謝觀生

摘 要：文章針對一種動力轉(zhuǎn)向油罐的故障情況，對轉(zhuǎn)向油罐進(jìn)行材料理化分析和建立CAE模型分析，并針對所分析結(jié)果制定相應(yīng)的解決對策，最后對樣件進(jìn)行臺架試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，整改效果得到極大提升。

關(guān)鍵詞：動力轉(zhuǎn)向油罐；材料理化分析；CAE；臺架試驗(yàn)

中圖分類號：TE88 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0113-02

動力轉(zhuǎn)向油罐是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重要的零部件之一，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)揮儲油、散熱及過濾清潔油液的作用。若動力轉(zhuǎn)向油罐失效，直接影響行車安全。根據(jù)我司質(zhì)量部門反饋：某種動力轉(zhuǎn)向油罐存在漏油的故障缺陷，需要分析其原因并制定相應(yīng)的整改對策。

1 轉(zhuǎn)向油罐的構(gòu)成

轉(zhuǎn)向油罐由上蓋、油罐殼體、濾網(wǎng)、濾芯、進(jìn)油孔、出油孔和支架等構(gòu)成，總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中油罐殼體壁厚 1.25 mm，沖壓成型；支架壁厚2.5 mm，沖壓成型。支架、進(jìn)、出油孔與油罐殼體為焊接成型。

2 轉(zhuǎn)向油罐故障情況說明

通過對我司近1年來轉(zhuǎn)向油罐故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，該轉(zhuǎn)向油罐的故障率為0.26%，故障模式和各故障所占比例，見表1，其中支架焊縫處的漏油故障約占故障總數(shù)的81.40%。由此可以得出結(jié)論：該油罐的主要故障模式為支架與油罐殼體的焊縫漏油故障。

3 故障件理化分析

由于油罐殼體的壁厚僅1.25 mm，焊接的母材薄，容易存在焊接缺陷，故需將故障件進(jìn)行理化分析，確認(rèn)材料性能是否符合要求。理化分析的結(jié)果如下：母材、焊縫的金相組織符合圖紙的性能要求，但在焊縫處罐體母材有約0.20 mm深的裂紋，如圖2所示，可知該裂紋是引起漏油的直接原因。

4 CAE模型分析

為確定該油罐是否有應(yīng)力異常的情況，需對油罐模型進(jìn)行CAE分析。根據(jù)該油罐的安裝情況，建立模型如下：油罐支架安裝在車架上翼面，油罐與油罐支架用四顆螺栓固定。

為了充分模擬其實(shí)際情況，上蓋與油罐殼體采用裝配擰緊的狀態(tài)；油罐內(nèi)按最大加注的油液量簡化為質(zhì)心對油罐殼體作用，相關(guān)模型及約束，如圖3和圖4所示。

結(jié)合車輛在實(shí)際的行駛狀況，分兩種情況進(jìn)行加載分析：在車輛緊急制動的情況下，油罐受到的加速度最大，沖擊力最大；車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，油罐受到向心力作用，使焊縫受到扭力作用。分析結(jié)果，見表2，結(jié)果表明：零件的最大應(yīng)力（29.76 MPa）遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力（196 MPa）。

5 綜合分析原因及對策制定

5.1 綜合分析原因

通過故障件的實(shí)物核查、金相檢測分析及CAE分析對比，該油罐在設(shè)計(jì)上受力不大，遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，導(dǎo)致油罐故障發(fā)生的原因主要如下：

①由于零件受力在焊縫的端頭，且在實(shí)際焊接中，焊縫被焊滿，導(dǎo)致在焊縫端頭容易形成應(yīng)力集中；

②零件為手工焊接，焊接質(zhì)量一致性難以保證，且薄板件的焊接要求高，容易產(chǎn)生過燒而產(chǎn)生裂紋；

③支架與油罐僅一條豎直焊縫，且車輛使用工況復(fù)雜，容易造成焊縫疲勞失效；

④固定的螺栓孔距過小，僅25 mm，不利于油罐穩(wěn)定，隨整車行駛震動大極易出現(xiàn)開裂。

5.2 對策制定

針對以上所分析的4大原因，分別制定以下4項(xiàng)對策：

①焊縫端頭預(yù)留5 mm不焊，釋放焊接應(yīng)力；

②切換機(jī)器人焊接，保證焊接質(zhì)量；

③在支架端頭增加橫向焊縫，上下共增加4處改善受力；

④增加支架高度，增加螺栓孔距至40 mm，改善支架受力。

6 樣件臺架試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)臺架震動規(guī)范，常規(guī)震動試驗(yàn)共為8小時(shí)：前后、左右方向各震動2 h，上下4 h。為了充分驗(yàn)證整改效果，我們對樣件做了極限震動試驗(yàn)，即8個(gè)小時(shí)為一個(gè)循環(huán)，直到震動出現(xiàn)故障為止。

經(jīng)震動臺架試驗(yàn)，樣件在震動14小時(shí)出現(xiàn)漏油，漏油部位在橫向焊縫位置。雖然符合震動規(guī)范要求，但未達(dá)成提升2倍的計(jì)劃整改提升要求水平。經(jīng)分析，油罐總成增加了橫向焊縫，理論上改善了受力，但橫向焊縫變成了主要受力部位，反而變?yōu)榱吮∪跷恢?，樣件因?yàn)闊o工裝恰恰在此處的焊接為手工焊接，焊縫質(zhì)量不能保證。重新設(shè)計(jì)焊接工裝，將橫向焊縫切換為機(jī)器人焊接。新樣件重新臺架震動，直至72小時(shí)出現(xiàn)焊縫漏油，震動效果大大提升了9倍，滿足整改提升要求。

7 結(jié) 語

對故障件進(jìn)行詳細(xì)的剖析，通過材料理化分析、CAE分析，并結(jié)合實(shí)際使用情況，制定了相應(yīng)對策并通過臺架試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，改善效果顯著，整改后的油罐滿足設(shè)計(jì)要求。為其他零件的改善提供了對策和思路。

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