骆之岩

（大庆油田有限责任公司试油试采分公司生产维修大队，黑龙江大庆 163000）

0 引言

随着新时期汽车产业的高效发展，对工程车辆车架提出了更为严格的要求。工程车辆车架的使用条件具有一定的特殊性、复杂性，为了保证工程车辆车架的工作效率以及各方面的工作性能，需要对工程车辆车架开展有效的维修工作。对此，相关工作人员需要全面的了解工程车辆车架维修工作的注意事项，针对其中存在的工程车辆车架损伤原因，采用不同的工程车辆车架维修措施，保证工程车辆能够持续、稳定运行，满足各项工程的使用需求。

1 工程车辆的相关概述性分析

工程车辆的种类有很多，不同种类的工程机械车辆在进行维修的时候，需要选择不同的维修形式，从而保证维修工作的良好效果。工程车辆一般包括：运输车辆、托举车辆、起重车辆等。不同的车辆因为自身的工作内容不同，很容易产生各种损伤故障。对此，这就需要相关的工作人员要对工程车辆进行科学、合理的分类，采用有效的维修手段减少工程车辆出现的损伤次数。在对工程车辆的维修过程中，车辆的型号、车辆的主要部件的运行参数以及上一次维修时间等信息都是维修之前必须要了解的信息[1]。在此基础之上，掌握更多的工程车辆车架维修信息，为后续的维修保养工作提供更为客观的信息保证，整体提高自身的维修效果。

2 工程车辆车架的失效形式以及损伤原因

工程车辆车架的功能是用来承受自身的载荷，包括汽车自身的零部件的重量以及在行驶过程中受到的冲击、扭曲、惯性力等等。工程车辆现在使用的车架种类有：大梁式、承载式、钢管式、特殊材料一体成型式。车架不仅可以承担发动机、车身、底盘、货物的重量，而且在一定程度上也受到工程车辆在行驶过程中产生的作用力。对此，工程车辆车架的稳定性、可靠性直接影响到整个工程车辆能够持续、稳定的运行，对于整个工程车辆自身行驶过程中的安全性也有一定影响。在工程车辆行驶过程中，工程车辆车架在实际环境中有以下3 个方面的压力。

2.1 水平菱形扭动

工程车辆在行驶过程中，每一个车轮会因为路面和形式情况的不一样，路面的铺设情况、凹凸起伏、障碍物以及进出弯角等，使得每隔工程车辆的车轮往往会承受不同的阻力和牵引。工程车辆车架在使用过程中，可能会出现变形，如弯曲变形、扭转变形，另外工程车辆车架也会发生裂纹、锈蚀、螺栓以及铆钉松动等失效形式[2]。车架是工程车辆的装配基础，承受各种载荷的作用，在某些情况之下，很可能出现工程车辆车架弯曲和扭转、变形等问题。工程车辆车架的变形会导致汽车各总成之间的装配、连接位置发生变化，使得各个系统出现问题。为了保证工程车辆的整体布局、安装的需要，工程车辆车架经常被制作各种形状，在形状急剧变化的地方很可能因为应力集中导致工程车辆车架出现裂纹、甚至断裂。及早发现工程车辆车架的裂纹对于工程车辆本身的安全性能非常重要。

恶劣的工作环境可会导致工程车辆车架锈蚀，路面不平会导致工程车辆的冲击振动，导致工程车辆车架的螺栓、铆钉等连接出现松动。一旦工程车辆车架出现损坏，盲目进行修补和加固，不仅得不到预期的效果，甚至会削弱工程车辆车架的强度，在修复之后的使用过程中，很容易引发工程车辆车架出现变形、断裂。

2.2 负载弯曲

负载弯曲的压力是由于工程车辆的非悬挂重量，由工程车辆车架来承受的，通过轮轴传到地面上。负载弯曲主要十几种在轴距的中心点。所以，工程车辆的底部的纵梁和横梁，要求具备更高的强度、刚度。目前，对角车轮遇到的道路上不平面滚动，车架的梁柱需要承受这个纵向扭曲压力，就如同是将一块塑料片扭曲成螺旋形一样[3]。

2.3 横向弯曲

横向弯曲指的是工程车辆在进行左转弯或右转弯的时候，在重量的惯性作用之下，促使整个工程车辆的车身具有外甩的倾向，而轮胎的抓着力和路面也会形成一定的反作用力，两股相对的压力将车架横向弯曲。

3 工程车辆车架的维修措施分析

从外观上看，检查工程车辆车架是否有严重的变形、裂纹、锈蚀、螺栓、铆钉松动等问题。工程车辆车架出现的裂纹不容易忽视，如果较小裂纹不及时修理，促使其不断扩大，导致整个工程车辆处于报废的状态。工程车辆车架在行驶过程中，因为受到各种荷载的作用，工程车辆的纵梁会产生弯曲应力和剪切应力，尤其是在路面不平、工程车辆严重负荷或者超载的情况之下，将工程车辆承受的弯曲和剪切应力值的分布发生重大的变化[4]。工程车辆制动过程中，应力值和荷载状态增大至2～3 倍。工程车辆车架的断面虽然是按照等强度和一定的安全系数设计的，但是因为结构的不健全、最大荷载位置偏移或者严重超载的情况，很容易导致应力位置造成一定的断裂。

