某中型卡车驾驶室翻转机构的质量改进

刘路

【摘 要】针对某中型卡车驾驶室翻转机构翻转沉重问题，对设计、生产、零部件质量进行分析、检测。结果表明，扭杆硬度低、强度不足是造成驾驶室翻转沉重的主要原因。通过调整扭杆的热处理工艺，提高扭杆的拉伸强度，屈服极限，保证屈服极限角度内刚度成线性，解决该产品使用中驾驶室翻转沉重问题。

【关键词】驾驶室 翻转机构 扭杆

驾驶室翻转机构是用来将驾驶室向前翻转，实现对发动机等部位进行维修的结构。卡车驾驶室翻转机构可分为机械式、液压式。液压式可靠性差、价格昂贵、故障较多，所以大多数翻转机构都采用机械式的扭杆结构。机械式的扭杆可以采用单扭杆式、双扭杆式，双扭杆式比单扭杆式能承载更大扭矩，使驾驶室左右受力均匀，不会形成扭曲现象，故中、重型卡车的翻转机构多采用双扭杆式。2013-2014年间，市场反馈某中型卡车存在驾驶室翻转沉重的现象，针对该问题进行立项分析及整改。通过对驾驶室翻转机构的相关零部件进行检测、分析、驾驶室重量和质心的对比，找出问题的主要原因并提出整改措施，并进行装车验证及可靠性跟踪。

驾驶室翻转机构常见故障模式：（1）翻转机构开启后驾驶室上翻力不足，导致翻转沉重。（2）翻转机构失效导致开启后驾驶室无法翻转。（3）驾驶室翻起后扭力过大导致驾驶室无法正常下落。

影响驾驶室翻转机构性能有以下几方面：（1）驾驶室翻转机构各分总成零件尺寸及精度存在偏差，或存在设计缺陷等。（2）装配问题。（3）驾驶室翻转力矩不能满足驾驶室翻转需要。

1 零部件检测与分析

驾驶室翻转机构各分总成零件的检测确认：某中型驾驶室翻转机构，主要部件有：（1）左（右）扭杆；（2）铰接轴；（3）铰接支架；（4）转向器托架；（5）左（右）扭杆臂，对其进行逐一检测，故障点分别见下：

1.1 左（右）扭杆

尺寸检验（检测样本5件）、硬度、化学成分分析、金相、刚度及耐久试验。

检测结果：尺寸、材质、金相、硬度值均合格。

设计复验：扭杆存在理论设计与制造工艺方面问题，扭杆刚度在扭杆的屈服极限角度范围内不成线性。

扭杆预扭工艺参数设置偏低，目前供应商A生产的扭杆预扭角度为70°、50°、50°，供应商B生产的扭杆的预扭角度为94°、65°、65°，屈服极限角度达不到理论值要求（54.5°）。

分析扭桿：若扭杆总长度L已知，扭杆材料为60SiMnA，取G =76000Mpa，许用应力[τ]=1000～1250N/mm^2（淬火后经喷丸和预扭的弹簧钢），未喷丸或未预扭的允许应力[τ]仅为800 N/mm^2。

扭杆设计刚度值为48.9N.m/deg， 查机械手册60si2MnA材料的屈服极限是1375MPa，取：K = 49.8 N.m/deg， [τ] = 1375*0.6 = 825 Mpa（未经处理的原材料），d = 24.2mm，代入得到：α < 44.94度；

若按喷丸和预扭处理后的弹簧钢应该取 [τ] = 1000～1250 Mpa，再计算α= 54.5～68.1度， 理论计算该扭杆发生屈服时的扭转角最小为54.5度。

整改方案：通过调整扭杆的热处理时间及温度，提高扭杆硬度（480-500HB）提高扭杆的拉伸强度，屈服极限，屈服极限角度内保证刚度成线性，为避免扭杆断裂，严格保证热处理的时间及温度，包括淬火温度、时间及中温回火的温度、时间，材料组织达到回火屈氏体。

刚度检测样本（4件，1#-4#）

1#-2#样件技术要求：热处理硬度要求415-495HB，刚度K=44.76N.M/deg

3#-4#样件技术要求：热处理硬度要求480-500HB，刚度K= K=44.8N.M/deg

1#硬度值：440HB、2#硬度值：435HB、3#硬度值：498HB、4#硬度值：486HB

刚度检测表：（表1、表2）

通过刚度检测发现：提高硬度（HB495）后，屈服极限角度55°时，扭杆刚度在49.0-50.5 N.M/deg，分析理论数据与实际情况一致并符合理论数据要求，按照新技术要求，准备50台份装车验证效果良好，满足使用要求。

