某重型商用車(chē)車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn)研究

張磊，田朋濤，王博

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

引言

車(chē)架是汽車(chē)的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量和性能的好壞，直接影響到整車(chē)的性能，如平順性、舒適性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等。本文利用車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)了某重型商用牽引車(chē)的車(chē)架剛度、疲勞性能，并結(jié)合車(chē)輛路試情況，判斷車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備包括加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

加載系統(tǒng)為液壓伺服系統(tǒng)，采用液壓伺服作動(dòng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)力控制、位移控制模式自動(dòng)加載，同時(shí)帶數(shù)據(jù)記錄功能。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)靜態(tài)加載和基于各種波形（正弦波、梯形波、斜波等）的等幅值循環(huán)加載。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)位移、力、應(yīng)變和加速度等常用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)工作。

2 彎曲試驗(yàn)簡(jiǎn)介

2.1 彎曲試驗(yàn)簡(jiǎn)介

本次試驗(yàn)所進(jìn)行的樣件為某商用車(chē)車(chē)架總成。彎曲試驗(yàn)?zāi)M車(chē)輛在路面行駛時(shí)由于車(chē)架自身質(zhì)量及附加質(zhì)量在垂向振動(dòng)加速度情況下的彎曲變形。試驗(yàn)之前將車(chē)架總成水平安裝在試驗(yàn)臺(tái)上。如圖1所示。

圖1 彎曲試驗(yàn)示例

2.2 彎曲剛度、應(yīng)力測(cè)量

在車(chē)架加載位置分級(jí)進(jìn)行垂直加載。載荷加載至 1.5倍滿載質(zhì)量。在車(chē)架前后軸中心位置即車(chē)架最大變形量處縱梁下翼面布置位移傳感器，測(cè)試車(chē)架加載情況下的變形。測(cè)量結(jié)果剛度曲線見(jiàn)圖2。根據(jù)CAE彎曲報(bào)告，在車(chē)架前后軸中心、靠近加載位置下翼面應(yīng)力較大的6個(gè)點(diǎn)布置應(yīng)變片，進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量，車(chē)架彎曲應(yīng)變結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 車(chē)架彎曲曲線

圖3 車(chē)架彎曲應(yīng)力曲線

如圖3所示，車(chē)架最大應(yīng)力為102MPa，因此安全系數(shù)取2時(shí)，試驗(yàn)車(chē)架滿足設(shè)計(jì)要求，所以該牽引車(chē)型車(chē)架強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 彎曲疲勞試驗(yàn)

車(chē)輛在不平路面行駛時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不斷變化的彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致車(chē)架彎曲疲勞。彎曲疲勞試驗(yàn)約束形式同剛度試驗(yàn)相同，考慮該車(chē)型為標(biāo)載車(chē)型不超載，所以定義其動(dòng)態(tài)系數(shù)為1.5。在加載位置施加16～24T載荷和耐久次數(shù)，進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)50萬(wàn)次車(chē)架彎曲疲勞試驗(yàn)，車(chē)架未出現(xiàn)裂紋，樣件完好，說(shuō)明車(chē)架彎曲疲勞壽命符合設(shè)計(jì)要求。

3 車(chē)架扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)

3.1 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)簡(jiǎn)介

圖4 車(chē)架扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)示例

車(chē)輛在路面行駛時(shí)多個(gè)車(chē)輪不在同一平面，從而使車(chē)架發(fā)生扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)工況模擬車(chē)輛車(chē)輪一端墊高一端懸空時(shí)車(chē)架的受力狀況。試驗(yàn)之前將車(chē)架總成水平安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，如圖4所示。

3.2 扭轉(zhuǎn)剛度、應(yīng)力

根據(jù)CAE扭轉(zhuǎn)分析報(bào)告，在車(chē)架縱梁及橫梁上應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)布置10個(gè)應(yīng)變片，測(cè)量各點(diǎn)應(yīng)力。液壓作動(dòng)器在車(chē)架前軸處施加位移，使得車(chē)架前軸處上翼面相對(duì)平衡軸處上翼面產(chǎn)生夾角。記錄夾角與施加扭矩的關(guān)系，計(jì)算出車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度值。在剛度過(guò)程中同時(shí)記錄各點(diǎn)應(yīng)力值的大小。

如圖5和圖6所示，車(chē)架扭轉(zhuǎn)過(guò)程中最大應(yīng)力120MPa。

圖5 車(chē)架扭轉(zhuǎn)應(yīng)力曲線

圖6 車(chē)架扭轉(zhuǎn)剛度曲線

3.3 扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)

約束及加載同扭轉(zhuǎn)剛度試驗(yàn)。因?yàn)檐?chē)架在±1°循環(huán)時(shí)車(chē)架受力較小，疲勞損傷過(guò)小，為提高試驗(yàn)效率，疲勞試驗(yàn)從±2°開(kāi)始加載。

圖7 車(chē)架尾梁小裂紋

車(chē)架在-2°～2°扭轉(zhuǎn)時(shí)車(chē)架未出現(xiàn)異常，-3°～3°工況時(shí)車(chē)架未出現(xiàn)異常，-5°～5°工況時(shí)車(chē)架尾梁出現(xiàn)細(xì)小裂紋。試驗(yàn)中-5°～5°的載荷工況屬于模擬實(shí)際工況中十分惡劣道路情況，并且其加載力矩是該商用車(chē)超載嚴(yán)重的情況下的的力矩。雖然試驗(yàn)中出現(xiàn)尾梁裂紋現(xiàn)象，但是只出現(xiàn)在-5°～5°工況且試驗(yàn)結(jié)果未出現(xiàn)因扭轉(zhuǎn)疲勞而導(dǎo)致縱梁下翼面斷裂或更為嚴(yán)重的斷裂情況。試驗(yàn)完成對(duì)細(xì)微裂紋分析，裂紋原因是樣件為試制樣件，倒角處出現(xiàn)小豁口造成應(yīng)力集中所致。另外按照相關(guān)規(guī)范，在±4°工況完成即達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。因此扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明車(chē)架的結(jié)構(gòu)是滿足要求和實(shí)際使用工況需求的。

4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與整車(chē)路試

車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn)雖然驗(yàn)證了車(chē)架結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，但還存在可優(yōu)化和改進(jìn)的地方。再結(jié)合CAE分析軟件對(duì)車(chē)架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，使車(chē)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果更加顯著，車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn)實(shí)用價(jià)值更加明顯。

從整車(chē)道路試驗(yàn)采集的車(chē)架數(shù)據(jù)與臺(tái)架試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)相比較發(fā)現(xiàn)，兩者在車(chē)架總成上的應(yīng)力分布情況、變形趨勢(shì)結(jié)果一致，這證明了車(chē)架扭轉(zhuǎn)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果還需要通過(guò)整車(chē)道路試驗(yàn)來(lái)校驗(yàn)，同時(shí)利用整車(chē)道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)還可對(duì)優(yōu)化臺(tái)架試驗(yàn)方法和內(nèi)容起到關(guān)鍵作用。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果和整車(chē)道路試驗(yàn)結(jié)果的一致性的對(duì)比，可以得出以下結(jié)論：通過(guò)車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn)，能夠快速、準(zhǔn)確的驗(yàn)證新產(chǎn)品車(chē)架的疲勞耐久性能，且與道路可靠性試驗(yàn)結(jié)果相一致。車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn)為車(chē)架的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了驗(yàn)證手段和參考工具，提升了整個(gè)零部件的試驗(yàn)?zāi)芰Γs短了試驗(yàn)周期，節(jié)約了委外試驗(yàn)費(fèi)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。