农用车车架

2024-09-23

农用车车架（共4篇）

农用车车架篇1

0 引言

众所周知, 车架是发动机、底盘和车身中各主要总成的安装基体, 车架在农用车辆可靠性方面起着相当重要的作用。车架承受这些总成的质量及其传给它的各种力和力矩[1]。车架的刚度、强度及动力性能对整车的行驶平顺性、安全性及寿命都有很大的影响。因而, 在分析或研究汽车车架时, 一般都是从车架的刚度、强度和模态这些角度出发对车架进行结构动力学研究, 该方法已是解决车架工程设计问题的有效手段。

1 车架有限元模型

车架有限元建模的关键是联接关系 (螺栓、铆接、焊接) 的模拟。车架有限元模型焊点的分布与实际上的焊接是否相似, 会影响车架的结构静强度和刚度分析的精度。本文在车架有限元建模之前充分地了解了车架的焊接工艺。点焊依据工艺流程规定的位置布置, 车架模型中共有1 587个焊点。完成后的整个车架有限元模型被划分为72 744壳体单元, 车架采用的材料为16Mn, 特性参数:E=206GPa, ρ=7.82×10-6kg/mm3, μ=0.28。由于有限元计算是对物理模型的近似, 因此在建立有限元建模之前应对几何模型进行适当的简化处理, 删除一些对结构分析只产生局部较小影响的细节, 如倒角、圆角、局部小孔、退刀槽等。删除这些较小的细节可以大大减小有限元分析的计算量和求解时间, 而不会影响到分析结果的精度。本文在HyperMesh中利用 geometry cleanup 和defeature 等菜单中的各项功能对模型进行几何清理, 经过这些步骤之后可以清除一些损坏的几何特征。网格划分完之后, 检查网格的质量。建立的车架有限元模型如图1所示。

2 车架结构动力学仿真计算

2.1 满载弯曲工况

满载弯曲工况是模拟汽车在满载状态下、四轮着地时汽车在良好路面匀速直线行驶时车架对其所承受的质量的响应情况, 该车的总质量是5t。在分析时往往分别对某些简单的路面情况进行研究, 动载系数则取一些理论研究与实验修正相结合的半经验数值。本文在满载弯曲工况下对车架的计算分析中取动载系数为3。为了消除车架的刚体位移, 需要对车架的自由度进行约束, 约束前轮的3个平动自由度UX, UY, UZ, 释放前轮的3个转动自由度ROTX, ROTY, ROTZ;后轮需要约束竖直方向的平动自由度UY, 释放其余所有自由度[2,3,4]。

对车架纵梁与横梁的关键点进行分析, 各点在车架上的位置如图2所示。

满载弯曲工况下的车架应力分布图, 如图3所示。从图3中可以看出车架中两纵梁上各截面处的应力值均小于车架材料的许用应力, 车架纵梁上大的应力区域主要集中在第2根横梁和第4根横梁之间。车架的最大应力为191.5MPa, 位于约束的前后轮上, 小于极限强度;其余位置应力值均较小, 仅为21.2～128MPa, 16Mn材料的屈服强度为345MPa, 车架的安全系数为1.8。由此可以得出, 为车架纵梁可以很好满足在汽车在满载弯曲工况下的强度需求。

满载弯曲工况下的车架位移分布图如图4所示。其最大位移为4.6mm, 位于纵梁中间, 远小于汽车定型试验规程中所规定的最大变形参考值, 说明车架具有较好的抗变形能力。左右两根纵梁相同位置的变形量相等说明车架具有好的载荷配比。由此, 表明此种车型的设计满载值是合理的, 车架的状态良好[5,6]。

2.2 满载扭转工况

车架扭转工况主要计算一个车轮骑障或悬空时施加在车架上的扭矩的作用。由于路面不平度的作用, 汽车在行驶过程中将受到扭转载荷的作用, 其极限扭转载荷为汽车在非对称支承下产生的静态扭矩状态。实践表明, 车身承受的最剧烈的扭转工况一般是在汽车满载低速通过崎岖不平路面时发生的, 车速一般较低, 故取动载系数为1.5。模拟汽车悬空时施加在车架上的扭矩的工况, 对左前轮UX, UY, UZ 3个方向自由度和右前轮UX, UY两个方向自由度及其它两轮UY方向自由度进行约束, 车架的宽度是862mm, 在车头施加3 440N·m的扭矩[7,8,9]。

满载扭转工况下的车架应力分布图如图5所示。在满载扭转工况下车架纵梁上的最大应力发生在车架的右前轮处, 在车架的第1根横梁和第2根横梁之间。在此工况下, 车架纵梁上的最大应力可以达到268.2MPa, 16Mn材料的屈服强度为 345MPa, 车架的安全系数1.2, 可以保证该车在崎岖不平路面上的正常行驶。满载扭转工况下的车架位移分布图如图6所示。在此工况下车架的变形量较大, 最大变形量为6.0mm。从图6中可以看出由于左前轮被抬起, 左纵梁的变形明显大于右纵梁的变形, 而左纵梁前端和中间的变形量最大, 此种情况属于危险情况, 可将车架的材料厚度相应地加大或布置加强筋来提高纵梁的刚度, 同时在该车使用过程中要尽量避免此工况的发生。即在汽车的正常行驶中, 尽量不要使单个车轮驶过较高的障碍。

2.3 紧急制动工况

车架在使用过程中常常发生与悬架连接处的车架开裂现象, 这与车辆使用中的紧急制动工况有很大关系, 有必要分析车架在制动载荷条件下的强度指标。汽车在行驶过程中由于行驶工况的改变, 车辆常常会经历加速或减速的情况, 而导致惯性力的产生。由于惯性力的作用车架将承受和行驶方向相反的纵向载荷的作用, 纵向载荷的大小取决于制动减速度和车载质量的大小, 惯性力的大小取决于车载质量和制动减速度的大小。在本文的研究中以制动时前、后各车轮同时抱死的情况进行计算, 在车架上施加一个纵向加速度来模拟紧急制动工况。对两前轮的UX, UY, UZ 3个方向自由度和后轮的UX, UY两个方向的自由度进行约束, 释放车轮的其余自由度, 动载系数取为1.5, 根据相关资料, 按汽车的最大制动减速度0.6g来进行计算[8,9]。