1.2 铰接轴

尺寸检验（检测样本5件）、硬度、化学成分分析、金相。

检测结果： 尺寸检验、硬度、化学成分分析、金相合格。

结论：图纸对粗糙度无技术要求，现场对比粗糙度比较样块，铰接轴与铰接衬垫接触位置粗糙度大于6.3。个别存在黑皮（图纸无粗糙度要求，允许存在黑皮，见图1）。

整改方案：未对该零件标注粗糙度要求，铰接轴（见图3）通过铰接软垫连接驾驶室和铰接支架，粗糙度过大导致装配后驾驶室翻转力矩增大，影响翻转机构性能。

要求图纸进行更改，增加该零件与驾驶室配合尺寸处的粗糙度要求，更改图纸后粗糙度要求6.3（见图2）。根据更改后的技术参数，要求供应商控制加工精度，并对该重要参数重点控制。

1.3 驾驶室铰接支架、转向器托架

尺寸检验（检测样本5件）、硬度、化学成分分析、金相。

检测结果：硬度、化学成分分析、金相合格。尺寸检验发现标记刻度未标识。

结论：对驾驶室铰接支架检测后发现有部分零件在花键孔11°22′处未做标记（见图4），对转向器托架检测后发现有部分零件在花键孔18°57′处未做标记（见图5），会导致车间装配时扭杆（扭杆花键处有标记）刻度与支架刻度无法对正，下工序扭杆臂装配后，扭杆臂不能顶住驾驶室底板加强板，距离过小时无法调整装配，导致驾驶室翻转沉重，距离过大时调整扭杆臂装配角度，使扭杆扭转角度加大，接近屈服极限角度，使用一段时间后导致扭杆发生塑性变形，翻转驾驶室沉重。

整改方案：供应商未能重视，导致在花键孔处漏工序，导致该问题的发生。

要求供应商将该关键点列为重点控制工序，100%进行检验。后续列入抽检计划，进行有效控制。

问题分析及整改方案：（图6）。

2 装配问题

总装装配时驾驶室翻转角度为44°，扭杆预扭3°，车间装配时如扭杆臂不能装配到位，接触不到驾驶室底部左、右托架（设计理论值应为扭杆臂与左、右托架存在干涉量，先装配扭杆臂后装配驾驶室左、右托架）调整扭杆臂装配角度过大，超过工作转角47°，扭杆的工作角度处于在屈服极限角度，导致短时期内，扭杆发生塑性变形，导致功能失效。

整改方案：要求设计及工艺重新制定驾驶翻转机构装配作业指导书，要求车间严格按照装配作业指导书进行装配。

3 驾驶室翻转力矩校核

对某中型卡车驾驶室重量及质心进行测量计算，某中型卡车驾驶室整备重量为570KG，驾驶室翻转重心距离驾驶室质心X方向距离为654mm，Y方向距离为575mm。通过与上一代车型及原始车型对比发现，某中型卡车驾驶室翻转中心与上一代车型及原始车型一致，某中型卡车驾驶室质心比上一代驾驶室在X方向（前后方向）偏后20mm，某中型驾驶室质心比上一代驾驶在Y方向（上下方向）偏上79mm，经论证分析，目前翻转机构的技术参数能满足使用要求。

通过一系列针对性的失效分析及整改工作，2014年初某中型卡车驾驶室翻转机构性能提升成果实现并完成装車验证，截止目前共装配25000台份。经过多方面共同验证、跟踪确认，改进后驾驶室翻转机构性能有提升，能满足长期放置或者长时间使用等状态的翻转性能，截止目前未反馈同类质量问题。

4 结语

本文仅对某中型卡车目前关注的故障模式进行分析及整改，通过对相关部件的精细优化，提高扭杆热处理工艺水平缓解和消除产品功能失效的问题。

随着质量水平进一步提高，相信会有更多更有效的整改方案问世。同时希望更多的翻转机构厂家能够从质量可靠性角度出发，重视扭杆材料、热处理工艺的应用研究，以提高翻转机构的品质。

参考文献：

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