军用越野汽车液压翻转备轮架轻量化设计

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轻量化设计

屈英贤

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

∶汽车轻量化是降低能耗、减少排放的最有效措施之一，有利于改善汽车的动力性、舒适性和操纵稳定性，能有效减轻汽车自重，是实现汽车节能减排最直接而有效的手段，是汽车产业发展的主要方向之一，对汽车工业的可持续发展具有重要意义。文章对军用越野汽车液压翻转备轮架进行轻量化设计，将空心型钢结构的型材更改为槽钢结构的型材，对零部件截面尺寸、壁厚等参数更改，在保证液压翻转备轮架强度和安全性能前提下，有效减轻液压翻转备轮架自重，并进行ANSYS分析、台架试验和试验验证。

∶轻量化；液压备轮架；槽钢

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.027

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

引言

汽车轻量化，就是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能减轻汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，降低能耗和污染物的排放。科学调查证明，汽车质量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，排放可降低5%～6%，在能源日趋紧张，环境压力加剧的情况下，轻量化已经成为汽车工业的重要课题。

汽车产品的轻量化是一系统工程，涉及汽车产品本身每个组成部分，而结构尺寸优化是应用最早，也是应用最成熟的一种汽车轻量化技术。它一般以汽车零部件的尺寸如冲压件的壁厚、梁截面尺寸、减重孔的尺寸等参数为设计变量，以满足不同工况下的刚度、强度、振动等。

本文基于军品越野汽车轻量化的要求对液压翻转备轮架进行轻量化设计和分析，并进行台架试验和试验验证。

1、液压翻转备轮架工况简介

液压翻转备轮架主要用于安置备轮，在需要更换轮胎时实现备轮升降的功能，但是由于客户的不同的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，并且要求使用及操作方便、安全。

备轮的翻转是通过操纵控制阀总成使助力缸无杆腔充油与有杆腔充油两种状态之间的切换，实现备轮的翻转。而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，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，方便、快速的更换轮胎。

2、液压翻转备轮架轻量化设计

2.1轻量化设计基本准则

液压翻转备轮架轻量化设计必须做到“性能-重量-价格”兼顾，具体要求如下：

1）保证不影响整车的布置需要，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零部件的安装不受影响。

2）保证液压翻转备轮架性能不受影响的前提下最大程度地减轻各零部件质量，并努力谋求高功率、高可靠性、低振动等性能。

3）在液压翻转备轮架减轻重量、降低能耗、减少排放的同时，进行优化价值分析，找到功率和价值的平衡点。

4）在生产制造方面，零部件结构优化后要确保制作简单、具有良好的可成形性、可联接性和涂装性。

2.2轻量化设计

结构尺寸优化是应用最早，也是应用最成熟的一种汽车轻量化技术，包括零件结构的尺寸优化、形状优化、拓扑优化等。液压翻转备轮架轻量化设计就是将备轮架分装总成中横梁总成、立柱总成等部分部件由空心型钢（J70×50× 5-GB/T6728-2002）更改为规格相近的槽钢（80×43× 5-GB/T706-2008）、槽钢（50×37×4.5-GB/T706-2008）等，更改零部件的尺寸如零件截面尺寸、壁厚等参数，有效减轻液压翻转备轮架自重，且保证液压翻转备轮架强度和安全性能，以满足液压翻转备轮架在整车行进过程中、备轮翻转工作中等不同的工况下，满足刚度、强度、振动等要求。

通过对液压翻转备轮架现状进行分析、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，对备轮架分装总成的结构和使用条件进行分析，结合三维建模理论对备轮架分装总成进行一定程度的简化处理，应用PRO/E软件建立三维模型。

3、液压翻转备轮架结构分析及验证

3.1ANSYS分析

应用ANSYS软件，对空心型钢结构和槽钢结构的液压翻转备轮架进行CAE对比分析，对比分析备轮架分装总成的危险点和曲柄总成安装孔位置（如图1所示）。

图1　两种型材结构备轮架ANSYS对比分析图

3.2台架试验

根据GJB 150.16-2009《军用装备实验室环境试验方法第16部分：振动试验》的要求，在8吨DLS-8000-80-12型电磁振动试验台上模拟实际使用工况下400个循环举升动作，检测轻量化设计的槽钢结构液压翻转备轮架耐冲击、震动等工况下性能可靠性试验（如图2所示）。

依据该车型定远试验场道路试验载荷谱数据（如图3所示）进行振动疲劳耐久试验，检测槽钢结构的液压翻转备轮架耐振动疲劳可靠性。

图2　举升系统可靠性试验和台架振动疲劳试验

图3　加速道路载荷谱时域图

3.3分析、试验结果

通过CAE分析，可以清晰看到液压翻转备轮架空心型钢结构与槽钢结构两种状态下的最大应力点，轻量化槽钢结构的液压翻转备轮架更加合理，强度相对空心型钢结构更好，满足液压翻转备轮架的使用和性能要求。

在8吨DLS-8000-80-12型电磁振动试验台对备轮架分装总成进行400个循环的带载荷举升、下降试验，备轮架分装总成各零部件运动无干涉、各结构件无变形、焊接部位无开裂的现象，各油管接头处无渗漏现象，满足使用性要求。

同时，在8吨DLS-8000-80-12型电磁振动试验台上进行垂直方向312循环的道路载荷谱模拟振动疲劳试验，通过对备轮架分装总成载荷谱做加速处理，台架试验目标里程为定远试验场综合路30000km，试验完成后，备轮架分装总成各构件无变形、焊缝开裂等现象，在铰接接头位置处存在正常磨损，零部件满足疲劳设计要求，满足其使用性能，判定为样品合格。

4、结论

液压翻转备轮架轻量化槽钢结构设计，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，重量减轻13.7%，强度相对空心型钢结构更好，并安装于我公司相关车型在定远试验场通过了30000km路试试验，通过试验考核验证，满足整车使用性能并在公司部分车型大量采用。

[1] 孙靖民等.机械结构优化设计.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,20074.

[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.

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。