紧急制动工况下的车架应力分布图, 如图7所示。车架在使用过程中常常发生与悬架连接处的车架开裂现象, 车架的最大应力为246.7MPa, 位于左右纵梁的前后悬架连接处, 在第1根横梁与第2根横梁之间和第5根横梁与第6根横梁之间, 16Mn材料的屈服强度为345MPa, 车架的安全系数1.4, 可以保证汽车在需要紧急制动时的安全停车。

紧急制动工况下的车架位移分布图如图8所示。此工况下车架的变形量较大, 最大变形量为6.0mm, 位于两纵梁的中间与第2横梁和第3横梁上, 此种情况属于危险情况, 可将车架的材料厚度相应地加大或布置加强筋来提高车架的刚度, 同时在汽车使用过程中要尽量避免此工况的发生。

2.4 紧急转弯工况

汽车在紧急转弯时, 由于离心力的作用而产生侧向载荷, 就必须要求车架具有足够的忍受侧向载荷的能力。本文模拟汽车紧急转弯的极限工况-甩尾, 分析左转弯时的情况, 通过在横向 (Z轴正方向) 施加一个侧向加速度0.5g和在纵向 (X轴正方向) 施加一个减速加速度0.5g来模拟左转弯工况。对左前轮的UX, UY, UZ3 个方向自由度和右前轮的UX, UY两个方向自由度, 以及两后轮的UY方向自由度进行约束, 释放车轮的其余自由度, 取动载系数为1.5[10]。

计算紧急转弯工况下的车架应力分布如图9所示。其中, 车架的最大应力为350.3MPa, 位于左右纵梁的前悬架连接处, 在第1根横梁与第2根横梁之间, 其余位置应力值均较小, 16Mn材料的屈服强度为345MP, 车架的安全系数1。此种情况属于危险情况, 可将车架的悬架连接处相应地加大厚度或布置加强筋来提高车架的刚度。在紧急转弯工况下后轴发生严重侧滑, 后轮也会受到地面的滑动摩擦力作用, 实际情况要比该极限情况安全。

紧急转弯工况下的车架位移分布如图10所示, 车架的最大变形量为1.5mm, 位于车架的尾端, 往前逐渐减小。

3 车架模态分析

模态是机械结构的固有振动特性, 每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性, 就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。

汽车行驶时, 作用在汽车各部件上的载荷都是动载荷, 即它是时间的函数。因此, 结构上的相应位移、应力和应变不仅随其在结构中的空间位置变化, 同时也随时间而变化。若所受动载荷的频率与结构的某些固有频率接近时, 结构将产生强烈的振动, 从而引起很高的动应力, 造成早期疲劳破坏或产生不允许的大变形。为了在汽车使用中避免共振、降低噪声、确保安全可靠, 需要知道结构振动的固有频率及其相应的振型。本文利用工程分析软件Nastran计算出其在自由振动下的前8阶固有频率和振型。相应的振型图如图11～图18所示。

由图11～图18车架各振型图可以看出, 第1阶振型是车架的一阶扭转振型, 车架前部振幅较大;第2阶是车架的上下弯曲振动;第3阶是车架的复合振型, 为车架的上下弯曲和左右扭转的复合;第4阶是车架的上下弯曲振动;第5阶是车架的后头弯曲振动;第6阶是车架的前后扭转振动;第7阶是车架的局部振动, 为车架的前部纵梁扭转;第8阶是车架的局部振动, 为车架的上下弯曲和左右扭转的复合[11]。车架前8阶固有频率及振型如表1所示。

表1表明第1阶固有频率出现在11.9Hz。由于车身与车架在整车中是紧固联接的, 不考虑车架与车身出现共振的危险, 而应当考虑发动机与车架共振的危险, 因为发动机与车架是悬置联接, 常用车速爆发频率为33.3～50Hz, 不可能发生共振。路面不平度对汽车运动所引起的激励多属于15Hz以下的垂直振动, 有激起车架一阶扭转共振的可能, 但考虑到车身与车架的刚性联结可抑制该阶振型, 还需要进行整车模态的分析。

4 结语

1) 对农用车车架的有限元动力学响应分析, 选择了满载弯曲、满载扭转、紧急制动和紧急转弯4种典型工况, 在各工况下施加了相应的载荷和边界条件, 通过计算找出了车架在各种工况下的应力分布、位移变化等, 得到了车架的强度、刚度特性。

2) 通过计算, 得到在满载扭转和紧急转弯的工况下, 车架的左右纵梁会出现较大的应力。因此, 为保证车架的安全系数, 车架纵梁应加厚1～2mm, 提高纵梁的刚度。

3) 在整个车架的模态计算中, 得到车架的前8阶主频率和阵型, 基本真实反映了车架的动力学特性, 对车架的设计具有指导意义。

摘要：运用Hypermesh软件, 对某农用车车架几何模型进行了网格划分以及建立车架的有限元模型。根据该车的承载特点和行使工况, 对车架进行结构动力学仿真研究, 通过模态仿真计算, 得到车架的固有频率和固有振型, 可为车架的结构改进设计提供依据并获得较高的工程应用价值。

关键词：农用车,车架,有限元模型,动力学仿真

参考文献

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农用车车架篇2

三轮农用运输车在行驶过程中, 路面不平度和发动机谐振会引起振动, 从而降低操纵稳定性和乘坐舒适性, 振动和噪声也始终是困扰三轮运输车产业发展的一个重要问题。车架是整个三轮运输车的重要承载部件, 是发动机、底盘和车身各总成的安装基础, 其强度、刚度以及动力学特性直接影响了整车的基本性能。应用有限元计算和实验测试相结合的方法对车架进行动态性能分析, 是目前研究和改善三轮运输车的动力学性能的主要途径。

1 车架结构及有限元模型

本文以某公司7YPJ-1450型农用三轮运输车车架为研究对象。该车架采用边梁式双层结构, 上层用于固定车厢和后桥, 下层安装发动机和传动系部件, 斜梁用于安装转向机构。车架由型钢和钢板焊接而成, 不可拆卸。根据设计使用要求, 车架应具有足够的强度、抗弯刚度及合适的扭转刚度[1]。

