军用越野汽车液压翻转备轮架结构设计改进

屈英贤

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

军用越野汽车液压翻转备轮架结构设计改进

屈英贤

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

∶随着新时期我陆军部队逐步由区域防卫型向全地域机动型转变以及演训和维稳任务日益增多，军用车辆的型式多样化，备轮配备必不可少。液压翻转备轮架系统，是目前大量使用的备轮翻转系统，该系统保证了军用越野车辆备轮方便、安全、快速更换，提升了军品车辆的使用性能，满足新形势下战争的需求。文章针对部队上反映液压翻转备轮架在用户使用过程中，在液压翻转备轮架长期闲置后再次使用时，备轮翻转会产生短暂的大角度的快速下降致使备轮架变形甚至于断裂的问题，针对该问题对备轮架结构进行分析和设计改进，并进行ANSYS分析和试验验证。

∶越野车；液压备轮架；结构优化；验证

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.025

CLC NO.: U463.92Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-68-03

前言

为保障车辆的正常行驶，防止轮胎因漏气、爆胎等突发事件导致车辆抛锚，一般车辆均配有备轮，备轮几乎是所有轮式行走车辆的常用备件。对于小型轿车、轻卡等车辆，由于轮胎的外形尺寸较小、质量轻，能够依靠人力进行备轮装卸，而对于某些配置大直径轮胎的工程车辆、越野车辆，多数轮胎直径超过1m、质量超过100kg，仅仅依靠人力装卸更换备轮是比较困难的。

备轮架主要功能是固定备轮升降装置及备轮，以保证备轮在车辆正常行驶过程中被可靠的固定以及在停车状态下用户能安全、方便的取用备轮。备轮的布置位置和布置空间，对备轮升降装置的结构设计非常重要，它将直接影响备轮架的结构型式，并影响其强度设计。

随着新时期我陆军部队逐步由区域防卫型向全地域机动型转变以及演训和维稳任务日益增多，军用车辆的型式多样化，备轮配备必不可少。对于不同的车辆，上装的型式和使用要求各不相同，备轮的安装位置也各不相同。

本文针对部队上反映液压翻转备轮架在用户使用过程中，在液压翻转备轮架长期闲置一段时间后再次使用时，备轮翻转会产生短暂的大角度的快速下降，同时产生备轮架支撑梁总成变形甚至于断裂的问题。为了解决上述问题，对备轮架结构进行分析和设计改进，并进行ANSYS分析和试验验证。

1、液压翻转备轮架存在问题

1.1液压翻转备轮架功能

液压翻转备轮架主要用于安置备轮，在需要更换轮胎时，通过控制阀总成改变液压系统中液压油的方向实现备轮升降功能。但是由于客户的不同需求和整车的布置需要，空滤器、工具箱、副油箱或绞盘油箱甚至上装的某些总成等要固定在备轮架上，并且要求该相关总成使用及操作方便、安全。

备轮翻转动力来自于转向系统，备轮架控制阀总成的油路与转向系统连在一起，通过来自转向油泵的压力油经过控制阀总成来驱动助力缸，使助力缸无杆腔充油与有杆腔充油两种状态之间的切换，使助力缸推动或者拉动备轮架分装总成的翻转架总成，从而使备轮进行下降和上升，实现方便、快速的更换轮胎。

1.2液压翻转备轮架存在问题

近年来，根据售后反映，液压翻转备轮架在用户使用过程中，液压翻转备轮架分装总成的支撑梁总成处发生有弯曲变形的问题（如图1所示），致使备轮架无法正常操作，造成备轮架质量差，售后服务频繁，客户满意度低的问题，影响了整车产品的质量，产生极大的售后处理费用。

图1　备轮架弯曲变形图

2、液压翻转备轮架存在问题原因分析及解决方案

2.1液压翻转备轮架存在问题分析

针对上述问题，走访了相关客户，进行了相关的研究、分析，得到以下原因：备轮架分装总成的动力源自于转向系统，备轮架分装总成的助力油缸安装位置高于转向油罐和转向油泵的的安装位置，在整车备轮架分装总成安装、调试完成后，转向管路和备轮架助力油缸都充满液压油，且转向油罐中液压油应达到相关技术要求。但由于液压备轮架分装总成长期闲置未曾使用，备轮架液压油缸油液泄漏导致备轮架液压油缸油压下降，液压油通过转向管路回到转向油罐，产生转向油罐溢油，且再次使用备轮架分装总成时，则由于备轮架助力油缸缺油，备轮会产生短暂的大角度的快速下降现象，从而致使备轮架分装总成的支撑梁总成处发生弯曲变形甚至于断裂。

