軍用越野汽車液壓翻轉(zhuǎn)備輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計改進

屈英賢

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

軍用越野汽車液壓翻轉(zhuǎn)備輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計改進

屈英賢

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

∶隨著新時期我陸軍部隊逐步由區(qū)域防衛(wèi)型向全地域機動型轉(zhuǎn)變以及演訓和維穩(wěn)任務(wù)日益增多，軍用車輛的型式多樣化，備輪配備必不可少。液壓翻轉(zhuǎn)備輪架系統(tǒng)，是目前大量使用的備輪翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)保證了軍用越野車輛備輪方便、安全、快速更換，提升了軍品車輛的使用性能，滿足新形勢下戰(zhàn)爭的需求。文章針對部隊上反映液壓翻轉(zhuǎn)備輪架在用戶使用過程中，在液壓翻轉(zhuǎn)備輪架長期閑置后再次使用時，備輪翻轉(zhuǎn)會產(chǎn)生短暫的大角度的快速下降致使備輪架變形甚至于斷裂的問題，針對該問題對備輪架結(jié)構(gòu)進行分析和設(shè)計改進，并進行ANSYS分析和試驗驗證。

∶越野車；液壓備輪架；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；驗證

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.025

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

前言

為保障車輛的正常行駛，防止輪胎因漏氣、爆胎等突發(fā)事件導(dǎo)致車輛拋錨，一般車輛均配有備輪，備輪幾乎是所有輪式行走車輛的常用備件。對于小型轎車、輕卡等車輛，由于輪胎的外形尺寸較小、質(zhì)量輕，能夠依靠人力進行備輪裝卸，而對于某些配置大直徑輪胎的工程車輛、越野車輛，多數(shù)輪胎直徑超過1m、質(zhì)量超過100kg，僅僅依靠人力裝卸更換備輪是比較困難的。

備輪架主要功能是固定備輪升降裝置及備輪，以保證備輪在車輛正常行駛過程中被可靠的固定以及在停車狀態(tài)下用戶能安全、方便的取用備輪。備輪的布置位置和布置空間，對備輪升降裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要，它將直接影響備輪架的結(jié)構(gòu)型式，并影響其強度設(shè)計。

隨著新時期我陸軍部隊逐步由區(qū)域防衛(wèi)型向全地域機動型轉(zhuǎn)變以及演訓和維穩(wěn)任務(wù)日益增多，軍用車輛的型式多樣化，備輪配備必不可少。對于不同的車輛，上裝的型式和使用要求各不相同，備輪的安裝位置也各不相同。

本文針對部隊上反映液壓翻轉(zhuǎn)備輪架在用戶使用過程中，在液壓翻轉(zhuǎn)備輪架長期閑置一段時間后再次使用時，備輪翻轉(zhuǎn)會產(chǎn)生短暫的大角度的快速下降，同時產(chǎn)生備輪架支撐梁總成變形甚至于斷裂的問題。為了解決上述問題，對備輪架結(jié)構(gòu)進行分析和設(shè)計改進，并進行ANSYS分析和試驗驗證。

1、液壓翻轉(zhuǎn)備輪架存在問題

1.1液壓翻轉(zhuǎn)備輪架功能

液壓翻轉(zhuǎn)備輪架主要用于安置備輪，在需要更換輪胎時，通過控制閥總成改變液壓系統(tǒng)中液壓油的方向?qū)崿F(xiàn)備輪升降功能。但是由于客戶的不同需求和整車的布置需要，空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱甚至上裝的某些總成等要固定在備輪架上，并且要求該相關(guān)總成使用及操作方便、安全。

備輪翻轉(zhuǎn)動力來自于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，備輪架控制閥總成的油路與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連在一起，通過來自轉(zhuǎn)向油泵的壓力油經(jīng)過控制閥總成來驅(qū)動助力缸，使助力缸無桿腔充油與有桿腔充油兩種狀態(tài)之間的切換，使助力缸推動或者拉動備輪架分裝總成的翻轉(zhuǎn)架總成，從而使備輪進行下降和上升，實現(xiàn)方便、快速的更換輪胎。

1.2液壓翻轉(zhuǎn)備輪架存在問題

近年來，根據(jù)售后反映，液壓翻轉(zhuǎn)備輪架在用戶使用過程中，液壓翻轉(zhuǎn)備輪架分裝總成的支撐梁總成處發(fā)生有彎曲變形的問題（如圖1所示），致使備輪架無法正常操作，造成備輪架質(zhì)量差，售后服務(wù)頻繁，客戶滿意度低的問題，影響了整車產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)生極大的售后處理費用。

