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工程机械与维修TECHNOLOGY & MAINTENANCE技术·维修
挖掘机上车架开裂原因分析及结构改进
1 上车架受力情况挖掘机结构如图1所示。上车架的前端通过销轴与工作装置连接，上车架底部通过回转支承与行走装置连接，动力系统、液压系统、电气系统、配重、驾驶室总成、外观覆盖件等全部装配在上车架上。由于挖掘机工作装置载荷比较大，作业工况比较恶劣，传递到上车架上的载荷较大且复杂多变。若上车架的强度不足或存在制造缺陷，会造成其出现开裂故障，影响挖掘机的正常使用。2 故障现象中联早期生产的ZE230E型挖掘机使用3000h后，出现多起上车架开裂故障，图2为某台该型挖掘机上车架出现开裂故障情况。开裂初期仅出现小裂纹，如果及时发现裂纹并处理，比如将裂纹处剖开，重新进行焊接，则挖掘机可以继续使用一段时间。如果未及时发现，则小裂纹会迅速扩大，导致整个上车架的结构大面积开裂变形。此时将无法支撑上车架工作装置，造成挖掘机无法继续使用。由于上车架上装配的零部件较多，如果更换1台新的■ 王稳稳 韩伟平 柯宝中联重科渭南分公司，陕西 渭南 714000摘 要：挖掘机使用3000h后出现多起上车架开裂故障，分析上车架焊接质量，并用ANSYS软件进行应力分析，发现开裂原因为强度不足及应力集中，在上车架上增加加强板，采取减小应力集中措施，上车架开裂故障得以解决。关键词：挖掘机；上车架；开裂；应力分析；结构改进
上车架，需要将整个挖掘机进行解体，然后重新装配，更换上车架比较复杂，在挖掘机施工现场进行装配较为困难，且维修时间长，维修成本高。
图
1 挖掘机的基本结构工作装置上车架
行走装置图2 上车架开裂故障3 故障分析通过故障挖掘机照片可发现，裂纹出现在上车架立板与上盖板的焊缝交接处，如图3所示。初步分析，造成开裂故障的原因可能有2个：一是焊接质量缺陷，二是结构强度不够。3.1 排查焊接质量通过对故障挖掘机的上车架裂纹进行观察检测，抽取一批厂内库存的上车架，对其焊缝进行超声波探伤检测，均未发现焊接存在缺陷。设计文件中将此处的焊缝作为关键焊缝，因此当焊接完成后，要求对每个上车架立板与上盖板的焊缝，全部采用超声波探伤检测，确保焊接质量合格，由此排除了焊接质量的缺陷。3.2 结构分析我们对上车架的结构设计进行初步分析，发现开裂处69的结构设计存在以下3个缺陷：一是立板圆弧小，结构形状过渡生硬，容易产生应力集中；二是上盖板宽度突然变窄，不仅使结构强度下降，而且结构突变易产生应力集中；三是在立板与上盖板的应力集中处有焊缝交接，更加剧了开裂风险。根据上述分析，我们初步认为造成上车架开裂的原因为应力集中，且应力集中处设置了焊缝，从而造成结构强度不够，引起开裂。3.3 应力分析我们利用Pro/E软件建立上车架三维模型，然后应用ANSYS应力分析软件，在上车架上模拟加载挖掘机的工作载荷，对上车架结构进行应力分析，分析结果如图4所示。通过应力云图可以看出，故障处附近的应力均比较高，上盖板与立板的焊缝处应力最大，高达370MPa，上盖板母材处应力也达到273MPa。上车架的立板及上盖板材质为Q345B，材料的屈服强度为345MPa，抗拉强度为470～630MPa。我们查询相关资料及标准得知，挖掘机上车架在强度设计时，因需要考虑结构件的疲劳寿命，安全系数n一般取值为1.3。按此要求上车架设计的安全许用应力可按下式计算：[б]= σs/n = 265MPa式中：[б]——安全许用应力，MPa； σs——材料屈服强度，取345MPa； n——安全系数，取1.3。