该车架是一种比较复杂的空间薄壁梁结构, 在有限元模型中真实地反映车架结构是非常困难的, 需要进行必要的简化和假设。

板单元能够较好地模拟各薄壁梁的弯曲、扭转变形以及接头处的应力状况, 计算精度比较高, 能满足车架结构分析的需要, 且与实体单元相比, 具有模型规模小、计算效率高的特点, 因此采用板单元作为离散单元。结合车架的结构特点, 采用四节点板单元作为主要离散单元, 离散化后的有限元模型包括3 542个单元和3 436个节点, 模型如图1所示。

2 模态分析

2.1 振动模态分析

模态分析用于确定系统的振动特性, 即结构的固有频率和振型。当线弹性结构在自由或强迫振动下振动时, 它在任意时刻的振动形状是所有模态的线性组合。根据模态分析理论以及三轮运输车的运行速度、路面条件可知, 低阶振型对车架动态响应的影响更大[2], 因此本文重点分析模型的前几阶固有频率和振型。

应用有限元分析软件对车架有限元模型进行模态分析, 获得车架的前5阶固有频率和振型 (如表1和图2所示) 。由振型图可知, 一阶振型为车架在垂直方向上的弯曲, 弯曲中心在车架尾部;二阶振型为车架绕纵向中心线的侧倾振动;三阶振型为车架绕横向中心线的弯曲振动;四五阶振型为车架的弯曲、扭转组合振动。

2.2 模态实验

模态试验采用信恒电子科技有限公司开发的WS-CJ02锤击测振系统。锤击采用多点激励、单点响应的方式。

测振电路如图3所示。将力锤 (装有力传感器) 的力信号 (激励信号) 和加速度计的加速度信号 (响应信号) 传入电荷放大器, 再将放大后的电信号 (连续信号) 经A/D转换器采样后转变为离散的电压信号, 最后传入计算机, 应用Vib'SYS振动信号采集、处理、分析系统进行分析处理。

1.加速度计 2.力锤 (力传感器) 3.悬挂装置

应用软件的锤击测振模块可求出车架的传递函数, 再利用模态参数识别功能对传递函数进行处理即可求取车架的各阶固有频率和振型。前5阶固有频率的实验结果和有限元计算结果的对比如表2所示。两者的最大差值为12.1%, 从而验证了有限元模型的可用性。

3 振动分析

三轮农用运输车在行驶过程中, 车架的振动来自两个激励源:一是发动机激励, 该激励由发动机活塞往复运动引起, 直接作用于车架, 是一种周期振动;另一个路面激励, 路面激励由路面不平度引起, 通过车轮和悬架作用于车架, 是一种随机振动。

3.1 发动机激励下的车架振动分析

3.1.1 有限元分析

1) 有限元模型:

对原有限元模型进一步完善。悬架和板簧系统用弹簧单元模拟, 前悬挂用两根弹簧单元模拟, 左右板簧分别用两同样弹簧单元模拟;弹簧单元的一端通过MPC单元与车架相连, 另一端与大地固定连接。

2) 载荷的获取:

柴油机工作过程中, 活塞连杆、飞轮等部件的旋转、往复运动所产生的周期力、冲击力和撞击力以及燃料爆振都会引起振动, 因此对该激励进行精确理论计算比较困难, 载荷数据可通过试验获取。本文施加的载荷为柴油机与车架连接处的强迫加速度, 数据利用加速度计通过电测试验获得, 试验原理如图4所示。

3) 有限元计算:

应用有限元软件对该模型进行瞬态动力学分析, 可获得车架各处的位移、速度、加速度、应力、应变等响应。图5即为板簧前端支撑点的加速度响应。

3.1.2 发动机激励下车架响应电测试验

车架响应电测试验原理如图4所示。利用电阻应变片和加速度计将车架上一些关键部位的动态应变和振动加速度信息采集下来, 可用于验证有限元计算结果或进一步分析。根据静态分析和模态分析结果, 初步确定16个动态应变测点和16个振动加速度测点, 如图4所示。

图5为三轮运输车在怠速状态下, 车架板簧前端支撑点处加速度响应的有限元计算值和电测试验值。从图5中可以看出二者的波形、幅值、相位都比较接近。另外, 对比其它各测点的相关数据, 发现两种结果也基本吻合。因此, 可以认为该有限元动力学模型满足计算精度要求。

3.2 路面随机振动分析

三轮运输车在行驶过程中, 会受到路面不平度施加的位移和冲击扰动, 这种随机激励会对三轮运输车的平顺性产生比较大的影响。

作为车辆振动输入的路面不平度, 有关标准规定主要采用路面功率谱密度描述其统计特性。路面功率谱密度Gq (n) 可采用下式拟合

$G_{q} (n) = G_{q} (n_{0}) (\frac{n}{n_{0}})^{- 2}$ (1)

其中, n为空间频率 (1/m) ;n0为参考空间频率 (1/m) , n0=0.1;Gq (n0) 为参考空间频率n0下的路面功率谱密度值, 即路面不平度系数 (m2/m-1=m3) 。

对三轮运输车振动系统的输入除了路面不平度, 还要考虑车速的影响。根据车速, 将空间功率谱密度Gq (n) 转换为时间频率功率谱密度Gq (f) , 即

$G_{q} (f) = G_{q} (n_{0}) n_{0}^{2} (\frac{u}{f^{2}})$ (2)

其中, u为车速 (m/s) ;f为时间频率 (1/s) , f=un[3]。

考虑到三轮运输车经常行驶在路况较差的乡间小路, 本文选用D级路面、车速40km/h (最高允许车速) 的情况进行分析。

三轮运输车在行驶时, 各个车轮受到的路面激励不完全相同, 为简化计算, 将各轮所受的激励转化为同一个。应用PATRAN/NASTRAN软件的随机振动计算功能, 可计算出满载 (1t) 时车架各处的加速度响应和应力响应。图6为路面随机激励下的加速度及应力响应。从图6中可以看出, 车架被激励的频率响应在8～10Hz左右, 低于最低阶的固有频率22.57Hz, 避开了车架的共振频率。