2.2现存问题解决方案

通过对液压翻转备轮架现存的问题和整车的现状进行分析、研究，保证满足客户要求和整车布置的需要，保留空滤器、工具箱、副油箱或绞盘油箱、以及上装的总成等固定在备轮架分装总成的安装位置不变，为了解决我公司部分车型转向油罐溢油和备轮架分装的支撑梁总成变形的问题，提升陕汽军车整体质量，对备轮架分装总成进行结构设计改进，将备轮架分装总成的助力油缸的安装位置降低，使备轮架的液压油缸安装位置不高于转向油罐安装位置，消除备轮架分装总成长期闲置未曾使用，因助力油缸泄露而产生的转向油罐溢油和支撑梁总成变形的问题。

3、液压翻转备轮架结构设计改进及分析

3.1结构设计改进

根据整车的要求和备轮架分装总成的现状，保证空滤器、工具箱、副油箱或绞盘油箱、以及上装的总成等固定在备轮架分装总成的安装位置不变，将备轮架分装总成中助力油缸的安装位置降低，使助力油缸的位置不高于转向油罐的安装位置，应用PRO/E软件建立三维模型（如图2所示）。

图2　低置备轮架分装总成三维图

3.2F-S分析

根据备轮架分装总成助力油缸的安装位置和曲柄总成的安装位置，应用曲柄四连杆机构原理进行举升备轮结构受力分析（如图3所示），计算助力油缸拉（推）力F与行程S曲线（如图4所示）。

图3　受力分析图

F为助力油缸推（拉）力，G1为初始状态，G2为翻转过程中状态。

图4　F-S分析图

3.3ANSYS分析

图5　ANSYS分析图

应用ANSYS软件，对油缸低置结构的备轮架分装总成进行分析，分析备轮架分装总成的危险点和支撑梁总成受力（如图5所示）。

3.4计算分析结果

根据对备轮架分装总成助力油缸的安装位置和曲柄总成的安装位置进行分析和计算，应用曲柄四连杆机构原理进行备轮举升系统进行受力分析，计算助力油缸拉（推）力，满足备轮翻转设计要求。

应用ANSYS软件分析，可以清晰看到液压翻转备轮架低置油缸备轮架分装总成的最大应力点，强度满足液压翻转备轮架的使用和性能要求。

4、结论

油缸低置结构的备轮架分装总成，保留了空滤器、工具箱、副油箱或绞盘油箱、以及上装的总成等固定在备轮架分装总成上的安装位置不变，解决了因备轮架助力油缸高位安装产生的转向油罐溢油和后续使用备轮架翻转产生支撑梁总成变形的隐患，并安装于我公司相关车型经过了相关30000公里路试和试验验证，使用效果良好，满足备轮架翻转的设计要求和性能要求，通过了试验考核验证，满足整车性能并在公司部分车型广泛应用。

[1] 杨黎明 杨志勤.机构选型与运动设计.北京:国防工业出版社, 2007.6.

[2] 张朝晖.ANSYS 12.0机械与结构有限元分析从入门到精通.北京:机械工业出版社,2011.4.

The improved hydraulic turnover spare wheel bracket optimization and design of military off-road vehicle

Qu Yingxian
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710020)

With the new period of our army gradually from regional defense to the whole regional transformation and maneuver exercises and task of maintaining stability is increasing, the type of military vehicle wheel equipped with necessary diversification. Hydraulic turnover spare wheel carrier system is currently widely used in the spare wheel turning system, the system ensures the military off-road vehicle spare wheel convenient, safe, quick change, enhance the performance of military vehicles to meet the needs of the war under the new situation. In this paper, the troops reflect hydraulic turnover by wheel frame in the user process, hydraulic turnover by wheel frame has been idle for a long period, again, by turning wheel will produce transient large angle rapid decline resulting in preparation of wheel frame deformation even to fracture, the spare wheel carrier structure improvement and ANSYS analysis and experimental verification.

off-road vehicle; hydraulic spare wheel rack; structure optimization; verification

∶U463.92

∶A

∶1671-7988 (2016)09-68-03

屈英贤（1974—），男，工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，从事汽车设计。