罐车牵引鞍座总成试验与结构改进

蔡加加¹，戴 瑶¹，濮跃文¹，唐 卿²

(1. 扬州职业大学工程实训中心，江苏 扬州 225012）

(2. 扬州中集通华专用车有限公司，江苏 扬州 225009)

基金项目：国家重点研发计划资助项目（2017YFC0804804）

作者简介：蔡加加（1989—），男，工程师，硕士，主要研究方向为机械、车辆设计与研究，caijiajia0818@126.com.

摘要：以客户反馈的鞍座总成开裂现象为研究背景，首先利用ANSYS软件分析该型号鞍座结构强度和刚度；然后依据ADR标准分析鞍座极限工况下的强度和刚度，以加强筋板厚和宽度为参数进行优化，同时增加竖筋板减载槽结构以进一步改进鞍座结构，提高鞍座整体性能；最后试制改进后结构并通过动态试验进行验证对比，可为后续设计、研究提供有效参考。

关键词：鞍座开裂；有限元；优化；试验验证；结构改进

中图分类号：U469.53   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2021)04-0043-04

半挂鞍座式罐车是道路运输的重要组成部分，其牵引鞍座总成连接着罐车与牵引车。由于牵引鞍座总成在分担罐车重力的同时还承受牵引车与罐车耦合状态下各工况的动态载荷，因此鞍座牵引总成处的强度、刚度及其疲劳特性直接影响罐车的整体性能。

鞍座式罐车在刹车、蛇形等工况下，罐内介质冲击各个防浪板时会有一个能量从罐体尾端向罐体前端累计的过程。受其结构形式影响，在极限工况下尤其是刹车工况时，易引起罐车频繁发生点头现象。此时以牵引销为中心的鞍座位置处出现较大弯矩，鞍座附近的加强筋根部与牵引板链接处应力较大，易出现裂纹。根据客户反馈，某型号罐车鞍座总成处出现开裂现象，尤其是鞍座总成上方第二加强筋根部处的应力较为严重。产品反馈问题与理论分析较为吻合。

1 鞍座总成分析

针对鞍座总成开裂问题，笔者首先建立同款罐车鞍座总成物理模型，分析该型号鞍座总成的刚度、强度，并对鞍座加强筋板厚、宽度以及竖筋板结构进行改进；然后对试制的改进鞍座总成进行静态、动态试验，验证鞍座结构力学性能^［1-2］。

该型号罐车鞍座总成的裂纹集中在鞍座总成上方第二加强筋根部（左、右两侧均有该情况发生），具体如图1所示。

建立罐车及鞍座总成物理模型，如图2和图3所示。参照ADR（the australian design rules）标准分别按照向前2g、向下2g、侧向1g、向上1g的工况进行计算分析。其中向前2g载荷按照罐内各防浪板之间的载质量施加在防浪板上；侧向1g载荷施加在右半侧筒体上；向下2g载荷施加在下半边筒体上；向上1g载荷施加在上半边筒体上。材料选择要满足GB 18564.1—2019《道路运输液体危险货物罐式车辆：第1部分 金属常压罐体技术》的要求^［3］，其断后伸长率应大于等于12%，相邻焊接部位采用同质材料。本文采用符合欧标（EN14286）的铝材，牌号为H321，其断后延伸率为12%，满足GB18564.1的技术要求，其他参数：屈服强度Rρ0.2为220 MPa，抗拉强度Rm为305 MPa^［4］。