4 结论

本文建立了三轮运输车车架的有限元模型, 阐述了动力学分析的理论基础, 利用有限元软件进行了模态分析和振动分析, 并进行了相关试验。通过计算和实验, 验证了有限元模型, 得到了车架的固有模态、随机振动响应等数据,

找出了其低阶振动频率, 可以为改进车架结构设计, 提高三轮运输车的操纵稳定性、行驶安全性和乘坐舒适性提供了参考依据。

摘要：对某型三轮农用运输车车架进行了动态有限元仿真分析, 建立了以板单元为基本单元的有限元计算模型, 利用分析软件对其进行了模态分析、发动机激励下的振动分析以及路面随机振动分析。同时, 通过模态试验和发动机激励下车架响应电测试验验证了计算结果, 了解了该车架动力特性, 也为车架结构的进一步分析和优化奠定了基础。

关键词：车架,有限元模型,动态分析

参考文献

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商用车车架生产工艺篇3

1 车架纵梁生产工艺分析

1.1 纵梁与加强板的生产工艺

纵梁与加强板在生产过程中采用如下3种工艺。

(1) 落料冲孔 (利用模具) →压弯成形 (利用模具) →装配。

(2) 落料冲孔 (利用模具) →压弯成形 (利用模具) →钻孔→装配。

(3) 数控打孔→切割外形→模具成形→修磨→装配。

1.2 模具使用现状

目前, 公司在纵梁生产过程中主要以模具为主。使用模具生产有以下优点。

(1) 产品孔位尺寸稳定, 互换性好。

(2) 可以形成批量生产, 操作简单, 便于组织。

(3) 材料利用率高, 易实现机械化与自动化。

但是对于汽车纵梁来说, 尤其目前中重型汽车市场变化极快, 产品品种千变万化, 全部使用模具生产就存在以下不足。

(1) 纵梁模具制造周期长, 制造成本高。

(2) 使用设备要求严格, 作业转换不灵活, 不利于小批量生产。

(3) 劳动强度高, 安全性低, 需要必要的机械化与自动化。

传统模具结构与现在模具结构如图1、图2。

传统模具的装配形式是模具工作部分及结构部分靠螺钉与柱销直接紧固在模架上, 凸模与固定板采取过盈配合, 整体结构不利于拆卸, 不能实现任意组合。

现在的模具使用通用模架, 模具工作部分为标准的小模具, 每组小模具间通过底板上的定位孔利用专用定位销直接固定在通用模架上, 在不同产品生产中可以任意更换品种;凸模与固定板的装配采用细牙螺纹联接, 更换极其方便, 可以实现同一规格产品的不同孔位需求, 在新产品的工艺准备中也可以极大地降低模具制造费用, 不同规格的产品还可以利用同一模架实现, 降低了成本投入。

1.3 新工艺的发展与应用

(1) 槽形梁的应用

汽车纵梁采用该结构的形式较为广泛, 如东风汽车有限公司的中、重型车。利用此结构的最大优点是结构简单, 能够快速实现产品变化。而且, 可以减少重复的工装投入, 生产过程只需用一条钻孔线和简单的切割设备来完成, 也可以利用三面数控冲孔生产线完成, 生产成本较低, 作业转换灵活。

(2) 钻孔线、数控加工、模具的联合使用

伴随着数控柔性加工技术的日臻成熟, 目前国内外汽车厂家利用此项技术的也越来越多。尤其像公司生产的中、重型汽车纵梁, 由于纵梁形状较复杂 (前后端不是等截面, 很多新产品腹面有落差) , 传统工艺模具制造的长周期与高成本已经越来越难适应生产需要, 现在公司已经有多种J6新产品利用数控打孔机与模具相结合的方式进行生产, 在很大程度上实现了新产品试制的柔性加工。在国内的其他汽车生产厂家绝大多数也都拥有至少一条同类的生产单元, 该种生产工艺的应用相对模具工艺前景更为广阔。

2 汽车纵梁生产中存在的质量问题

2.1 落料冲孔

纵梁落料冲孔的主要质量问题就是少孔和有毛刺。

纵梁少孔会直接影响到铆接装配和整车装配, 致使车架装配不上或造成整车无法装配的严重质量问题。

产生少孔的原因主要是冲头折断和更换时漏装。

(1) 冲头折断的主要因素

a.板料的机械性能。

b.板料的平度。

c.冲头本身的使用寿命。

d.冲模的工作状态 (冲头与凹模的间隙是否合理) 。

e.板料是否涂油。

f.设备的滑块与导轨的间隙。

g.滑块与工作台的平行度。

h.落料冲孔时板料所产生的横向推力。

i.上料架高于或低于模口而造成斜向送料等。

(2) 解决少孔的措施

a.严格控制材料的进口关, 做好材料的检验工作, 使力学性能在规定的范围内, 翘曲严重的板料必须校平后生产。同时, 必须保证材料在涂油后才能投入生产。

b.对于冲模要做好预修工作, 保证冲模的工作状态, 及时更换使用寿命已到的冲头。对于表面有划伤的冲头, 及时抛光, 可提高使用寿命1~2倍。一般Cr12Mo V的寿命为3 500~4 000件, T10的寿命在2 000~2 300件。

c.定期维修保养压床, 保证设备精度。

d.对于不合理的模具结构要进行更改, 如尽量保证直径粗大的冲头首先工作, 直径细小的冲头最后工作, 同时保证冲裁力分布合理均匀, 减少横向推力的产生。

e.在操作时, 培养操作者的技术业务水平, 加强对产品的自检和专检, 尽早发现冲头的折断问题, 及时制止大批量的少孔现象。

(3) 毛刺的产生原因

a.冲模刃口间隙大或小、间隙不均匀。

b.刃口不锋利, 有圆角或损坏。

c.刃口不垂直。

d.刃口拉毛。

e.模具制造与装配的尺寸与形状的误差。

f.压力机的平行度。

g.模具安装正确与否。

h.冲模结构刚度及导向精度、板料外形挠曲的程度等。

(4) 减少毛刺产生的措施

a.保证冲头与凹模的间隙在合理的范围内并保持均匀, 避免冲头与凹模不同心。

b.对于易损件要及时更换;对于已经钝化的冲头与刃口要及时磨锋, 保证刃口的锋利。

c.严格控制材料的进口关, 做好材料的检验工作, 使力学性能在规定的范围内, 杜绝使用不合格板料, 如翘曲严重、厚度不均、硬度不合格的板料等。同时, 必须保证材料在涂油后才能投入生产, 保证冲模工作部位的润滑。

