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[发盖hood] 车尾门框的刚度问题及其整改

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发表于 2015-10-4 04:03:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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厢式物流车尾门的高和宽尺寸较大,重量也随之增大,这就需要较强的车体门框结构进行支撑,但往往会带来了一系列故障,如尾门异响、尾门缓冲块异常磨损等。本文通过一系列试验排查和对比分析,找出了产生这些故障的根本原因,并进行了针对性的整改,最终使这些故障得以消除或减轻。
        近年来,随着中国城市化进程的加快以及经济的不断发展,客户对采用承载式车身的中高档厢式物流车的需求量也逐渐加大,该类型的厢式物流车将成为未来城市物流的主流车型,具有较好的市场前景。此类车在设计过程中,为了上下货物方便,往往将尾门尺寸设计得很大,重量也远远重于其他车型,这就给车体结构性刚度和强度的设计提出了较高的要求。
        项目背景
        某款厢式物流车在设计之初,尾门高度参照市场上主要竞争车型,设计为1550mm;主体结构设计完成后,为了增加产品竞争力,将尾门高度从1550mm加大到2000mm,质量也由原来的42kg增加到了53.5kg。
        根据产品数模试制出了精度达65%的样车后,整车焊接精度符合企业标准试验要求后立即投入到可靠性道路试验中。试验在中国定远试验场进行,试验里程分配为:高速环道6000km,场区山路8000km,强化路12000km以及一般公路4000km。其中强化路包括坏路、扭曲路和搓板路等综合路面。经过一段时间的道路试验,尾门系统陆续出现了一些故障。
       

车尾门框的刚度问题及其整改

车尾门框的刚度问题及其整改

        第一,在强化路面上累计行驶到3000km后,尾门系统开始出现异响,进一步观察尾门上缓冲块(尾门与门框之间起缓冲作用的橡胶件,尾门关闭时处于压缩状态),已经磨损了约3mm。
        第二,门框右上拐角处的车身面漆被蹭掉,证明在试验过程中尾门与门框在此处有动态干涉的情况发生。
        第三,在强化路面上累计行驶到5000km时,左右门框拐角处均有细微钣金裂纹出现。
        原因排查
        尾门与尾门框通过铰链和锁进行刚性连接,通常情况下,在车辆行驶过程中,门与门框应作为刚性整体进行摆动,不应出现干涉情况。故障车辆出现尾门与门框动态干涉,说明尾门与门框之间存在相对运动,且相对运动的弧度应大于尾门与门框之间的静态间隙5mm,正是因为这种不断的相对运动,才造成橡胶缓冲块的异常磨损和尾门系统的异响。
       

车尾门框的刚度问题及其整改

车尾门框的刚度问题及其整改

        为了验证这一推测,我们将另一辆同样配置的试制样车在开到弧度很大的正弦扭曲路面上进行试验。当车辆以20km/h通过该路面时,从车内观察,尾门与尾门框之间在Y向上存在较为明显的相对运动,经测量,最大幅度达6mm左右。
        综合以上分析过程,可以确定这一系列故障的根源在于尾门与车体门框在行驶过程中摆动不一致,而造成这种现象的原因有两种可能:门框刚度不足或者尾门刚度不足。
        虽然该车型在前期CAE理论分析中,门下垂刚度和铰链强度等分析结果均满足企标要求,但由于企标仅仅是企业现有开发车型经验值的积累,而开发如此大尺寸的对开式尾门尚属首次,故很难据此结果判断实车产品状况。为了进一步了解实车真实状态,项目组决定采用台架试验来对实车进行测试。
        1. 门下垂刚度试验
        首先,将标杆样车的右尾门连同铰链从整车拆卸下来,将右尾门通过铰链的一端固定到刚性柱上,左尾门保持与车体连接,分别将左、右尾门开至90°位置,然后门锁处进行加载,加载质量为0~100kg,并在加载和卸载过程中测得尾门下端位移变化量。加载如图1和图2所示,加载及卸载过程中的位移测试结果如图3和图4所示。
        从以上结果分析,当尾门固定在刚性柱上时,门下端的变形量较小,最大为1.33mm,残余变形量为0.07mm;而固定在车身上的左尾门下端的变形量相对较大,最大为6.01mm,残余变形量为0.53mm。由此可以得出初步结论:尾门系统的刚度不足主要原因在尾门框上。
       

车尾门框的刚度问题及其整改

车尾门框的刚度问题及其整改

        2.尾门框刚度试验
        为了对这一判断结果进行验证,我们选取了一台试制样车,将尾门框采用方刚等型材进行交叉加固,然后以相同的车速在同一正弦扭曲路面上进行试验,发现尾门与门框之间的Y向相对运动基本消除,如图5所示。
        经过测试,尾门框加固后的车辆在20km/h通过正弦扭曲路面时,门与门框基本无相对运动发生。据此可以判断,问题确实出在车体尾门框上。
        整改方法与过程
        虽然从门下垂试验可以看出该车型门框存在刚度不足的问题,但由于没有相关的经验目标值,不能确定设计整改的准确方向和具体目标。为了解决这一难题,我们决定采用扭转刚度测试法测试出尾门框的开口刚度,并在市场上选取一台性能较为成熟的同类车型进行对比测试,以确定整改方向和目标。
       

