某商用車車架縱梁前端開裂原因分析與優(yōu)化設(shè)計

陳開奎

（遂寧云內(nèi)動力機械制造有限公司 技術(shù)開發(fā)部，四川 遂寧 629000）

1 問題情況

車架是商用車底盤關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，發(fā)動機、變速箱、橋全部裝在車架上，因此在運行過程中直接承受各種共振、承重，也是應力集中之處，其設(shè)計的合理性以及制造質(zhì)量的可靠性直接影響整車的使用壽命。本分析案例前期開發(fā)設(shè)計時全部通過CAE 有限元分析可行性，滿足設(shè)計要求，但實際試驗過程中出現(xiàn)開裂情況。

案例1 為新開發(fā)4.5t 商用車車架在湖北襄陽試驗場滿載進行綜合路可靠性試驗。試驗3455 公里過程中出現(xiàn)右縱梁前端（材質(zhì)510L-4.5）首橫梁（材質(zhì)510L-6.5）開裂情況，如圖1 所示。分析該商用車車架縱梁失效機理及原因，并對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，二次進行可靠性試驗。

圖1 案例1 車架右縱梁開裂位置

案例2 同為新開發(fā)4.5t 商用車車架，在安徽某主機試驗場滿載可靠性試驗，4900km 時出現(xiàn)右側(cè)（縱梁前端方向機安裝位置為縱梁一次成形，材質(zhì)700L-4.5）首橫梁（材質(zhì)510L-4）上端出現(xiàn)裂紋。開裂情況如圖2 所示。

圖2 案例2 車架開裂情況

2 失效機理及原因分析

根據(jù)開裂位置及現(xiàn)場情況分析，問題原因分析如下。

2.1 案例1

該縱梁前端為翻轉(zhuǎn)安裝位置，設(shè)計時首橫梁把縱梁前端包在里邊，前翻轉(zhuǎn)直接安裝在首橫梁上，且前翻轉(zhuǎn)鑄件螺栓連接位置懸空直接和首橫梁連接，所有力均由首橫梁負擔。

駕駛室安裝后鎖緊機構(gòu)設(shè)計在右邊，在運動過程中對翻轉(zhuǎn)有一個向后的拉力，導致縱梁前端開裂方向朝后。

縱梁前端為前端下沉結(jié)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)原因，只能模具成形，但為節(jié)省成本和縮短開發(fā)周期，本次采用腹面平板切割，翼面全部焊接的工藝方式，焊接時焊縫過小間接導致開裂。

2.2 案例2

該首橫梁安裝在縱梁內(nèi)側(cè)，前翻轉(zhuǎn)鑄件4 個螺栓孔直接安裝在首橫梁上，同樣存在駕駛室安裝鎖緊機構(gòu)鎖緊先后運動鎖緊力問題。

3 優(yōu)化設(shè)計

3.1 案例1

優(yōu)化前端前翻轉(zhuǎn)安裝結(jié)構(gòu)，將直接與首橫梁連接增加連接支架改為前翻轉(zhuǎn)、首橫梁、連接支架連接，將翻轉(zhuǎn)向后的拉力傳遞到縱梁腹面，增加該位置的強度。

縱梁前端設(shè)計結(jié)構(gòu)改為腹面和前面前翻轉(zhuǎn)連接安裝位置、后側(cè)和縱梁連接兩處位置改為切割、折彎，保留下沉斜面焊接，從原來全部焊接改為小段焊接，增加其整體強度，同時也減少因焊接量過大、焊接焊縫過小帶來的風險。

3.2 案例2

案例2 和案例1 失效機理基本一致，均為未將前翻轉(zhuǎn)向后運動的拉力傳遞到縱梁腹面導致。優(yōu)化時直接優(yōu)化前翻轉(zhuǎn)鑄件結(jié)構(gòu)，將鑄件安裝座改為L型，縱梁腹面和翼面同時連接。

另外，除改L 型鑄件底座外，也可采用直接在縱梁開口內(nèi)使用焊接工藝圓管方法，將縱梁上下翼面連接為一個整體，增強該位置的整體強度。

經(jīng)過上述方案優(yōu)化后，案例1、案例2 兩種不同4.5t 車架平臺再次進行可靠性試驗，全部通過既定的試驗公里數(shù)，同時上市3 年時間內(nèi)未出現(xiàn)該位置的開裂情況，經(jīng)受住了市場檢驗，說明上述整改方案有效。

4 總結(jié)

（1）商用車車架縱梁前端開裂的表現(xiàn)形式可能有多種，CAE 分析只能作為借鑒參考，設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性、充分性才是唯一標準，設(shè)計對標的同時多思考該設(shè)計的原理。

（2）不論前翻轉(zhuǎn)還是其他底盤零部件安裝在車架上時盡可能讓車架腹面受力，減少因翼面受力帶來斷裂等不良后果的概率。