d.正确安装冲模, 保证冲模工作时上下导向精确。

e.定期维修保养压床, 保证设备精度。

f.合理使用工位器具, 操作时避免单边冲裁。

冲裁加工时, 影响冲裁件质量的因素有冲裁间隙、模具刃口锋利程度、模具结构与制造精度、冲裁件材料性质等。其中, 凸凹模间隙的大小与均匀程度是决定加工成败及制件质量的最主要因素。当间隙过大或凹模刃口磨损时, 金属内部拉伸力增大, 光亮带变窄, 而撕裂段变宽, 形成大毛刺;当间隙过小时 (或材料厚度太大时) , 由凸凹模刃边缘所发生的剪位移面就不能不相重合, 形成双光亮带的断面形式, 并有尖毛刺, 如图3。

2.2 压弯成形

纵梁成形的主要质量问题就是回弹。回弹影响着装配的难易程度和装配质量, 所以必须加以控制。纵梁较明显的回弹形式有两种:纵向回弹和横向回弹。纵向回弹是指纵梁沿长度方向产生回弹, 纵向回弹一般在装配中靠夹具或校正机来克服。横向回弹是指上下翼面相对腹面的垂直度, 大于90°角为正回弹, 小于90°角则为负回弹。横向正回弹使铆接间隙大, 负回弹影响加强板及横梁的装配, 造成装配困难。

(1) 产生回弹的原因

a.纵向回弹

纵梁是U形宽板压弯件 (板宽与板厚之比大于3) 。U形截面在成形中, 其变形区圆角部分的内层和外层的应力状态及大小是不等的, 圆角部分内层金属处于三向 (纵向、横向、径向) 压应力状态, 外层金属在厚度方向 (径向) 受压应力, 其余两向是受拉应力。

当压弯结束, 弹性变形要恢复, 在纵向应力的作用下, 外层金属趋向于纵向收缩, 而内层金属趋向于纵向伸长, 因而就产生纵向的拱起回弹, 即纵向回弹。

此外, 对于CA1092等变截面纵梁, 在折弯处, 由于毛坯展开料的长度大于压弯后翼面的长度, 在压弯过程中翼面上有多余金属存在, 更加剧了梁的纵向回弹。

b.横向回弹

如图4, 在横向应力作用下, 外层金属趋向于收缩, 而内层金属趋向于伸长, 因而就产生横向正回弹趋势。

此外, 由于气垫力小, 凸模开始接触料时, 材料产生向下的挠度, 使腹面在横向有了多余材料, 如图4a;当滑块继续下降时, 多余材料向上拱起, 此时压弯圆角小于90°, 如图4b;当滑块到下死点时, 凸模与压料板顶死, 多余材料向横向挤开, 此时模具给材料反向弯曲力矩M, 如图4c。由于挤开的料进一步加大圆角处的三向压应力, 塑性变形程度增加, 同时材料产生抵抗反向弯曲的力矩M1, 因此卸载后在力矩M1作用下, 横向产生负回弹。

(2) 解决回弹措施

a.控制材料性能与厚度公差。严格生产管理制度, 控制原材料性能, 材料力学性能应相对稳定, 板面应平整, 否则会加剧弯曲时的纵向回弹, 在必要时应增加校平工序。严格控制材料厚度, 原材料厚度不得超差, 否则回弹很难控制, 尺寸精度难以保证。在同批生产中, 避免出现材料差异造成的质量波动。

b.改变凸模底部与压料板的形状, 凸模做成预回弹角。为了防止纵向回弹, 纵梁成形凸模都有事先做成的预回弹角, 中间高, 两端低, 呈圆弧形。

c.改善模具结构, 修正弯曲凸模, 用补偿法减少回弹。凸模底部的形状对回弹有影响, 在横向断面上, 采取中间低, 两边高的形状, 减少凸模与制件的接触面积, 增大圆角部分的矫正力。纵梁与加强板开口尺寸问题是直接影响厚板车间产品质量提高的一项重大问题, 不稳定的主要因素为材料、模具、设备。目前, 厚板冲压车间针对这些因素进行详细的跟踪调查, 并采取如下控制措施。对模具间隙进行了实际测量, 已经达到技术要求;对设备的拉伸垫进行了检修并加装了压力读数表;提高职工的质量意识, 做好生产过程中的质量控制工作;在同一批次生产中采用同一厂家的材料, 不同厂家的材料尽量不同时投产。

对目前生产的产品质量状态进行跟踪测量后发现, 在同一气压的情况下, 同一模具的同一部位开口尺寸仍存在1~8 mm的变化。这说明材料问题是关键, 而此问题还没有具体的解决办法, 当前只能是尽量控制。其他问题如产品的锈蚀、涂油超厚、划伤、开口尺寸及孔偏差等, 现采取如下措施控制。

a.产品的锈蚀

解决此问题的重点是控制材料质量, 要求操作者严格执行生产工艺, 并加强现场的各级监督检查, 特别是对抛丸工序要加强管理。

b.涂油

新车架涂装线投产以来, 反映出厚板冲压时所涂拉延油清洗不净的问题, 对车架电泳造成了影响。但是从厚板生产工艺考虑, 厚板涂油有两个目的:一是冲压工艺要求, 润滑模具, 避免模具损伤, 减少拉毛现象;二是防锈。因此, 厚板车间的涂油不可能取消。现在采取的控制措施是尽量减少涂油量, 减薄涂油层。具体措施如下:更改涂油管阀门, 使其可控制流量, 降低涂油量;经常检查自制的刮油毛毡, 保持完好, 使涂油均匀、油层减薄并在辊子侧面增设刮油板。远期规划:可将涂油线改为静电喷涂, 既可控制油量大小又可解决划伤问题;增设冲压件清洗机清洗油污。

c.钢板划伤

钢板划伤问题一直是制约厚板产品质量提高的老大难问题, 其产生的因素贯穿于厚板整个生产工艺流程中, 从钢板进料开始, 钢板即先天带有毛刺、划伤及麻坑, 而在厚板涂油线、剪切、冲压过程中所有的上下料的传送过程都是钢板对钢件的摩擦过程, 由于钢件自身的硬度不可避免地对钢板造成划伤, 因此从工艺来说, 很难完全避免钢板划伤, 但为了尽量减少钢板划伤的产生, 特别是避免产生大的划伤, 现在厚板冲压车间采取了如下控制措施。

