半掛車車架開裂問題及優化設計
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摘 要：半掛車作為交通運輸業發展過程中較為重要的組成部分，其運輸安全問題一直倍受社會各界的關注。文章重點對半掛車車架開裂問題類型及產生原因進行了分析，同時提出了相應的優化設計措施，旨在為半掛車運輸安全提供相關依據。
關鍵詞：半掛車;車架開裂;類型;原因;優化設計
中圖分類號：U463.32 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）17-0086-02
Abstract： As an important part of the development of transportation industry， semi-trailer has attracted much attention from all walks of life. This paper focuses on the analysis of the types and causes of the cracking of the semi-trailer frame， and puts forward the corresponding measures for optimization design in order to provide the relevant basis for the transportation safety of the semi-trailer.
Keywords： semi-trailer; frame cracking; type; reason; optimal design
運輸業一直都是國民經濟發展過程中較為重要的一個行業，對于運輸業而言，在國民經濟長效發展的背景下，其也在較大程度上得到飛速的發展。作為現階段運輸業運輸大宗商品物流的主要形式，其安全問題一直都倍受關注。在半掛車執行運輸操作過程中，其最為常見的一類安全性問題就是車架開裂問題。導致車架開裂問題出現的原因有很多，如何有效預防半掛車車架開裂，然后在此基礎上實現我國運輸業的可持續發展，也成為了現階段運輸行業關注的一項重點?；诖耍疚囊簿桶霋燔囓嚰荛_裂問題及優化設計相關問題進行了分析。
1 半掛車車架及其設計概述
1.1 半掛車車架結構形式概述
半掛車車架是汽車主要的受力件，是這個半掛車的承載機體，在保證半掛汽車安全作業方面發揮著非常重要的作用。隨著現代機械技術、制造技術以及科學技術的不斷發展，半掛車車架結構形式也發生著相應改進。簡單來說，就是在半掛車設計過程中，對其整體結構進行了重新設計，將邊框式設計應用其中，并同時對車架的組成部分進行了整改，比如橫梁、縱梁、邊梁以及支撐梁等等，這樣一來，半掛車車架趨于輕量化，這樣對提升車輛形式的靈活性及穩定性有著非常積極的意義。但是，在現代新型半掛車車架結構形式方面，其尺寸和結構并未發生太大的改變，更多的是對其使用材料、縱梁進行了整改，這樣對于其結構整體質量的提升產生著非常積極的影響。
1.2 半掛車車架開裂類型及其危害概述
在現階段我國經濟發展過程中，大宗商品的運輸更多的是以半掛車為主，并且均為新型的半掛車輛。盡管在新型半掛車輛較之傳統的半掛車輛具有著更為突出的優勢，但是在長期的運輸過程中，其也不可避免的存在一些質量問題。很多半掛車司機反映，車架在實際的運輸途中往往會出現裂紋，尤其是鵝頸部，這樣一來，就會對整個半掛車運輸任務的順利完成產生嚴重的影響，不僅如此，如果不能及時進行處理，還會對司機及車主的生命財產安全帶來嚴重的威脅。如果半掛車車架開裂成為一種常態，則會對整個交通運輸業以及國民經濟的發展產生嚴重的影響。
1.3 半掛車車架設計概述
對于半掛車而言，在其車架設計過程中，現階段通常會用相關的有限元模型對其進行模擬計算和處理。這種有限元模式可以實現對于整個車架結構的模擬操作，例如橫梁、縱梁、支撐梁、邊梁以等等，并且其可以精確到10mm，這樣對于保證車架結構設計及計算精度有著非常積極的作用。此外，有限元模型還可以對鋼板彈簧進行模擬操作，通過相關設計軟件對車架鋼板彈簧進行精密的計算，并根據實際的計算結果對其彈性模量強度進行有效的調整，在實際的設計及生產過程中，還應保證模擬操作中的彈簧剛度與車架鋼板彈簧剛度相一致?，F階段我國的半掛車車架通常會使用T7001高強度鋼材料為主要結構材料，其彈性模量值為E=2.06E6MPa，泊松比γ=0.29，除了有特殊要求的半掛車車架設計，其他的車架基本都會按照上述參數進行設計和生產。
2 半掛車車架自由模態操作演示概述