车尾门框的刚度问题及其整改

车尾门框的刚度问题及其整改

        1.尾门框开口刚度目标值确定
        (1)确定思路 该试验的主要思路是在测试样车的前轮施加一定转矩,测量车身上各部位的变形情况以及尾门框对角线的变化量,以确定车身各部位及尾门框抵抗扭转变形的能力。
        我们首先在国内市场上选取了一台较为成熟的欧系高端轻客作为此次实物测量的标准。为慎重起见,试验开始前,我们将该车在相同正弦扭曲路面上进行测试,发现尾门与门框间基本不存在相对运动现象,且尾门与门框联接牢固可靠,该车型可以作为尾门系统改进的标杆样车。
        (2)试验准备 我们根据试制白车身的实际结构以及前后悬架安装形式,配置了专用夹具,利用白车身后纵梁悬置点附近两螺栓孔,通过连接件将其刚性固定在试验台后支架上,利用托盘在前悬置点的位置,通过连接件将其刚性固定在试验台转动横梁上。车身前后水平调正,中心线和扭转横梁中心线调整到一致(见图6)。
        (3)试验方法及过程 白车身前轴施加转矩:该车型前轴满载负荷1540kg,故相当于在前轴上施加转矩为 M = 0.5F×S = 0.5×1540×9.8×1.76 =13280.96Nm(其中F为前轴荷,S为前轮距),加载点距转轴点距离为0.895m,按照转矩等效原理,换算成加载力并取整为1515kg。
       

车尾门框的刚度问题及其整改

车尾门框的刚度问题及其整改

        扭转刚度试验采用分级加载进行,按其数值分成5 级,扭转分为左侧加载和右侧加载两种工况,每种工况各进行3组重复测量,按3次测量平均值处理数据并绘制扭转变形曲线以及计算车身扭转刚度等。
        (4)试验结果 经过扭转试验测试,在左右侧扭转载荷作用下尾门框将呈菱形变化。当该车型在施加其满载负荷相当的转矩时,尾门框对角线的变化量达到了20mm,变形率为0.9%。以相同的方法和试验条件测得标杆样车各部位变形量,标杆车对角线变化量仅为9mm,变化率为0.4%。实验前后数值对比如表1所示。
        根据试验结果可以看出,此款车型尾门框刚度与高端竞品车型尾门框刚度有较大的差距。通过整改,此款车型尾门框刚度要与高端竞品车型尾门框刚度基本一致。
        2.尾门框刚度整改方法与过程
        通过对比标杆和高端竞品车型在尾门框处各主要结构断面,排查出影响刚度过低的薄弱点,并进行针对性加强,经过反复的研讨和CAE辅助分析,形成如图7和图8所示的最终整改方案。
        整改思路为尽量提高尾门框各处典型断面惯性矩,并确保各断面形成封闭式结构,同时对上、下铰链安装处支撑结构进行加强,将此处加强板切换为高强度钢板,并特别增加了门框四处拐角铰接点的连接强度。
        尾门框刚度整改方案验证
        1.台架试验验证
        经过上述方案整改后的白车身,采用扭转刚度测试法对整改后的尾门框开口刚度进行测试,测试结果显示,尾门框对角线的变化量为11mm,变形率为0.5%,较整改前的变形量(20mm)提升了45%。整改前后数值对比如表2所示。
        2.路试试验验证
        根据上述方案整改后的试验样车再次进行道路试验,首先将新下线车辆以20km/h的速度通过弧度较大的正弦扭曲路面,从车内观察,尾门与尾门框之间在Y向上存在很小的相对运动,经测量,最大幅度小于2mm。
        同时,整改后车辆进行30000km可靠性试验,根据数据采集及经验积累,对于车身系统考察最关键的是强化路面考察,强化路面是普通路面对车身的破化强度的15倍以上。整改后车辆在强化路行驶至3000km时,尾门系统无异响发生,尾门上缓冲块无明显磨损;当车辆在强化路面上行驶至8000km时,尾门开始发生异响,检查尾门上缓冲块约有3mm磨损,尾门系统无其他失效问题发生,且重新更换缓冲块后,异响消除。
        根据上述试验结果,证明此次整改对尾门框刚度确有较大提升。
        结语
        本文主要结合某款厢式物流车尾门框系统刚度不足问题的整改过程,对整车刚度及局部刚度进行了介绍,并探讨了解决此类问题的一般思路和手段。通过对国内此类型车辆进行市场调研,发现目前国内较主流的厢式物流车车型,均存在使用较长时间(一般为4~5年)后出现尾门系统异响的问题。除可能存在的车身本身刚度不足的原因外,主要由于此类车型尾门尺寸与重量均较大,颠簸或拐弯时,惯性较大,故在行驶到一定里程后,会出现缓冲块磨损而产生的尾门晃动异响,故在维修手册上应增加定期或定里程对尾门上缓冲块进行更换的说明条款。
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