从钢板进料源头开始控制, 要求钢板库在发料时分吊、调个, 使毛刺朝上、朝出口方向。

在涂油线、8 m剪床上操作时, 也是毛刺朝上、朝出口方向, 在小剪床操作时与之相反, 这样可避免毛刺划伤钢板。

在8 m剪床上操作, 出料时加垫, 避免两钢板接触划伤。在小剪床的拉料器上做改进, 使拉料器长度可调, 这样可避免拉料器划伤钢板。

检查涂油机、8 m剪床及5 000 t、4 000 t压力机等设备的传送装置, 去除高点和尖头部位, 减少划伤。

对于单面划伤的零件采取措施, 增加一道翻转工序, 使其成形后划伤部位在零件内侧。

改造5 000 t压力机成形后的落料高度, 即增加斜板, 减缓下落速度。

在涂油线出料时加垫, 避免两钢板接触划伤。

d.拉毛

拉毛是成形工序的质量缺陷, 其控制措施如下。

保证模具与板料的表面清洁。保证模具镶块接缝处的平整度。

加强对模具表面的预修与镀层处理工作。

对拉延油的选用进行改进, 优选拉延油。

在生产中严格控制板料的冲压方向, 尽可能将划伤严重的表面处于产品内部。材料自身质量问题不可预见, 必须加强进口管理。

3 汽车纵梁生产中的新技术应用

近年来数控冲孔技术逐渐被应用在车架纵梁的生产过程中, 在企业中被称为柔性加工。

3.1 车架纵梁和加强板加工方式

(1) 等边板料→模具落料冲孔→模具压弯成形。

主要采用的工艺方式。速度快, 但是模具投资巨大, 适用于大批量的生产方式。

(2) 等边板料→模具落料→模具压弯成形→摇臂钻床钻孔。

纵梁类零件的主要生产方式。优点是投资小, 见效快, 生产灵活。缺点是钻孔的精度难以保证, 生产效率低。现有8条钻孔线, 月产3 000辆份车架纵梁。

(3) 槽形料→三面冲孔 (直线式) 。

目前国内唯一使用三面冲孔机的是东风汽车有限公司。三面冲孔效率高, 在板料8 mm厚、长11 m、孔数量300个条件下, 每根纵梁冲孔时间8 min。三面冲孔机设备价格较高 (东风汽车有限公司采用的德国设备价值1 700万元) , 并且对槽型毛坯梁的要求高, 要求直线度高, 且不能够冲翼面变形面上的孔。

3.2 平板数控机床的应用

当前国内多数汽车制造厂家均使用平板数控机床。例如, 青岛汽车厂、一汽凌源汽车制造厂、东风汽车有限公司新近订货的数控冲均为开式平板冲。但现在的直列式平板数控冲孔机一般采用开式机身, 不易克服冲孔过程中存在的偏载问题。目前采用的数控冲孔机为液压直列闭式数控冲孔单元, 压力机每秒达到60~80次的行程。

(1) 工艺流程

加工程序准备→加工程序输入→平板吸盘自动上料→端部自动定位→板料中心线自动定位→夹钳夹料→运行冲孔→下料。

(2) 设备构成

包括电动上料台车、自动上料装置、定位装置、送料装置、浮动托板装置、冲孔主机装置、自动下料装置、废料输出装置及控制系统。

(3) 坐标轴和基准

a.板长度方向为X轴, 宽度方向为Y轴。

b.孔的X坐标以板料端部为基准;板料的宽度方向为Y轴, 以中心线为基准。

c.板料仅沿长度方向送进, 在此方向机床两侧分别设有一套送料装置为X1、X2轴, 模具沿板料宽度方向运动定位为Y1轴, 打击器在被选用的模具上方定位为Y2轴。整线全部数控轴数为4轴控制。

3.3 主机结构

(1) 主机采用液压机;主机床身为闭式焊接床身, 承受冲压力, 无偏载力;主机固定不动。

(2) 模具库为双排直列式, 容量20套, 上下模无水平相对运动, 对中良好。

(3) 模架由精密滚珠丝杠驱动实现快速运行定位。冲压油缸由伺服电机及精密齿形同步带驱动, 油缸和模架运动时重量由导轨支撑, 油缸、模架和导轨滑块的联结有一个微小的浮动环节, 油缸、模架停下来冲压时, 由于冲压力的作用油缸向上运动、模架向下运动, 浮动环节起作用, 油缸和床身上部大平面贴合、模架和床身工作台大平面贴合, 冲压力不经过导轨传至床身。实现运动时导轨支撑、冲压时大平面传力, 没有危险或磨损环节。

(4) 有液压压卸料装置。

(5) X1、X 2轴前后夹钳由交流数字伺服电机驱动、精密齿轮齿条传动, 精密导轨导向。

(6) 由自动编程系统自动生成加工程序。

(7) 自动上、下料。

(8) 直边板、落差板、曲边板 (人工辅助定位) 加工过程全自动。

(9) 可补孔加工, 工艺孔定位 (人工辅助) 。

(10) 板中线自动定位。

(11) 无死区加工。

(12) 断电钢板不坠落。

(13) 自动收集废料入废料箱。

(14) 主机自动集中润滑。

(15) 程序断点记忆功能。

(16) 模具折断报警功能。

3.4 机械装置结构

平板数控冲孔线由上料电动台车、电磁吸盘上料装置、上料支架、左右板料托辊、板料定位装置、左右浮动辊架、主机 (含液压系统、模具系统、床身、Y轴驱动、X轴送料系统等) 、废料输出装置、自动下料装置、设备基础件、电气部分、自动编程系统组成。