工程车辆车架某个局部因为应力集中，也会产生一定的裂纹，比如：在螺孔、铆钉孔等位置。尤其是这些孔在加工或者拆卸铆钉的过程中，由于不正确的操作从而造成一系列问题，建立相应的应力集中点，在纵梁和横梁的连接位置、转角处、槽型断面急速转弯，很容易产生应力集中。

工程车辆车架纵梁和横梁如果发现裂纹应及时修理。工程车辆车架上不重要的部位产生相应的裂纹，直接对此进行焊接修复；工程车辆车架上受力较大的部位产生的裂纹除将裂纹修复之外，还应该采用局部加强的方法。通常情况之下，维修人员采用加强板的形状和尺寸，完全取决于工程车辆车架纵梁的损坏部位、裂纹长度和受力情况的影响[5]。纵梁裂纹的部位以及自身的长短，采用不同的修理方法，维修方法如下：

裂纹如果没有扩大到整个纵梁横截面，并且不在最大受力部位，在修理之前，先进行工程车辆车架校正工作，保持工程车辆车架的固有直度。使用纱布或者钢丝刷打磨焊接的位置，使裂纹处能够露出金属光泽，之后在仔细检查，确定裂纹界限，也就是裂纹末端，在界限延伸10 mm 处钻5～8 mm 的闲置孔。在裂纹位置使用砂轮或者凿子修切，建立V 形焊道坡口。在填焊的过程中，从闲置孔开始一直到裂纹的另一末端，在反面同样进行焊补。在使用焊缝连接的时候，环境温度应该在0 ℃以上。最后再将其修平，加强副板。

如果纵梁上的裂纹较短，可以加强焊接、加强副板。副板厚度和材料的选择需要和纵梁相同，副板长度不能少于600 mm。副板和纵梁焊接的过程中，焊接周围也应该预先打磨，施焊方向应该来自副板中央向两边转移。如果纵梁上裂纹很长，采用三角形副板，腹板的厚度、强度不能超过纵梁强度。在焊接三角形副板的时候，降幅版在裂纹对称的位置上，焊接3～4 处之后沿着周围焊牢。

4 工程车辆车架的实际案例分析

4.1 建立车架3D 模型

所研究的工程车辆车架为边梁式，使用了1120 mm 的等宽车架，总长在12 915 mm、轴距为6543 mm，工程车辆车架的质量为7 t，工程车辆车架结构是由2 根纵梁、9 根横梁组成的，各梁结构都是工字型结构。

4.2 有限元模型的简化处理

在实际计算之中，为了使得到的有限元模型更加精准，通常对工程车辆车架做出两方面的假设：①材料各向同性，密度均匀分布；②工程车辆车架一直处于理想状态，在不考虑材料本身的问题以及装配、加工的过程中，产生残余应力。

分析工程车辆车架中横梁和纵梁，都是采用工字钢铸成的薄壁梁结构，在建立有限元模型，采用抽取中性面的方法，给予相应的厚度进行计算。为了促使计算精度最大化，降低计算量，忽略一些细节性尺寸，如装配孔、圆角、倒角等。对工程车辆车架的附件进行简化处理，建立相应的有限元模型，模型也分为16 个组件，由680 751 个单元组成，单元厚度是1 mm。组件焊接方式选择壳单元模拟焊缝方式。

4.3 网格边界条件的处理

结合工程车辆的实际运行情况，仅仅需要考虑在荷载的条件之下的应力、应变情况，工程车辆车架所受荷载主要来源于工程车辆车架上承重荷载以及工程车辆车架自身的重量荷载。

4.4 工程车辆车架强度分析

基于有限元模型求解出工程车辆车架在两大工况之下的应力和变形分布，两大工况下的最大应力都是在工程车辆车架中段，主要集中在两个主纵梁上，其中以静止工况为最大，最大值是251 MPa，分析其破损的原因是4 个支撑轴在之前的设计优化过程中已经设置了加强版，在一定程度上增加了结构稳定性。将这个最大应力值作为下一步优化设计的切入点。在经过相应的计算之后，发现强度的安全系数大于1.3，就能够证明这一工程车辆车架的强度设计符合其工作需求。

5 结束语

针对工程车辆车架中存在的损伤原因，开展有效的维修工作，保证工程车辆车架能够充分发挥自身的实际功能、价值，还能延长自身的使用年限，为各企事业单位带来最大化的经济效益、社会效益。除此之外，作为维修人员，要结合实际工程车辆车架的使用情况，制定符合实际的维修方案，及时消除工程车辆车架存在的故障问题。积极学习先进的技术手段，加强对工程车辆的损伤原因的研究，保证工程车辆能够安全、稳定的工作。