设计要求焊缝处的许用应力应比母材处低20MPa，故焊缝处许用应力 [б'] 取245MPa为宜。显然故障挖掘机上车架的结构应力大大超出了设计要求的安全许用应力。由此可以断定，上车架开裂的另一原因是结构强度不够,造成应力最大部位即上盖板与立板焊缝处开裂。4 改进方法4.1 改进方法我们决定在上车架上加焊加强板，加强板板厚与立板相同，加焊方法如图5所示。焊接时在加强板与立板以及加强板与上盖板的焊接处打双面对称坡口，以保证加强板与上车架原立板的母材焊缝充分熔合，从而保证焊缝强度。加强板的两个端头（P、Q处）与上车架原立板形成自然过渡的焊接坡口，焊接完成后打磨光滑，避免两个端头的焊缝出现应力集中。4.2 改进分析初步分析，增加的加强板具有以下3个效果：一是加强板使得上车架立板圆弧过渡平缓，减小应力集中；二是
半挂车车架开裂问题及优化设计
半挂车作为重型货运车辆的一种，曾经出现过车架开裂的安全问题，这一问题给行车安全带来了隐患，也引发了公众对半挂车质量和安全性的质疑。针对这一问题，厂家和研发人员一直都在进行改进和优化设计，以确保半挂车在使用过程中的安全性和稳定性。本文将就半挂车车架开裂问题及优化设计展开探讨。
让我们来了解一下半挂车车架开裂问题的背景。半挂车是一种由拖车和挂车组成的货车，主要用于长途货运和大型货物运输。在日常使用中，半挂车需要承受巨大的荷载和复杂的路况，因此车架结构的稳定性和耐久性是至关重要的。而在一些情况下，一些半挂车的车架出现了裂纹和断裂的情况，引发了安全隐患。
造成半挂车车架开裂的原因有很多，首先是由于材料和工艺的问题。一些半挂车制造商为了降低成本，选用了质量不符合标准的材料或采用了不当的焊接工艺，导致了车架的强度和韧性不足。其次是设计问题，一些半挂车的车架结构设计不合理，存在应力集中和疲劳断裂的问题。还有使用和维护问题，一些半挂车在使用过程中没有按照规定进行维护和保养，导致了车架的损坏和开裂。
针对半挂车车架开裂的问题，厂家和研发人员进行了一系列的优化设计。首先是材料和工艺的改进，采用高强度和高韧性的钢材，加强焊接工艺和质量控制，确保车架的强度和耐久性。其次是结构设计的改进，减少应力集中区域，增加车架的受力面积，提高抗疲劳断裂能力。最后是使用和维护的改进，加强对半挂车的日常使用和维护培训，确保车辆在使用过程中受到正确的保养和维护。
除了以上的技术改进，一些厂家还加强了对半挂车的质量监控和检测，确保每辆车都符合相关的技术标准和安全要求。一些半挂车制造商还建立了完善的售后服务体系，对于出现问题的车辆进行了紧急召回和维修，以确保车辆的安全和可靠性。
半挂车车架开裂问题是一个复杂的系统工程问题，需要厂家、设计师、工程师、生产工人和使用者共同努力，才能够得到有效的解决。值得注意的是，车架开裂问题的优化设计应该从技术、管理和服务多方面进行着手，才能够真正地提升半挂车的安全性和稳定性。
半挂车车架开裂问题及优化设计
半挂车是一种很常见的货运车辆，通常由牵引车和半挂车组成，半挂车车架是半挂车的关键部件之一，它是承载整个车身和货物重量的支撑结构。一些半挂车车架存在开裂问题，造成了安全隐患。急需对半挂车车架进行优化设计，提高其承载能力和安全性。
一、半挂车车架开裂问题
半挂车车架开裂问题可能出现在多个部位，包括连接撑杆处、焊缝处和车架横梁等位置。主要原因有以下几点：
1. 材料选择不当：部分半挂车车架的材料可能不符合强度要求，导致车架在承载重量时发生开裂。
