叉车轮辋开裂原因分析及改进措施

摘要：针对专用叉车轮辋开裂问题，进行了深入的原因分析，并利用CAE仿真技术进行了模拟研究。为了优化和提升现有轮辋的结构强度，提出在轮辋内侧靠近轮辐处沿圆周均布增加6个加强筋板的设计方案。经过小批工业验证试验可知，优化后的轮辋结构表现出色，未发现轮辋开裂缺陷，改进效果显著，为叉车行业的安全性能提升提供了新的思路和方法。

关键词：叉车；轮辋开裂；CAE仿真

0" "引言

轮胎与支撑它的轮辋是叉车车轮的重要组成部分，承受车辆的径向、弯曲等载荷，叉车前轮一般为驱动轮，后轮一般为转向轮，起着承载、驱动、制动、转向等力的作用。车轮是叉车不可或缺的关键安全部件，不仅直接关系到叉车的行驶性能，更对驾驶安全性有着重要影响，因此车轮在制造过程中，不仅要确保轮廓、尺寸和形状的精确度达到高标准，还要保证其具备足够的强度和疲劳性能，以确保叉车在作业中的稳定性和安全性[1]。

车轮的强度受到众多因素的影响，包括轮胎类型、充气轮胎的气压、车辆负载质量、轮胎允许载荷、行驶速度以及使用路况和工作环境等。同时，轮辋和轮辐作为车轮的核心部分，其结构对车轮强度至关重要。大量的研究发现，通过优化通风孔和截面结构，能使车轮强度提升20%[2]，这无疑为提升叉车行驶的安全性和稳定性提供了有力的支持。针对某专用叉车轮辋开裂的问题，本文通过对轮辋结构进行优化，并借助先进的CAE分析技术和工业验证试验，深入分析轮辋结构对车轮强度的影响。期望通过这一研究，为叉车行业的安全性能提升提供理论支撑和实践指导。

1" "故障现象及原因初步判定

据市场反馈，某专用叉车在工作790h时，左后轮轮辋体与轮辐出现开裂，右后轮轮辋外侧存在局部裂纹现象。轮辋状况如图1所示。统计分析相关车型使用环境及配置情况发现，该用户使用路况较差，且配置实心胎。初步分析认为：相较于平整路面或配置充气胎情况，针对路况较差且配置实心胎车型，易使轮辋受到较大振动冲击；原轮辋结构强度不足，无法满足该情况的使用要求。

2" "有限元仿真分析

2.1" "分析方法

采用ANSYS Workbench软件，对各零部件间的摩擦接触进行分析，定义各零部件间的接触区域，设定摩擦系数为0.2，模拟各零部件间的实际摩擦状态。

为确保分析的准确性，在模型中添加必要的载荷和约束条件，并进行网格划分。轮辐与轮辋体焊缝认为未完全焊透，假设未焊接深度为板厚的1/3。在焊缝模型中的焊缝中间位置留出1/3厚度尺寸的间隙。

2.2" "工况设置

分析工况包括径向载荷工况、弯曲载荷工况[3]。在径向载荷工况下，在轮辋体表面60º圆角的面区域加力，加载面为轮胎与轮辋接触的面，方向与合力同向[4]。轮胎的气压垂直于轮胎与轮辋接触的面。螺栓预紧力为117000N，实心胎压强为0.1MPa。利用轮毂的轴承安装孔进行约束。

弯曲载荷工况下，按照汽车行业标准的实验载荷加载。标准弯曲疲劳试验加载示意图如图2所示。利用轮辋体远离螺栓孔一侧一圈节点进行约束。轮辋仿真边界条件详见表1。材料的力学性能详见表2。

2.3" "仿真分析结果

依据上述模型要求，得到原轮辋结构CAE仿真分析结果。原轮辋结构CAE仿真分析结果如图3所示。由图3可知，在径向载荷工况下，实心胎3倍动载系数时，外侧应力最大为375MPa，超过了材料的屈服强度，存在破坏的可能；在弯曲载荷工况下，焊缝附近应力最大为277MPa，接近材料的屈服强度，存在破坏的可能。

3nbsp; "改进措施及效果

3.1" "改进措施

部分叉车用户使用路况较差且环境恶劣，需选配实心胎，故综合考虑叉车使用情况，提出轮辋结构优化方案。即在轮辋内侧靠近轮辐处沿圆周均布增加6个加强筋板，以增加结构强度。优化后轮辋结构如图4所示。

3.2" "改进效果

优化后轮辋结构CAE仿真分析结果如图5所示。由图5可知，在径向载荷工况下，实心胎3倍动载系数时，外侧应力最大为227MPa，小于材料的屈服强度，相比原轮辋外侧应力减小40%；在弯曲载荷工况下，最大应力转移至筋板上，焊缝附近应力最大为172MPa，小于材料的屈服强度，相比原轮辋焊缝附近应力减小38%。

综合上述分析结果，对该专用叉车轮辋加焊加强筋板进行优化。将优化后轮辋先进行小批量试装，并开展工业验证试验，跟踪试验6个月后，未出现轮辋开裂问题。实施批量切换，未在出现类似问题。

4" "结束语

本文结合某专用叉车轮辋开裂的市场反馈问题，通过优化轮辋结构，采用CAE和小批试装开展工业验证方法。验证结果表明：在轮辋内侧靠近轮辐处沿圆周均布增加6个加强筋板，对车轮强度有显著提高，可以有效提升车轮的安全率和使用寿命。

参考文献

[1] 李飞，徐论意.浅谈轮毂结构对车轮强度的影响[J].汽车实用技术，2022（2）：119-122.

[2] 马波.基于HyperWorks的某轻卡轮辋总成结构优化设计[J].汽车实用技术，2017（6）：12-13+50.

[3] 全国汽车标准化技术委员会.商用车辆车轮性能要求和试验方法：GB/T 5909—2009[S].北京：全国轮胎轮辋标准化技术委员会，2009.

[4] 罗锦涛，黄乐政，党斌，等.辐辋过盈装配应力对径向载荷作用下钢制车轮强度的影响[J].计算机辅助工程，2022，31（3）：35-41.

（1.安庆合力车桥有限公司，安徽安庆" "246001；2.安徽合力股份有限公司，安徽合肥" "230601）