(1) 上料电动台车:该台车可用按钮控制开出线外, 装载行车吊运的板垛后, 再开回上料位置。台车承载20 t、运行速度4 m/min、行程1.5 m。

(2) 电磁吸盘上料装置:该装置完成上料功能。吸提板料靠电磁吸盘, 吸盘架升降由液压缸完成, 整个装置前后横移由液压缸驱动。1 0个电磁吸盘沿吸盘架均布。提升板料同步。横梁刚性好, 前后移动有导轨导向, 保证两端同步。电磁吸盘断电磁力保持, 反向通电消磁, 安全可靠。

(3) 上料支架:型钢焊接刚性悬臂支架, 支撑上料装置。

(4) 提升装料机构采用型钢焊接结构, 用油缸驱动升降, 保证动作同步、准确。Y方向上料, 自动控制。

(5) 左右板料托辊:承托板料, 托辊刚性好, 耐撞击, 板料在其上左右移动。

3.5 板定位装置

(1) 定位装置有两组, 两对中挡块由旋向相反的丝杠同步驱动, 并由导轨导向。用时, 两对中挡块相向运动靠近, 夹持板料对中。挡块停止由检测开关控制。挡块可预调使其偏置。

(2) 远离主机的对中定位装置可移动适应长度 (4~12 m) 的板料。

(3) 板料以中心线定位, 能使宽度误差在两边分布。板料有前后两组装置同时起作用。对于无孔纵梁平板:以端头为X轴O坐标, 以两边对中确定Y轴中心基准。

(4) 工艺孔定位装置两组, 和对中定位装置复合安装在一起, 用于已经冲有定位工艺孔的板再加工。定位销可沿X轴向调整后选用, X轴向调节范围需满足不同板料的长度 (4~12 m) , Y轴向调节范围300 mm。可更换选用Φ30、Φ32、Φ40、Φ42、Φ50 mm的定位销。

3.6 主机为闭式液压机

(1) 液压元件采用进口产品。油缸由专用油缸厂提供。油缸下腔常通蓄能器, 回程迅速, 电液比例阀控制, 冲压平稳频率高。通过程序或控制面板, 冲压上下位置有级可调, 减少冲压行程以提高冲压频率。板料的压料和卸料由液压强制进行, 安全可靠。

(2) 液压站配蓄能器, 降低功率消耗, 减少能源浪费, 减小发热量;有风冷散热装置。液压站有油位监测报警装置、自动加热装置、自动风冷装置, 各液压回路的压力由压力表显示。

(3) 夹钳由配有蓄能器并和主油路隔离的旁路油路供油, 夹紧力不受冲压回路压力的影响。

(4) 液压站通过软管和主控阀块相连, 主控阀块安有电液比例控制阀, 阀块装在油缸顶部, 以提高油缸的反应速度。

(5) 双排直列式模具库:安装在主机工作台上, 在板宽方向可以相对压力机工作台往复运动, 使模具定位。打击器 (含油缸) 被伺服驱动定位在所选模具上方。板料到位即可冲压。直列双排模具库装20套模具, 这些模具结构简单, 冲头和凹模制造方便, 对中性好, 拆装方便。冲压过程中的压卸料由专门的液压压卸料装置完成。

(6) 导轨:采用滚动直线导轨, 要求有足够的刚度、较高的导向精度和良好的润滑措施。

3.7 X轴板料送进装置

主机前后各一套夹钳装置, 伺服驱动, 快速起制动, 齿轮齿条传动, 精密导轨导向, 大部分时间夹持板料位置为两端。夹钳夹持可靠, 夹紧油缸采用进口的密封元件, X轴定位速度60 m/min。

3.8 控制系统组成

控制系统由数控部分和强电控制部分组成, 其中强电元件进口, 保证在各种气候环境下系统正常工作;控制系统对机械的各个部分的动作实时监控, 完善保护。

3.9 废料输出装置

主机配备排屑器, 随时将冲下的废料排入废料箱, 不发生散落。废料箱带滚轮可以方便的移出线外, 由吊车吊走。

3.1 0 左右浮动辊架

主机两侧辊架可上下浮动, 板料在进给时被托起, 不和下模相摩擦或撞击, 冲压时辊架下降板料落在下模具上。

3.1 1 自动下料装置

(1) 下料采用链条拨块机构。链条拨块推动板料先平移, 然后板料在重力作用下下滑, 滑入料架内。料架上方有防划伤装置。

(2) 吊车可把板料直接吊走。

3.1 2 电气部分

(1) 数控系统采用日本FANUC0-I, 控制中心分为手动和自动控制两种方式。

(2) 图形显示功能:可用来检查程序是否与图纸相符。

(3) 诊断功能:输入/输出信号的状态, 故障和报警, 伺服运行的波形及PLC梯形图等可在显示器上显示, 方便维修。

(4) 编程:通用G代码编程。

(5) 数据输入/输出:程序的输入/输出通过RS232串行口与计算机用电缆进行通讯, 也可通过网络直接进行通讯, 使程序的管理快速方便。

(6) 7段设定功能:按照定位距离的长短分7段来设定伺服的速度、增益和时间常数, 使运行更加平稳。

(7) 坐标偏移功能。

(8) 报警历史记录, 帮助确定故障的原因。

(9) 故障处理指导功能, 出现故障时可按照处理指导方法进行处理, 对经验不足者有一定帮助。

(10) 中、英文显示。

(11) 屏幕保护功能, 在需要时将屏幕打开, 不需要时可将屏幕关掉, 延长显示屏使用寿命。

(12) 原点补偿、丝杠螺距误差补偿和反向间隙补偿。

(13) 行程极限软限位和限位开关保护功能。

(14) 人机控制界面, 具有与外界通讯软件 (发送、接收、编辑) 。

(15) 电源部分:适应电压±15%的波动;在输入级加电抗器实行滤波稳压;在驱动总线上安装浪涌吸收器, 对电机能耗反馈引起的尖脉冲进行吸收。

(16) 控制柜:控制柜要密封、防尘、冷却, 并具有良好的照明, 柜内提供维修用220 V (三孔) 插座, 电器元件采用施耐德、图尔克、菲尼克斯产品, 要求控制柜带装置图纸空间。