圖1　備輪架彎曲變形圖

2、液壓翻轉(zhuǎn)備輪架存在問題原因分析及解決方案

2.1液壓翻轉(zhuǎn)備輪架存在問題分析

針對上述問題，走訪了相關(guān)客戶，進行了相關(guān)的研究、分析，得到以下原因：備輪架分裝總成的動力源自于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，備輪架分裝總成的助力油缸安裝位置高于轉(zhuǎn)向油罐和轉(zhuǎn)向油泵的的安裝位置，在整車備輪架分裝總成安裝、調(diào)試完成后，轉(zhuǎn)向管路和備輪架助力油缸都充滿液壓油，且轉(zhuǎn)向油罐中液壓油應(yīng)達到相關(guān)技術(shù)要求。但由于液壓備輪架分裝總成長期閑置未曾使用，備輪架液壓油缸油液泄漏導(dǎo)致備輪架液壓油缸油壓下降，液壓油通過轉(zhuǎn)向管路回到轉(zhuǎn)向油罐，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向油罐溢油，且再次使用備輪架分裝總成時，則由于備輪架助力油缸缺油，備輪會產(chǎn)生短暫的大角度的快速下降現(xiàn)象，從而致使備輪架分裝總成的支撐梁總成處發(fā)生彎曲變形甚至于斷裂。

2.2現(xiàn)存問題解決方案

通過對液壓翻轉(zhuǎn)備輪架現(xiàn)存的問題和整車的現(xiàn)狀進行分析、研究，保證滿足客戶要求和整車布置的需要，保留空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱、以及上裝的總成等固定在備輪架分裝總成的安裝位置不變，為了解決我公司部分車型轉(zhuǎn)向油罐溢油和備輪架分裝的支撐梁總成變形的問題，提升陜汽軍車整體質(zhì)量，對備輪架分裝總成進行結(jié)構(gòu)設(shè)計改進，將備輪架分裝總成的助力油缸的安裝位置降低，使備輪架的液壓油缸安裝位置不高于轉(zhuǎn)向油罐安裝位置，消除備輪架分裝總成長期閑置未曾使用，因助力油缸泄露而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向油罐溢油和支撐梁總成變形的問題。

3、液壓翻轉(zhuǎn)備輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計改進及分析

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計改進

根據(jù)整車的要求和備輪架分裝總成的現(xiàn)狀，保證空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱、以及上裝的總成等固定在備輪架分裝總成的安裝位置不變，將備輪架分裝總成中助力油缸的安裝位置降低，使助力油缸的位置不高于轉(zhuǎn)向油罐的安裝位置，應(yīng)用PRO/E軟件建立三維模型（如圖2所示）。

圖2　低置備輪架分裝總成三維圖

3.2F-S分析

根據(jù)備輪架分裝總成助力油缸的安裝位置和曲柄總成的安裝位置，應(yīng)用曲柄四連桿機構(gòu)原理進行舉升備輪結(jié)構(gòu)受力分析（如圖3所示），計算助力油缸拉（推）力F與行程S曲線（如圖4所示）。

圖3　受力分析圖

F為助力油缸推（拉）力，G1為初始狀態(tài)，G2為翻轉(zhuǎn)過程中狀態(tài)。

圖4　F-S分析圖

3.3ANSYS分析

圖5　ANSYS分析圖

應(yīng)用ANSYS軟件，對油缸低置結(jié)構(gòu)的備輪架分裝總成進行分析，分析備輪架分裝總成的危險點和支撐梁總成受力（如圖5所示）。

3.4計算分析結(jié)果

根據(jù)對備輪架分裝總成助力油缸的安裝位置和曲柄總成的安裝位置進行分析和計算，應(yīng)用曲柄四連桿機構(gòu)原理進行備輪舉升系統(tǒng)進行受力分析，計算助力油缸拉（推）力，滿足備輪翻轉(zhuǎn)設(shè)計要求。

應(yīng)用ANSYS軟件分析，可以清晰看到液壓翻轉(zhuǎn)備輪架低置油缸備輪架分裝總成的最大應(yīng)力點，強度滿足液壓翻轉(zhuǎn)備輪架的使用和性能要求。

4、結(jié)論

油缸低置結(jié)構(gòu)的備輪架分裝總成，保留了空濾器、工具箱、副油箱或絞盤油箱、以及上裝的總成等固定在備輪架分裝總成上的安裝位置不變，解決了因備輪架助力油缸高位安裝產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向油罐溢油和后續(xù)使用備輪架翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生支撐梁總成變形的隱患，并安裝于我公司相關(guān)車型經(jīng)過了相關(guān)30000公里路試和試驗驗證，使用效果良好，滿足備輪架翻轉(zhuǎn)的設(shè)計要求和性能要求，通過了試驗考核驗證，滿足整車性能并在公司部分車型廣泛應(yīng)用。

[1] 楊黎明 楊志勤.機構(gòu)選型與運動設(shè)計.北京:國防工業(yè)出版社, 2007.6.

[2] 張朝暉.ANSYS 12.0機械與結(jié)構(gòu)有限元分析從入門到精通.北京:機械工業(yè)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

屈英賢（1974—），男，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，從事汽車設(shè)計。