原因建议主机厂应与供应商协商解决售后备件的生产及相关处理事项，在少片簧生产时应同时生产同一批次的单片备件，否则在断片后应更换总成。

5、结论

少片簧作为重型载货车的一种弹性元件是现阶段一种很好的选择，可以减轻整车质量，同时节约能源，降低成本。然而少片簧主要是工作在高应力状态下，这就对其设计、加工提出了比较高的要求，现阶段国内少片簧材料及加工工艺还达不到欧洲发达国家的水平，建议少片簧生产厂家对生产设备进行升级，所有工艺过程一次加热成型。同时，整车厂应充分了解少片簧供应商产品情况设计、生产出适合我们国内少片簧。

[1] 张英会.弹簧手册[M].北京:机械工业出版社,1997.

[2] M3174.道路行驶车辆用钢板弹簧要求,1990.

[3] DIN 17221.可调整弹簧用热轧钢材交货技术条件.

Application Analysis of Little Variable Cross-section Leaf Spring in the Heavy Duty Truck

Ma Shengping, Yang Yinhui, Liu Lili
（Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

Application of the little variable cross-section leaf spring, present situation of few leaf spring development experience and manufacturing process in the localization process combined with foreign. It is put forward to use, domestic few leaf spring in the design index of material selection, the stress control, the depth of decarburized layer, strengthening treatment, heat treatment, surface quality and customer service spare parts such as design basis, provides a theoretical basis and reference for the further research on the design and application of he little variable cross-section leaf spring.

little variable cross-section leaf spring; localization; design index; technology process

U463.9

A

1671-7988（2015）09-23-03

马生平，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院。