(17) 整机具有可靠的接地系统, 具有完备的线路保护功能。

(18) 整机电气系统符合国家标准《机床电气设备通用技术条件》。

(19) 元件在机床上有标识且与图纸一致。

(20) 气路系统:采用SMC气动元件, 确保机床工作的可靠, 设有气压不足报警装置。

3.1 3 自动编程软件

(1) 使用美国TEKSOFT公司PROCAM自动编程软件

a.自动编程软件可直接调用AUTOCAD的图形或其他CAD软件生成的DXF、IGES格式的图形, 通过友好的人机界面, 完成机床加工程序的自动生成。

b.自动编程计算机可以在机床附近 (15 m内, 系统联网后不受限制) , 通过电缆和数控系统联结, 实现程序的双向直接传输。

(2) 主要功能

a.夹钳自动保护。

b.冲压路径优化。

c.可直接调用AUTOCAD的图形或其他CAD软件生成的DXF、IGES格式的图形。

d.根据公差范围自动加刀具功能。

日本汽车生产厂家已经采用闭式直列平板数控冲孔机。瑞典、德国等西欧国家采用的多为转塔式数控冲孔设备。

农用汽车车架与悬架系统的检修篇4

车架是整车的支撑部件, 主要由车架本身和减振装置、车轮等附件组成。由于农用汽车的行驶条件恶劣, 行驶中受到各种作用力的影响, 会导致车架及附件变形或损坏, 从而严重影响农用汽车的使用性能和寿命。对于车辆事故造成的车架变形, 往往比较容易看到。但对于有些因素导致的车架变形, 用观察法是很难发现的, 需要借助仪器和工具才能检测出来, 以便及时维修。

1.检查车架左右纵梁上的前钢板弹簧后座销孔与后钢板弹簧前座销孔的中心距, 相差应不大于1 mm。若不符合要求, 应予检修或矫正。

2.检查车架左右纵梁上的前钢板弹簧前后座孔中心距。此中心距与标准中心距相差应不大于2 mm。若检查不符合要求, 应予以检修。

3.检查车架左右纵梁上的后钢板弹簧前后座孔中心距。此中心距与标准中心距相差应不大于2.5 mm。若检查不符合要求, 应予以检修。

4.检查车架左纵梁上的前钢板弹簧前座销孔端面至右纵梁上的前钢板弹簧后座销孔端面;右纵梁上的前钢板弹簧前座销孔端面至左纵梁上的前钢板弹簧后座销孔端面的对角线长度。每组对角线长度相差应不大于3.5 mm。若不符合标准要求, 应予检修或矫正。

5.检查纵梁的平行度。其检查方法是:从纵梁前后各定一点, 并通过这两个定点拉一直线, 测量直线与纵梁平面间的最大距离应不大于4 mm。若不符合上述要求, 应予检修或矫正。

6.检查纵梁上平面与侧平面的垂直度。用万能角度尺检查纵梁上平面与侧平面的垂直度, 其误差应不大于0.5 mm。若检查结果不符合要求, 应予检修或矫正。

7.检查左右纵梁的钢板弹簧座销孔的同轴度。其检查方法是:用两根直径比钢板弹簧座销孔稍小的芯棒分别从两纵梁的钢板弹簧座销孔插入, 此时, 两芯棒的顶尖相差应不大于1 mm。若检查结果不符合要求, 应予检修。

8.检查车架有无弯曲、扭曲、锈蚀和疲劳断裂等。如有弯曲、扭曲变形应予矫正。如果车架严重锈蚀, 应除锈后涂刷防锈漆。

二、悬架的检修

悬架是车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称。它的作用是把路面作用于车轮上的垂直反力 (支撑力) , 纵向反力 (牵引力和制动力) 和侧向反力以及这些反力造成的力矩都传递到车身上, 以保证汽车的正常行驶。汽车悬架尽管有各种不同的结构形式, 但一般都是由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。由于农用汽车行驶的路面不可能绝对平坦, 路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的, 特别是在坏路面上行驶时这种冲击力将达到很大的数值。冲击力传到车身时, 可能引起汽车机件的早期损坏;传给乘员和货物时, 将使乘员感到极不舒适, 货物也可能受到损伤。为了缓和冲击, 在汽车行驶系中, 悬架系统还应具有减振作用, 以使振动速度衰减, 振幅减小, 为此, 在许多形式的悬架系统中都设有专门的减振器。

1.前悬架的解体

(1) 用楔块掩住后轮, 将千斤顶或支架支于车架前部和前轴, 使轮胎离开地面后卸下前轮。

(2) 拧下减振器连接销螺母, 打出连接销, 拆下减振器。

(3) 拧下前钢板弹簧U型螺栓的螺母, 用工具打出吊耳销, 将钢板弹簧从吊耳中卸下。

(4) 拆下前钢板弹簧销锁紧螺栓的螺母、垫圈和润滑嘴, 然后用工具打出锁紧螺栓, 再打出前钢板弹簧销, 拆卸前钢板弹簧总成。

(5) 需要更换钢板弹簧片时: (1) 拧下前钢板弹簧四个夹箍螺栓的螺母, 拆下四个夹箍隔管。 (2) 用虎钳夹住弹簧总成中心螺栓的螺孔附近部位, 拧下中心螺栓的螺母, 拆下中心螺栓, 松开虎钳, 拆下前钢板弹簧各片。

(6) 更换弹簧夹箍。前钢板弹簧第四片及夹箍总成、第七片及夹箍总成, 可用冲头连接弹簧片和夹箍的铆钉从弹簧片上冲出, 把弹簧片同夹箍拆开。

(7) 更换前钢板弹簧衬套。需要更换衬套时, 可用专用工具将前钢板弹簧衬套从钢板弹簧第一片的卷耳孔中打出。

2.后悬架的解体

(1) 用楔块掩住前轮, 将千斤顶或支架支于车架后部和后桥, 使轮胎离地后卸下后轮。

(2) 拧下后钢板弹簧U型螺栓的螺母, 拆下U型螺栓压板及定位销总成后, 将后桥安全落地。

(3) 拧下后钢板弹簧吊耳销两个螺栓的螺母, 拧下滑脂嘴, 用工具先打出锁紧螺栓, 再打出后钢板弹簧吊耳销, 将钢板弹簧从吊耳中卸下。