在半掛車執行運輸作業過程中，車架往往會出現不同的激振頻率范圍，并同時對車架產生一定的影響。通常來講，不同的振源振動對于車架的影響效果也不盡相同，即：振源位置越遠，其對于車架的影響越小。大量的研究與實驗證明，在半掛車運輸過程中，車架所受到的影響效果除了激振頻率外，還極易受到激振力分布位置的影響。因此，在對半掛車車架進行設計時， 做好車架頻段的計算對于優化設計方案也同樣產生著非常深遠的影響。在實際的計算過程中，相關設計及制造人員應首先從多個方面考慮，同時綜合影響車架安全的多個因素，比如車輛在路面的形式速度、路面條件狀況、車輛其他部位實際情況等等;其次，對于綜合后的影響因素進行分析研究，同時對自由模態分析計算頻段進行選擇，最終完成車架自由模態操作演示，通常來講，車架自由模態計算頻段為0-100。
3 半掛車車架剛性力度分析
對于半掛車而言，導致其車架開裂非常重要的一個因素就是半掛車車架的剛度水平，因此，在對半掛車車架進行設計時，做好其車架剛性力度相關參數的分析和研究工作，也是設計過程中非常重要的一項工作。現階段對于半掛車車架強度的分類標準有很多，對于其剛性力度的劃分主要分為車架彎曲剛度及扭轉剛度兩類，在現階段設計過程中，對于車架剛性力度的分析，也大多是從這兩個方面入手。 3.1 半掛車車架彎曲度分析
在對半掛車車架彎曲度進行分析時，其主要方案如下：首先應將車架按照縱梁與地面垂直狀態進行投影，并將投影點進行相互連接，形成一個簡單的支梁構造圖;其次，對于結構圖中的第一條邊和第二條邊分別施加一個垂直向下的力，這樣車架就會發生彎曲變形;最后通過相應的公式對車架彎曲剛度進行計算，公式為：CB=a3/48×F/f，其中CB代表彎曲剛度，F代表集中載荷，a代表軸距，f代表載荷作用點處的擾度。通過公式可以幫助設計人員對結構車架的有限元結構模擬結果進行科學合理的分析，同時對車架彎曲剛度的臨界點進行計算，以現代新型概念半掛車而言，其車架彎曲剛度臨界點為8.88E13N·mm，較之傳統的半掛車，其彎曲剛度臨界點下降了40%。通過計算可以得出，在半掛車執行運輸作業過程中，當其車架面對各類因素引起彎曲力度的抵抗能力是相對較弱的，這樣也就非常容易導致車架出現彎曲斷裂問題。
3.2 半掛車車架扭轉剛度分析
通常來講，半掛車車架的剛度水平也同樣是導致半掛車車架開裂的重要因素之一。在設計過程中，要想保證后續半掛車應用的安全性水平，其中做好半掛車車架扭轉剛度的分析工作也同樣是非常重要的一個內容。在對半掛車車架扭轉剛度分析過程中，其主要的分析方案如下：首先，設計人員應在半掛車前車架左邊縱梁上選擇一個著力點并對其進行垂直投影，然后將垂直投影點作為分析點;其次，在半掛車前車架右邊縱梁上選擇一個著力點對其進行垂直投影，同樣將垂直投影點作為分析點;最后，在半掛車后橋車的垂直倒影點上給予其一個垂直向上的荷載，這樣就會使得半掛車車架發生扭轉變形。計算公式為：CT=L2π/180×F/h，其中CT代表扭轉剛度，F代表集中載荷，L代表力臂，h代表載荷作用點擾度。應用公式對結構車架有限元結構模擬法進行分析，計算出扭轉剛度臨界點為CT=1.23E8N·mm，較之傳統半掛車車架，其差異為40%。通過分析可以發現，現代半掛車車架在抵抗各類因素引起扭轉力度方面也相對較弱，這也是引發半掛車車架開裂的主要原因之一。
4 半掛車車架設計優化方案
4.1 提升車架鵝頸處設計質量
基于上述的數據分析及導致半掛車車架開裂的主要原因，筆者認為，在對既有設計方案優化過程中，提升車架鵝頸處的設計質量就是其中非常重要的一個策略。簡單來說，鵝頸部位是半掛車車架受力程度最為嚴重的部位。因此在進行設計方案優化時，也同樣應根據車架鵝頸處的具體特征，有針對性的加強對于該部位的設計質量。具體優化方案為：提升鵝頸處腹板參數，以此來保證車架鵝頸處抗彎曲剛度的能力水平，以此有效避免車架在運輸過程中頻繁出現斷裂現象。
4.2 增加折彎板、腹板以及下翼板的參數
通過上述的分析可以發現，新型半掛車車架抗彎曲能力相對較弱，因此，設計人員在實際的設計過程中，可以通過對折彎板、腹板以及下翼板相關參數進行增加，使之局部抗彎曲能力增強，這樣一來，也可以在較大程度上避免半掛車車架斷裂現象的發生。
4.3 有針對性的增加半掛車車架兩側、腹板及上下翼板參數
在半掛車車架設計過程中，有針對性的對半掛車車架兩側、腹板及上下翼相關參數進行提升，也是現階段優化設計方案較為重要的一項舉措。在實際的設計過程中，通過對半掛車車架兩側、腹板及上下翼相關參數進行有針對性的提升，可以在較大程度上提高其彎曲剛度及抗彎曲能力，這樣就可以有效的避免車架開裂現象的發生。
綜上所述，半掛車作為我國長途運輸過程中運用大宗商品的重要運輸工具，在我國交通運輸業發展過程中發揮著非常重要的作用。但是在其實際的運輸作業過程中，半掛車車架開裂是其中尤為突出的一項安全問題，一旦出現車架斷裂，將會給整個運輸安全帶來嚴重的影響。只有在實際的半掛車設計過程中做好相應的設計工作，并采取相應的措施對設計方案進行優化，才能更好地解決半掛車車架開裂問題，實現我國運輸業的長效發展。
參考文獻：
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[2]柯龍燕，白光建，沈磊，等.半掛車車架開裂問題分析及優化設計[J].輕型汽車技術，2015（Z3）：11-15.
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