QICHESHEJI
汽车设计
《
重型汽车》
HEAVY TRUCK
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1  前言
拖钩是载货车紧急施救时使用的一种牵引装置，也是商用车必备的附件装置。拖钩在商用车上的位置有两种，布置在车辆前部或者车辆尾部。拖钩的可靠性对于陷入困境的商用车紧急救援非常关键，并且关系到其使用安全性。拖钩使用过程中突然损坏，不仅影响救援，甚至可能会影响周围人员的安全以及车辆本身的完好。
拖钩的可靠性设计与使用其本身的载货车可靠性一样重要。拖钩在设计过程中要满足GB/T 28948-2012《商用车辆前端牵引装置》中各种布置条件的要求，还要严格执行其规定的相关试验。尽管如此，因使用环境较为复杂，按照现有设计方法设计生产制造的某商用车拖钩，在使用过程中出现了裂纹、变形以及部分断裂的情况。
根据服务站反馈，某载货车旋入式前拖钩有断裂情况。针对这一情况，研发部门从失效分析和CAE 仿真分析两个方面，分析拖钩失效的原因。
2  某商用车拖钩失效分析
2.1  材料分析
经过服务站排查，共到4件失效前拖钩样件，将其带回实验室进行强度、
硬度、韧性、金相组织等方面材料分析。该4件前拖钩均是从螺纹中断或螺纹根部断裂。将4件失效前拖
钩样件进行编号，分别为1#样件、2#样件、3#样件、4#样件，参见图1。其中1#样件从螺纹中段断裂，2#样件、3#样件、4#样件均从退刀槽根部断裂。4样件断口均为一次性断口。将4样件清洗后放到扫描电镜中观察断裂部位形貌，发现金相组织均为正常调质态回火索氏体组织，参见图2和图3。
图1  某商用车拖钩失效样件
图2  样件低倍形貌特征对样件进行硬度分析，分别为257HB、258HB、257HB、260HB，均满足样件热处理要求（硬度要求
230～289HB)。综上判断，失效样件材料性能满足原定材料的设计要求，导致拖钩断裂的主要原因是使用应力过大，超过了材料许用应力。
图3  样件金相组织（500X）
2.2  某商用车拖钩CAE 分析
在拖钩设计过程，CAE 仿真是必不可少的手段。某商用车旋入式拖钩
安装在车架前端，选取商用车前端大铸件及拖钩作为分析对象，约束车架与大铸件安装孔位置，参见图4。选用最为常用且非常实用的CAE 分析软件HYPERWORKS10.0作为分析软件，进行前后处理和求解。拖钩材料为ZGD650-830，具体参数见表1。
表1 某商用车拖钩材料属性
基于HYPERWORKS 的
载货车拖钩设计方法改进
东风商用车□文/王君刚  熊  博  丁培林  黄嘉靖
（东风商用车公司技术中心）【摘要】拖钩是载货车紧急救援的必要设备和零部件，文章从某商用车拖钩市场失效案例入手，一方面利用失效分析手段深入研究其失效故障模式和失效原因；另一方面结合CAE 方法模拟实际使用工况，建立有限元分析模型，分析其使用应力状态，并提出优化方案。最后，通过CAE 分析和台架试验的方法验证了优化方案可行。结合法规、整车布置要求、制造工艺性要求等优化了拖钩设计方法。
拖钩材料
弹性模量(GPa)密 度(kg/m 3)屈服强度(MPa)抗拉极限
(MPa)
ZGD650-830
210
7900
650
830