重型商用車車架裝配工藝及試驗分析

雒彬

摘 要：隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展和進步，重型商用車車架裝備工藝技術(shù)受到巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的重型商用車車架裝配工藝及試驗技術(shù)已經(jīng)難以滿足當前的生產(chǎn)需求，而臺架試驗對其標準的考核具有很大推廣價值。本文在闡述重型商用車車架概念的同時，并著重對重型商用車車架臺架試驗技術(shù)展開了詳細分析。

關(guān)鍵詞：重型商用車車架；工藝；試驗

縱觀我國汽車制造業(yè)的發(fā)展歷程，從經(jīng)濟體制改革到引進國外技術(shù)，再到自主研發(fā)，如今相關(guān)技術(shù)已經(jīng)與國家接軌。由于重型商用車的特殊工作環(huán)境，其車架的生產(chǎn)要求非常之高，所以裝備工藝的改進和創(chuàng)新具有重要的價值和意義。

1 重型商用車車架

所謂的重型商用車車架，一般多是指邊梁式車架，組成其主要的結(jié)構(gòu)為若干跟橫梁和兩根位于梁板的縱梁。邊梁式車架具有利于改裝和變型，以及發(fā)展多品種等優(yōu)點，因為此類車架便于支承連接汽車的各零部件，安裝車身和布置其他總成。另外，車架需要承受汽車行駛時所產(chǎn)生的各種力和力矩，包括車輛各總成和所運輸貨物的重量和載荷，以及來自車內(nèi)外的各種載荷。因此，足夠的疲勞強度、彎曲強度和適當?shù)呐まD(zhuǎn)剛度，以及滿足輕量化的要求，是重型商用車車架必須具備的基本性質(zhì)。

2 重型商用車車架裝配工藝試驗

為了保證整車最終的設(shè)計產(chǎn)品達到設(shè)計要求，在設(shè)計新車型時，必須綜合尺寸設(shè)計和裝配方式等各種各樣的因素，通過整車道路試驗和相關(guān)臺架試驗進行驗證。臺架試驗方法檢驗車架與傳統(tǒng)重型商用車車架裝配工藝試驗相比，不僅可以縮短開發(fā)和試制的驗證時間，而且節(jié)約成本。因為傳統(tǒng)重型商用車車架裝配工藝試驗對試驗場地要求非常嚴格，并且具有耗時長、耗財力和人力大的缺陷。目前，由于沒有統(tǒng)一和標準的方法對車架總成可靠性考核進行評價，故此，在檢驗車架總成的可靠性時，只能根據(jù)自主設(shè)計的臺架試驗方法和相關(guān)設(shè)備進行考核。在檢查車架結(jié)構(gòu)是否達到設(shè)計要求上，通過試驗設(shè)備模擬實際工況對車架的彎曲應(yīng)力、彎曲變形、彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)剛度、扭轉(zhuǎn)疲勞的參數(shù)進行驗證，是國內(nèi)首創(chuàng)的商用車車架臺架試驗。

商用車車架的受力情況和疲勞強度的校核至關(guān)重要，因為它是組成底盤系統(tǒng)的重要部分，受力狀況比較復(fù)雜。根據(jù)車架的實際受力情況分析，車架所受到的主要載荷為彎曲、扭轉(zhuǎn)、側(cè)向載荷和縱向載荷等。當車輛在平坦的道路上高速行駛時，由于車架自身質(zhì)量、附加質(zhì)量和垂直振動加速度而使車架發(fā)生彎曲變形。此時，車輛的車輪可能不在同一水平上，使車架歪斜，使車架扭轉(zhuǎn)變形。框架的工作條件可分為彎曲和扭轉(zhuǎn)。彎曲條件是在車架處于良好狀態(tài)和勻速四輪著陸條件下模擬車架的變形。在車輛車架應(yīng)力狀態(tài)下，對車輪懸架進行了仿真，提出了車輪的扭轉(zhuǎn)模態(tài)。