2. 焊接质量不良：焊接是制作车架的关键工艺，如果焊接质量不合格，会造成焊缝开裂，进而导致整个车架开裂。
3. 车架设计不合理：一些半挂车车架设计不合理，导致在承受载重时出现应力集中，从而加剧了车架开裂的可能性。
以上问题严重影响了半挂车的运输安全和使用寿命，因此亟需进行优化设计和改进。
二、半挂车车架优化设计
为了解决半挂车车架开裂问题，需要对车架材料、焊接工艺和设计结构进行优化，提高半挂车车架的承载能力和安全性。
1. 材料优化选择：选择高强度、高韧性的材料制作车架，确保其在承载重量时不易发生开裂。对车架材料进行严格的质量检测，确保材料符合设计要求。
2. 焊接工艺改进：优化焊接工艺，采用先进的焊接设备和工艺，提高焊接质量，确保焊缝牢固，不易开裂。
3. 结构设计优化：对半挂车车架的结构进行优化设计，增加支撑点，减少应力集中，提高整体承载能力。可以采用优化的设计方案，如采用圆形截面来减少应力集中，避免车架开裂的发生。
通过以上优化设计，可以有效提高半挂车车架的承载能力和安全性，降低开裂的风险，提高半挂车的使用寿命和安全性。
半挂车车架的优化设计不仅对提高半挂车的运输安全和使用寿命具有重要意义，还对整个货运行业具有积极影响。具体表现在以下几个方面： 2. 降低维修成本：半挂车车架优化设计后，可以减少车架开裂和损坏的可能性，降低了维修成本和维修频率。
第58卷
1问题情况
车架是商用车底盘关键结构件袁发动机尧变速箱尧桥全部装在车架上袁因此在运行过程中直接承受各种共振尧承重袁也是应力集中之处袁其设计的合理性以及制造质量的可靠性直接影响整车的使用寿命遥本分析案例前期开发设计时全部通过CAE有限元分析可行性袁满足设计要求袁但实际试验过程中出现开裂情况遥案例1为新开发4.5t商用车车架在湖北襄阳试验场满载进行综合路可靠性试验遥试验3455公里过程中出现右纵梁前端渊材质510L-4.5冤首横梁渊材质510L-6.5冤开裂情况袁如图1所示遥分析该商用车车架纵梁失效机理及原因袁并对结构进行优化设计袁二次进行可靠性试验遥案例2同为新开发4.5t商用车车架袁在安徽某主机试验场满载可靠性试验袁4900km时出现右侧渊纵梁前端方向机安装位置为纵梁一次成形袁材质
700L-4.5冤首横梁渊材质510L-4冤上端出现裂纹遥开裂情况如图2所示遥
2失效机理及原因分析
根据开裂位置及现场情况分析袁问题原因分析如下遥2.1案例1该纵梁前端为翻转安装位置袁设计时首横梁把
纵梁前端包在里边袁前翻转直接安装在首横梁上袁且前翻转铸件螺栓连接位置悬空直接和首横梁连接袁所有力均由首横梁负担遥驾驶室安装后锁紧机构设计在右边袁在运动过程中对翻转有一个向后的拉力袁导致纵梁前端开裂方向朝后遥纵梁前端为前端下沉结构袁因其结构原因袁只能收稿日期院2023-04-21曰修订日期院
2023-05-15某商用车车架纵梁前端开裂原因分析与优化设计
陈开奎渊遂宁云内动力机械制造有限公司技术开发部袁四川遂宁629000冤
摘要院针对某新开发4.5t商用车车架在可靠性耐久试验中出现车架右纵梁前端尧首横梁位置在不同平台尧不同厂家出现两次开裂现象袁通过现场确定开裂位置及原因分析袁优化结构设计袁并进行二次可靠性试验袁最终确定可行方案遥关键词院车架纵梁曰开裂曰可靠性试验中图分类号院TG386.9文献标识码院ADOI院10.16316/j.issn.1672-0121.2023.05.015文章编号院1672-0121渊2023冤05-0070-02第58卷第5期Vol.58N