車架試驗臺是根據(jù)車架實際工況下的受力情況設(shè)計的，并結(jié)合相關(guān)試驗方法和車架設(shè)計經(jīng)驗公式，對車架彎曲應(yīng)力、彎曲變形、彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)剛度、扭轉(zhuǎn)疲勞5方面進行試驗。正確的試驗方式為：首先將車架總成水平放置安裝在試驗臺架上，然后把測試點安置在車架總成上。彎曲變形、彎曲應(yīng)力測速點位置和扭轉(zhuǎn)剛度測速點具體情況如圖1和圖2所示。

3 試驗分析

3.1 彎曲應(yīng)力和彎曲變形

我們根據(jù)正確的車架臺架試驗的內(nèi)容和步驟，完成彎曲應(yīng)力和彎曲變形的試驗后，從圖3和圖4可以明顯看出，彎曲應(yīng)力和彎曲變形隨鞍座上施加的載荷增大而增大。最大彎曲應(yīng)力和彎曲變形為試驗載荷施加位置附加，即是圖中前軸中心線至平衡軸中心線之間，車架的彎曲應(yīng)力和彎曲變形也是呈線性增加，直至鞍座中心線處。

試驗中施加的載荷超過標準載荷的30%，其最大彎曲應(yīng)力為108MPa。而車架采用510L汽車大梁鋼，屈服強度為355MPa。因此，在安全系數(shù)為2時，試驗車架滿足設(shè)計要求，所以車架的強度是足夠的。車架縱梁的最大撓度計算如式（1），其中為梁的抗彎剛度系數(shù)，E為彈性模量，為汽車軸距，F(xiàn)為縱梁中點受到的集中載荷，為梁的擾度。結(jié)合車架使用要求和設(shè)計經(jīng)驗，車架通常的最大撓度不得超過10mm。試驗車架的最大變形量為7.36mm，同樣滿足設(shè)計要求。試驗結(jié)果說明該車架具有良好的抗變形能力，有利于提高整車的操控性，使輪胎與路而的接地性增大，從而增強車輛的抓地力，使行駛平穩(wěn)。

Ymax=Fl3EJx（1）

3.2 彎曲疲勞

彎曲疲勞主要是因為車輛長期在不平整的路面行駛，彎曲應(yīng)力會不斷的變化，導(dǎo)致車架彎曲變形。彎曲疲勞試驗主要是對車架的牽引座進行垂直荷載檢測，一般施加在車架的牽引座上力為160～300千牛和210～410千牛；載荷的施加和釋放要求循環(huán)次數(shù)為20萬次和10萬次。因為通常的試驗規(guī)范要求是載荷循環(huán)次數(shù)大于20萬次，循環(huán)次數(shù)大于20萬次后即認為疲勞壽命符合試驗工況，所以不再追求疲勞壽命是多少。經(jīng)過彎曲疲勞試驗后，車架總成未出現(xiàn)破損等缺陷，說明車架彎曲疲勞壽命的符合要求。

3.3 扭轉(zhuǎn)剛度

車架的扭轉(zhuǎn)剛度直接影響車輛的操作性、平順性和通過能力。因為車架的縱梁具有折彎而，橫梁也不是等距離布置，所以車架的扭轉(zhuǎn)剛度不是固定的，只能利用定性的比較勝訓(xùn)一算，再通過實驗來確定。圖5為6個測試點分別在不同加載力矩的作用下，轉(zhuǎn)動角度的變換。

4 總結(jié)

基于車架在汽車配置中的重要性，重型商用車亦是如此。故此，對重型商用車車架進行彎曲應(yīng)力和彎曲變形、彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)剛度、扭轉(zhuǎn)疲勞檢測尤為重要。傳統(tǒng)的試驗方法不僅費時、費力，而且對場地要求較高。臺架試驗在具備精準的實驗效果的同時，大大縮短實驗周期，以及節(jié)約實驗費用也是其具備的優(yōu)勢所在。

參考文獻

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（作者單位：中國汽車工業(yè)工程有限公司）